34. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Влажность.

Жизнедеятельность микроорганизмов возможна только при наличии в среде свободной влаги, связанная вода недоступна для микроорганизмов. Сама клетка на 70–80% состоит из воды, поэтому обезвоживание, высушивание субстрата и клеток микроорганизмов оказывает на них губительное действие.

Для развития микроорганизмов важна не абсолютная величина влажности, а ее доступность, которая обусловлена активностью воды (аw). Этот показатель выражает отношение давления паров над субстратом (Рс) к давлению паров над чистой водой (Р) при одной и той же температуре: аw =Рс / Р

Активность воды лежит в интервале от 0 до 1 и характеризует относительную влажность. Микроорганизмы могут осуществлять жизнедеятельность при активности воды от 0,999 до 0,62 и не растут в аэрозолях и во льду.

*Микроорганизмы обладают различной устойчивостью к высушиванию. Устойчивы к высушиванию сапрофиты, молочнокислые бактерии, дрожжи. Особенно устойчивы к высушиванию споры бактерий и плесневых грибов, способные сохраняться в высушенном состоянии сотни и тысячи лет.

Нитрифицирующие, клубеньковые бактерии, наоборот, весьма чувствительны к высушиванию и быстро погибают при понижении влажности почвы ниже 40 %. В высушенном состоянии микроорганизмы не проявляют биологической активности, но сохраняют свои свойства; при увеличении влажности жизнедеятельность их полностью восстанавливается.

Микроорганизмы в зависимости от отношения к влажности делятся на следующие группы:

*гидрофиты (влаголюбивые);

*ксерофиты (сухолюбивые);

*мезофиты (средневлаголюбивые).

Для большинства бактерий минимальная влажность субстрата должна составлять 20–30 %, а для грибов – 11–13 %. Развитие микроорганизмов в субстрате, в частности на пищевых продуктах, возможно только при определенной влажности. Влажность продуктов изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, между ними устанавливается определенное подвижное равновесие. Однако различные продукты при одной и той же влажности воздуха могут иметь разную равновесную или активную влажность.

Влажность воздуха может значительно колебаться при уменьшении температуры. Так, с понижением температуры влагоудерживающая способность воздуха понижается, и избыточная влага конденсируется в виде капелек на поверхности продукта. В этом случае микроорганизмы могут быстро перейти в активное состояние, размножиться и вызвать порчу продукта.

Губительное действие высушивания на микроорганизмы широко используют для сохранения различных продуктов.

Сушке подвергают мясо, рыбу, овощи, фрукты, травы.

Методы лиофильной сушки – высушивания путем замораживания в вакууме, успешно применяют для длительного сохранения культур микроорганизмов.

35. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Давление. Осмотическое давление. Атмосферное. Гидростатическое давление и вакуум.

1. Осмотическое давление

Внутриклеточное осмотическое давление у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах и в большой степени зависит от среды их обитания.

Некоторые бактерии могут долгое время находиться и даже размножаться в дистиллированной воде, другие виды являются постоянными обитателями соленых озер и развиваются в насыщенных растворах солей, где осмотическое давление превышает сотни атмосфер. Соответственно и внутриклеточное осмотическое давление у таких микроорганизмов велико.

*Осмофильные микроорганизмы – хорошо приспособленные к развитию в среде с высоким осмотическим давлением.

*Галофилы (лат. «half» – соль) (солелюбивые) – развиваются в среде с высокой концентрацией солей. Подразделяются на строгие галофилы и галотолерантные бактерии.

При попадании строгих галофилов в разбавленные среды в клетках нарушается обмен веществ, и может наступить гибель вследствии плазмоптиса.

Однако многие галофильные микроорганизмы развиваются в среде с различным и даже низким содержанием NaCl, т. е. способны к осморегуляции.

Большинство микроорганизмов, и особенно группа гнилостных бактерий и кишечная палочка, обладают слабой устойчивостью к повышенному осмотическому давлению. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при 1–3 %-ной концентрации поваренной соли, а при 15–20% почти полностью прекращается.

Диапазон концентрации поваренной соли, задерживающей развитие различных микроорганизмов, весьма велик. Повышение концентрации соли выше указанных пределов резко тормозит обмен веществ, приводит к обезвоживанию протоплазмы, которая съеживается, наблюдается явление плазмолиза. Губительное действие высоких концентраций соли и сахара широко используется для консервирования пищевых продуктов.

2. Атмосферное давление

К повышенному атмосферному давлению бактерии, дрожжи и плесневые грибы проявляют большую устойчивость. Неспороносные бактерии выдерживают давление 400–500 МПа, а споры до 2000 МПа. Активность ферментов и микробных ядов теряется только при 2000 МПа. По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяются на следующие подгруппы:

*барочувствительные – организмы с газовыми вакуолями, перестающие расти при повышении давления;

*баротолерантные – выдерживают давление до 400 атм, но способны расти и при обычном давлении;

*барофильные – микроорганизмы, обитающие на больших глубинах морей и океанов, хорошо приспособленные к высокому гидростатическому давлению

3. Гидростатические давление.

При повышении гидростатического давления в клетке происходит ряд изменений в биологических процессах: замедляется скорость реакций, происходит денатурация белковых молекул и диссоциация сложных агрегатов клеток, клетки перестают делиться, в целом энергетические процессы преобладают над биосинтетическими.

4. Вакуум

Влияние вакуума на клетки бактерий связано с потерей воды. Жизнедеятельность бактерий быстро уменьшается по мере того, как общее давление падает ниже давления водяного пара, затем скорость отмирания остается постоянной и не зависит от степени разрежения. Выживание в вакууме вегетативных клеток Е. coli и Вас. subtilis составляет 5%, а спор Вас. subtilis – 20% Повреждение и гибель клеток в вакууме связаны с нарушением мембраны и увеличенным выходом из клетки нуклеиновых кислот.