Вплив умов зовнішнього середовища на мікроорганізми

Вплив фізичних факторів

Життєдіяльність мікроорганізмів знаходиться в нерозривному зв'язку з навколишнім середовищем.

Фізико –хімічні властивості навколишнього середовища можуть подавляти розвиток мікробів, викликати їх загибель або сприяти їх розвитку, а в деяких випадках викликати зміни властивостей самих мікроорганізмів. Мікроорганізми в свою чергу здатні викликати зміни в середовищі, де вони розвиваються.

Мікроорганізми мають широкий температурний діапазон розвитку. Деякі з них здатні розвиватися при 8 – 10⁰ С і більш низьких температурах, інші можуть розвиватися при температурі 80 –90⁰ С. Знайдено мікроорганізми в глибинних гарячих водах Червоного моря. Вони живуть при 250⁰ і при великому тиску, припиняючи життєдіяльність від переохолодження уже при 100⁰ С. Більшість видів розвиваються при температурі 15- 30⁰ С.

В розвитку мікроорганізмів розрізняють три температури: оптимальну, максимальну, мінімальну.

В залежності від оптимальної температури розвитку мікроорганізми поділяють на групи.

Психрофіли, або холодостійкі, мають мінімальну температуру розвитку 0—2⁰ С (деякі – 10⁰ С), максимальну –25 – 35⁰С, оптимальну –15 –20⁰С. Але вони добре розмножуються і при температурах значно нижчих оптимальної.

Термофіли, або теплолюбиві, мають оптимальну температуру розвитку 45 – 60⁰С, максимальну – близько 80 і мінімальну – близько 35⁰С.

Мезофіли, або ті що люблять середні температури, мають оптимальну температуру 25-37⁰ С, максимальну 40- 45, мінімальну – близько 10⁰ С. До цієї групи відносяться всі гнилісні бактерії, більшість дріжджів і плісеневих грибів.

Вплив високих температур. Температури, які перевищують максимальну, діють на мікроби згубно. В водяному середовищі більшість безспорових бактерій, дріжджі, плісеневі гриби відмирають при нагріванні до 60⁰ С протягом години, до 70⁰ С – протягом 10 –15 хвилин, при кип'ятінні (100⁰С) – напротязі декількох секунд. В повітряному середовищі загибель цих мікробів наступає при 170⁰ С через 1 – 2 години.

Спори бактерій володіють високою стійкістю до нагрівання. Це пояснюється тим що в бактеріальних спорах вільної води вдвічі менше, ніж в вегетативних клітинах. Більш висока концентрація білків в цитоплазмі і є причиною підвищеної стійкості до теплової денатурації.

Спори плісеневих грибів і дріжджів хоч і більш стійкі, ніж вегетативні клітини, але нагрівання в водяному середовищі до 100⁰ С часто викликає їх загибель.

Відомо два основних способи обробки харчових продуктів високими температурами – стерилізація і пастеризація.

При стерилізації повністю знищуються живі вегетативні і спорові форми мікробів. Стерилізацію проводять в спеціальних – автоклавах. За рахунок герметизації і нагромадження пари в них створюється підвищений тиск і температура кипіння води підвищується. При високому тиску в 0,5 атм вона рівна 112⁰С, 1 атм – 121⁰ С. Найбільш широко застосовують режим стерилізації при 120⁰ С протягом 20 хвилин, при якому гинуть спорові і вегетативні форми різних мікроорганізмів.

Стерилізацією користуються при виробництві м'ясних, рибних, овочевих і круп'яних консервів.

При пастеризації знищуються тільки вегетативні клітини мікробів, які знаходяться в продукті. При цьому продукт однократно прогрівають при температурі від 60 до 100⁰ С протягом декількох хвилин. Пастеризація застосовується для збереження молока, пива, виноградних вин, соків, жирів і інших харчових продуктів.

Вплив низьких температур. Низькі температури, як правило, не убивають мікроорганізмів, але призупинять їх життєдіяльність.

Деякі мікроби здатні переносити виключно низьку температуру і не гинуть навіть при –172…-190⁰ С. Спори бактерій зберігають здатність до проростання навіть при – 250⁰ С. Досить стійкі до холоду хвороботворні мікроби (представники кишково- тифозної групи).

Гальмівну дію низьких температур на мікроби використовують для зберігання різних харчових продуктів в охолодженому стані при 0 – 4⁰ С і в замороженому – від – 6 до - 20⁰С і нижче.

При збереженні продуктів в замороженому вигляді на розвиток мікробів діють не тільки низька температура, але і недостача води, так як більша кількість її переходить в лід. Одночасно різко зростає вплив осмотичного тиску, так як в невеликій кількості води, яка залишилася в рідкому стані, залишаються розчинними практично всі речовини, які знаходяться у всій масі вільної води продукту.

Передбачають, що пониження життєвих процесів мікроорганізмів або повне їх припинення з зміною температури обумовлено зміною активності ферментів. При пониженні температури їх каталітична активність понижується, в результаті чого різні процеси сповільнюються.

ВПЛИВ ВОЛОГОСТІ СЕРЕДОВИЩА

Вода має велике значення вжитті мікроорганізмів. З водою поступають поживні речовини, з нею із клітини виділяються продукти життєдіяльності. Тому із зменшенням води в субстраті інтенсивність розвитку мікробів падає, а при зменшенні вмісту воду нижче відповідної межі їх розвиток може припинитися зовсім.

Для життєдіяльності клітини вирішальне значення має доступність вмісту води в субстраті, яку виражають терміном "водяна активність" (а). Водяна активність показує відношення тиску парів розчину (субстрату) Р і чистого розчинника (води) Р₀ при однаковій температурі - а=Р/Р₀ . Водяна активність змінюється від 0 до 1 і характеризує відносну вологість субстрату.

В залежності від мінімальної потреби до вологи мікроорганізми ділять на три умовні групи - гідрофіли, мезофіли, ксерофіли. Гідрофіли розвиваються в межах а= 0,92…0,99, мезофіли - а= 0,9…0,95, ксерофіли (грецьке - сухий) при водяній активності 0,8. Більшість бактерій, дріжджів і деякі гриби являються гідрофілами. Бактерії при водяній активності субстрату 0,94…0,90 і нижче не розвиваються, дріжджі - 0,88…0,85. В числі мезофілів і ксерофілів переважають гриби родів Aspergillus, Penicillium, а також актиноміцети.

В зв'язку з сповільненням життєдіяльності бактерій при висушуванні сушіння використовують як засіб консервування зернових, круп'яних товарів, м'яса, риби, фруктів, овочів, тощо.

Спорові форми мікробів малочутливі до висушування. Спори у висушеному стані можуть зберігатися життєздатними десятки років. При зволоженні вони можуть проростати і перетворюватися в активні вегетативні клітини.

ВПЛИВ КОНЦЕНТРАЦІЇ РЕЧОВИН, РОЗЧИННИХ У ВОДІ

Мікроорганізми чутливі до підвищення концентрації речовин, розчинних у субстраті, і пов'язаному з цим високому осмотичному тиску. Знаходячись в субстратах з високим осмотичним тиском, мікроорганізми не можуть здійснювати нормальний обмін речовин. Значна частина води із цитоплазми клітини переходить в навколишнє середовище. Клітини втрачають воду, і наступає плазмоліз.

В такому життєздатному, але не життєдіяльному стані мікроби можуть знаходитись досить довго. Найбільшою чутливістю до підвищення концентрації речовин володіють збудники гниття, бактерії кишкової групи.

Серед мікроорганізмів є осмофільні, які здатні розвиватися в сильно концентрованих розчинах. Це деякі дріжджі, які розмножуються в насичених розчинах цукрів і зумовлюють псування різних продуктів - бродіння меду, варення, сиропів тощо.

Мікроби, стійкі до високих концентрацій солі, називаються галофільними. В природі вони розвиваються в морях, в солоних озерах.

ВПЛИВ РІЗНОГО РОДУ ОПРОМІНЕННЯ

Розсіяне сонячне світло мало впливає на розвиток мікробів, але пряме сонячне світло викликає довільно швидку загибель більшості з них. Особливо згубне воно для хвороботворних вірусів.

Найбільш помітною бактерицидною дією володіє частина світлового спектру з короткими довжинами хвиль (ультрафіолетова, фіолетова, голуба).

Ультрафіолетові промені застосовують для дезинфекції води, повітря в робочих приміщеннях, тари, обладнання.

ВПЛИВ ХІМІЧНИХ ФАКТОРІВ

ВПЛИВ РЕАКЦІЇ СЕРЕДОВИЩА

Ступінь кислотності і лужзності середовища має великий вплив на розвиток мікроорганізмів. Для кожної фізіологічної групи мікроорганізмів існують певні межі активної кислотності, вище або нижче яких затримується їх розвиток, а іноді і наступає їх загибель.

Для більшості бактерій найбільш сприятливою є нейтральне середовище або слаболужне, для плісеневих грибів і дріжджів - кисле. Для гнилісних бактерій кисле середовище несприятливе і навіть згубне. Ті види бактерій, які самі продуцирують кислоти в процесі життєдіяльності, наприклад молочнокислі, оцетовокислі, відносно стійкі. Пояснюється це тим, що вони завжди змінюють реакцію середовища в кислу сторону і в них виробилась певна стійкість в цьому відношенні.

Знаючи, як реагують мікроби на наявність кислот, можна регулювати процеси їх життєдіяльності і обмін речовин, змінюючи кислотність середовища.

ВПЛИВ ОЗОНУ

Озон є сильним окислювачем, здатний згубно впливати на мікрофлору. В атмосфері, яка містить 3-5 мг озону в м³, відбувається помітне зниження розвитку плісеневих грибів, дріжджів, бактерій. Біль високі концентрації озону згубно діють на мікрофлору, але одночасно впливають на органолептичні властивості харчових продуктів. При періодичному озонуванні камер збереження харчових продуктів вдається збільшити термін збереження копчених ковбас і сирів в декілька разів.

ДІЯ ОТРУЙНИХ РЕЧОВИН

Багато хімічних речовин як неорганічні (солі ртуті, міді, срібла; окисники -хлор, озон, перекис водню, хлорне вапно, перманганат калію; луги і кислоти - гідроксид натрію, борна кислота, деякі гази - сірководень, тощо) так і органічні (спирти, феноли, альдегіди, особливо формальдегід) сповільнюють ріст мікроорганізмів або викликають їх загибель. Механізм їх дії різний, багато з них порушують проникність ЦПМ, або, проникаючи в клітину, вступають у взаємодію з її компонентами, в результаті цього порушуються життєві процеси. Солі важких металів викликають коагуляцію білків і є ферментними отрутами. Спирти, ефіри впливають на ліпіди клітинних мембран. Поверхнево - активні речовини викликають пошкодження клітинної стінки. Отруйні речовини убивають бактерії, гриби (бактеріцидна, фунгіцидна дія), або затримують їх розвиток. На цьому базується їх використання в якості дезінфікуючих засобів і антисептиків.

Широко застосовується хлор для дезинфекції питної води, тари, обладнання. Деякі антисептичні речовини використовуються для обеззаражування приміщень, пакувальних матеріалів. Отруйні для мікроорганізмів речовини (формалін, гранозан, тощо) застосовують для хімічної дезинфекції насіння.

Органічні кислоти - пропіонову, бензойну, сорбіонову в дозах 0,03…0,1% рекомендується використовувати для консервування харчових пордуктів.

БІОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ

Життя мікроорганізмів в природних умовах протікає разом з іншими живими істотами - мікробами, рослинами, тваринами. Взаємовідносини між цими організмами мають досить різноманітний характер і суттєво впливають на їх розвиток.

Основними типами взаємовідносин є сімбіоз, метабіоз, паразитизм, антогонізм.

Сімбіоз - це взаємовідносини, які встановлюються при сумісному розвитку в одному і тому ж середовищі двох або більше видів мікробів, при котрих вони не заважають один одному в розвитку, або таке сумісне знаходження є навіть необхідним для них.

Прикладом можуть служити відносини при одночасному знаходженні на харчових продуктах анаеробних і аеоробних мікробів. Поглинаючи кисень, аероби створюють сприятливі умови для розвитку анаеробів.

Взаємокорисні відносини встановлюються між дріжджами і молочнокислими бактеріями в опарі і тісті при виробництві хліба. В молоці при виробництві кефіру, кумису. Молочна кислота необхідна для дріжджів, а дріжджі забезпечують молочнокислі бактерії ростовими речовинами. Сімбіотичні взаємовідносини встановлюються між бульбовими бактеріями і бобовими рослинами. Використовуючи готові органічні речовини, бульбові бактерії в заміну постачають їх азотистими речовинами, синтезуючими із азоту повітря.

Метабіоз -це форма співіснування близька до сімбіозу. При метабіотичних взаємовідносинах один вид мікробів в процесі життєдіяльності створює сприятливі умови для розвитку іншого. Так, багато сапрофітів в процесі живлення здатні перетворювати білки в пептони, поліпептиди і амінокислоти. Інші же мікроби, нездатні використовувати білки, добре засвоюють ці речовини. Перші створюють продукти живлення для других, продукти життєдіяльності других можуть служити їжею для третіх і т.д.

Відношення метабіозу сприяють швидкому псуванню квашених і солоних овочів, кисломолочних продуктів, якщо вони зберігаються відкритими. Молочнокислі бактерії продуцирують молочну кислоту, її споживають плісеневі гриби і підготовлюють таким чином субстрат для гнилісних бактерій. Метаболізмом пояснюється швидка мінералізація всіх органічних речовин, які потрапляють в грунт. Принцип метабіозу лежить в основі всього кругооберту речовин в природі.

Паразитизм - форма взаємовідносин, коли один із організмів розвивається за рахунок іншого. Прикладом паразитизму можуть служити взаємовідносини між бактеріями і бактеріофагами. Бактеріофаги, живлячись речовинами живих бактерій, руйнують їх.

Антагонізм - це такі взаємовідносини, при яких мікроорганізми розвиваючись на одному середовищі, пригнічуючи діють один на одного.

Механізм пригнічення мікробів, які мешкають разом буває різним: швидке споживання поживних речовин або кисню із субстрату одним із видів; виділення в субстрат кислот і інших продуктів обміну, затруднюючих розвиток інших мікроорганізмів або робить його зовсім неможливим.

На використанні антагонізму між молочнокислими і гнилісними мікробами основане квашення овочів, молока.

Конкурентноздатність в антагоністичних взаємовідносинах у деяких мікробів знаходиться в тісній залежності від їх здатності продуцирувати і виділяти в середовище, де вони розвиваються, особливі речовини, які сильно пригнічують інші види - антибіотики ("анти" - проти, "біос" - життя). Ті з них, які виявились нешкідливими для людини, але дуже бактерицидними (убиваючими бактерій), широко застосовуються в медицині, тваринництві, як лікарські засоби. Деякі з них володіють не бактеріцидною, а бактеріостатичною дією (зупиняють розвиток бактерій). Характерною властивістю антибіотиків є їх вибірковість, яка полягає в тім, що кожен із них діє тільки на певну групу мікроорганізмів. Є і такі спектр дії яких досить широкий.

Антибіотики - речовини малостійкі, активність їх понижується під дією нагрівання, кислот, світла і інших факторів.

Пеніцилін - антибактерійна речовина, яку виділяють плісеневі гриби із групи пеніцилових. Найбільш чутливі до пеніциліну стрептококи, стафілококи, пневмококи. Паличкоподібні форми більш стійкі. Стійкість до пеніциліну деяких бактерій пояснюється тим, що вони виробляють фермент пеніциліназу, який руйнує цей антибіотик.

Стрептоміцин виробляється актиноміцетами. Володіє властивістю подавляти ріст багатьох мікробів. Застосовується при лікуванні гострої форми бруцельозу, кишкових захворювань тощо.

Граміцидін виробляється грунтовою бацилою бревіс. Діє на стафілококів, стрептококів, пневмококів, збудників газової гангрени, дизентерії, черевного тифу тощо.

Речовини, близькі по характеру дії до антибіотиків, продуцируються вищими організмами і рослинами називають фітонцидами.

Особливо великою бактерицидною дією володіють фітонциди цибулі, часнику, алоє, кропиви, листя черемшини.