Радіостійкість мікроорганізмів

Мікроорганізми	Доза опромінення, яка знижує кількість мікроорганізмів у 10 разів КГр
Escherichia coli	0,2-0,4
Proteus vulgaris	0,1-0,2
Salmonella typhimurium	1,7-2,7
Bacillus subtilis	1,3-3,0
Clostridium perfringens	1,2-2,0
Clostridium botulinum	1,1-1,7
Saccharomyces vini	0,39-0,63
Aspergillus niger (спори)	1,9
Pénicillium expansum	2,8

Ультразвук — це звукові хвилі з частотою понад 20000 коливань за секунду (20 КГц), які не може сприймати людина. Ультразвукові хвилі характеризуються великим запасом механічної енергії, проникністю через тверді й га­зоподібні середовища, викликаючи у них при цьому ряд фізичних, електрохі­мічних і біохімічних явищ. При дії ультразвуку на мікроорганізми спостерігається розрив клітини або клітинної мембрани, відрив джгутиків у паличкоподібних форм. Природа згубної дії ультразвукових хвиль на мікро­організми повністю ще не вивчена. Встановлено, що під впливом ультразву­кових хвиль у цитоплазмі мікробної клітини утворюється кавітаційна порожнина (пухирець), заповнена парами рідини. У момент закриття кавіта­ційного пухирця виникає сильна ударна хвиля, яка майже миттєво пошкоджує мікроорганізми. Крім цього, виникнення кавітації супроводжується різким підвищенням температури.

Бактерицидна дія ультразвуку на мікроорганізми починає виявлятись при інтенсивності і частоті коливань у межах кількох десятків КГц. Вона залежить від інтенсивності звуку, кавітації, хімічного складу середовища, його в'язкості й температури, кількості мікроорганізмів. При високій інтенсивності ультра­звуку і більш високій температурі розпад мікробних клітин відбувається швидше. Чим більший вміст у середовищі білків, вуглеводів і ліпідів, тим слабша бактерицидна дія. При меншій концентрації в об'єкті мікробних клітин бакте­рицидний ефект вищий (табл. 5.4). Під дією ультразвукових хвиль швидше ги­нуть вегетативні клітини паличкоподібних бактерій, повільніше — кулясті бактерії та дріжджі. Досить стійкими є спори. Ступінь чутливості мікроорганіз­мів до ультразвуку залежить від їхнього виду.

Таблиця 5.4.

Вплив ультразвуку на кишкову паличку при інтенсивності 5 Вт/см² і частоті коливань 450 кГц

Вихідна кількість бактерій	Відмирання бактерій при дії на них ультразвуку, %
в 1 мл води	15 с	30 с	60 с	120 с
14000	88	91	92	-
598000	77	-	83	84
1800000	55		93	92

Ультразвук використовують переважно для стерилізації питної води, рідких харчових продуктів, таких як молоко, соки, вино, пиво, а також з метою виді­лення з клітин мікробних ферментів, вітамінів, токсинів, окремих структур (ДНК, РНК, ядер, рибосом, мітохондрій та ін.).

Метод стерилізації за допомогою ультразвукових хвиль на практиці застосо­вують обмежено з техніко-економічних причин та через зниження якості деяких продуктів.

Магнітне поле. У мікроорганізмів, як і в інших живих істот, встановлений магнітотропізм. Рух деяких мікроорганізмів відбувається за магнітним меридіа­ном: у північній півкулі — на північ, а у південній — до протилежного полюса. Окремі мікроскопічні гриби можуть рости в силових лініях магнітного поля.

Це пояснюється наявністю у них білків, ферментів, у молекулах яких є атоми заліза з феромагнітними властивостями. У клітинах магніточутливих мікроорга­нізмів знайдено органели-магнітосоми, у складі яких є залізо.

Встановлено, що будь-яка зміна напруги геомагнітного поля спричинює зміни морфологічних, культуральних і біохімічних властивостей мікроорганіз­мів. Магнітне поле можна розглядати як екологічний фактор, що визначає пев­ний перебіг біологічних процесів, які сприяють появі або тимчасовому зникненню різних хвороб на Землі.

Радіохвилі — це електромагнітні хвилі різної довжини: ультракороткі — менше 10 м, короткі — 10-50 м та довгі — сотні метрів і більше. У результаті проходження радіохвиль через середовище у ньому виникає перемінний струм високої ча­стоти (ВЧ) і ультрависокої частоти (УВЧ), при цьому електрична енергія пере­ходить у теплову. Мікроорганізми гинуть у результаті теплового ефекту. Довгі хвилі практично не впливають на мікроби. Бактерицидну дію мають короткі й ультракороткі хвилі.

У полі струмів високої і ультрависокої частот об'єкт нагрівається рівномірно й одночасно у всіх точках упродовж декількох секунд. В УВЧ-полі склянка води закипає через 2-3 с, 1 кг риби вариться 2 хв, 1 кг м'яса — 2,5 хв, курка — 6-8 хв.

УВЧ-енергія є перспективним способом теплової обробки харчових продук­тів і може використовуватися для пастеризації та стерилізації компотів, соків, джемів, желе, пива та інших продуктів, а також для варіння, випікання, розігріву, витоплювання тваринних жирів, висушування. При УВЧ-нагрівання харчових продуктів, на відміну від звичайної теплової обробки, не виявляються теплоза­хисні властивості білків, жирів та інших речовин, оскільки електромагнітна енергія акумулюється безпосередньо мікробною клітиною. У зв'язку з цим, мік­роорганізми гинуть швидше і при менш високих температурах Це дозволяє зни­зити температуру теплової обробки продуктів, зберегти їх смак і аромат, консистенцію, вітамінність, якість порівняно з паровою стерилізацією в авто­клавах.

Стерилізацію струмами високої частоти проводять тільки для продуктів у скляній тарі, бо через метал вони не проникають. На ефективність бактерицид­ної дії У ВЧ-струму значно впливає швидкість нагрівання: збільшення її знижує бактерицидну дію. В цілому, ефект дії на мікрофлору у порівнянні з традицій­ними способами термічної обробки практично однаковий.

Електричний струм. Електричний струм не має сильної дії на мікроорга­нізми. Знижена напруга струму пригнічує життєздатність мікробів. Електричний струм високої напруги, проходячи через середовище, може викликати електроліз деяких компонентів і утворення таких сполук, як кисень, хлор, кислоти тощо, які негативно впливають на мікроорганізми. Електроліз використовують для дезінфекції води та знезараження стічних вод.

При високій напрузі струму підвищується температура, яка обумовлює за­гибель мікроорганізмів.

Гідростатичний тиск. Мікроорганізми добре розвиваються в умовах неви­сокого тиску. Більшість їх витримує тиск 65 МПа впродовж години.

По відношенню до тиску мікроорганізми поділяють на баротолерантні, які добре розмножуються при нормальному атмосферному тиску і переносять ви­сокий тиск, та барофільні — стійкі до високого тиску. Більшість мікроорганізмів гине під тиском 600-700 МПа. Дріжджі зберігають бродильні властивості при тиску 50 МПа, а життєздатність при 80 МПа. Глибоководні бактерії морів і океа­нів живуть і розвиваються на глибині до 10 км при тиску 90-100 МПа. Спори бактерій переносять тиск 2000 МПа. Зустрічаються мікроорганізми, що вижи­вають при тиску 3000 МПа і патогенні віруси, які витримують 5000 МПа.

Деякі мікроби в умовах звичайного атмосферного тиску не можуть розвива­тися і вимагають підвищеного тиску. Бактерії, дріжджі та плісеневі гриби чутливі до різкого переходу від високого тиску до низького. При згубній дії високого тиску на мікроорганізми у їхніх клітинах відбувається денатурація білків, інак­тивація ферментів, збільшення в'язкості середовища і підвищення дисоціації іонів.

Для знищення мікроорганізмів у харчових продуктах використовувати лише тиск неефективно.

Механічна дія. Механічне часте і тривале струшування згубно діє на більшість мікроорганізмів. Незначні поштовхи часом стимулюють їх ріст. Найбільш чут­ливими до механічної дії є грунтові бактерії, наприклад, капустяна паличка Вас. megatherium, стійкими — рухливі бактерії і віруси. Заморожені бактерії під впли­вом механічного струшування руйнуються швидше.

У природних умовах самоочищення гірських і швидкоплинних рік, струмків та інших водоймищ частково відбувається внаслідок механічного руйнування клітин мікроорганізмів сильними потоками води. Це явище підтверджується в лабораторних умовах. Так, якщо струшувати колбу з водою, у якій є мікроби, то через деякий час спостерігається механічне руйнування клітин. При наявності у колбі піску, подрібненого скла чи скляних кульок мікроби гинуть швидше.

Механічну дію на мікроорганізми використовують для отримання деяких складових частин мікробних клітин, а саме: білків, ферментів та ін.

Невагомість. Досліджено, що невагомість сповільнює ріст мікроорганізмів. На орбітальній станції «Салют-6» бактерії сінної палички Вас. subtilis на одна­ковому середовищі і за однакової температури розвивалися на 30% повільніше, ніж на Землі. Є думка, що земне тяжіння забезпечує перемішування клітин і по­кращує умови метаболізму, чого немає у космосі.