Лазерное излучение.

Это излучение представляет собой фокусированное в виде пучка электромагнитное излучение в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового спектров. Оно обладает очень большой энергией и способно вызывать сильное биологическое воздействие. Этот вид излучения получают при помощи технических устройств - лазеров - оптических квантовых генераторов.

Под влиянием лазерного излучения повышается температура биологических тканей, происходит коагуляция белков и разрушение клеток. Повреждающее действие зависит от длины волны, длительности импульсов, мощности излучения, а также свойств и структуры облучаемых объектов.

В настоящее время влияние этого рода излучений на микроорганизмы изучено ещё мало. Проведённые исследования показывают, что реакция на воздействие лазерного излучения у различных видов микроорганизмов может различаться значительно, при этом споры более устойчивы, чем вегетативные клетки. Выявлено, что ультрафиолетовый спектр лазерного излучения обладает более высоким антимикробным действием, чем синий и красный.

В зависимости от природы спектра, мощности излучений и продолжительности облучения можно получить как стимулирующий, так и повреждающий (подавление роста) и летальный эффекты.

Это направление использования лазерного излучения представляет теоретический и практический интерес.

Свет.

Свет необходим только для фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Однако развитие многих мицелиальных грибов при постоянном отсутствии света протекает ненормально: хорошо развивается только мицелий, а спорообразование тормозится.

Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.

Радиоволны.

Короткие электромагнитные волны длиной от 10 до 50 м ультракороткие длиной от 10м до миллиметров обладают стерилизующим эффектом. Это объясняется тем, что при прохождении коротких и ультрарадиоволн через среду возникают переменные токи высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты. В электромагнитом поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Характер нагревания в СВЧ-поле отличается от характера нагрева при обычных способах и обладает рядом преимуществ: объект нагревается быстро и равномерно и сразу во всех точках объёма. Так, в СВЧ-поле стакан воды закипает за 2-3 с, 1 кг рыбы варится в течение 2 мин, 1 кг мяса - 2,5 мин, курица - 6-8 мин.

Вызывая нагревание среды, СВЧ-поле действует губительно на микроорганизмы. При этом основной причиной гибели микроорганизмов является повреждение клетки под влиянием высоких температур. Однако механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы ещё окончательно не раскрыт.

СВЧ-энергия является перспективным способом тепловой обработки пищевых продуктов и может использоваться для пастеризации и стерилизации фруктовых соков, компотов и др., варки, сушки, разогрева, выпечки продукции. Имеются СВЧ-установки периодического и непрерывного действия.

Быстрота СВЧ-нагревания обеспечивает наиболее полное сохранение вкусовых и питательных свойств пищевых продуктов, а эффект воздействия на их микрофлору по сравнению с традиционными способами тепловой обработки практически одинаков.

Некоторые исследователи считают, что существует специфическое воздействие электромагнитных волн. Установлено, что СВЧ-поля малой интенсивности, не вызывающей нагревания среды, активируют некоторые физиологические и биохимические свойства микробных клеток.

Сверхвысокочастотную электромагнитную обработку пищевых продуктов всё шире применяют в пищевой промышленности и общественном питании (для варки, сушки, выпечки, при разогревании и др.).

Ультразвук

Ультразвуки (УЗ)¹ - это механические колебания с частотами выше 20000 Гц²(20 кГц), что находится за пределами частот, воспринимаемых человеком.

УЗ-колебания ускоряют многие химические реакции, вызывают распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, инактивацию ферментов и токсинов, могут привести к разрыву клеточной стенки, и иногда и разрушению внутриклеточных структур. Летальное действие УЗ начинает проявляться при интенсивности 0,5-1,0 Вт/см² и частоте колебаний порядка десятков кГц.

Среди микроорганизмов бактерии более чувствительны к действию УЗ, чем дрожжи; причём УЗ легче вызывает гибель палочковидных форм бактерий, чем шаровидных.

Споры бактерий более устойчивы, чем вегетативные клетки.

Механизм действия УЗ на микроорганизмы недостаточно изучен. Основной причиной гибели микроорганизмов, очевидно, является особый эффект, называемый кавитацией. При прохождении через жидкость УЗ-волн в ней образуются мелкие разрывы, которые под действием сил поверхностного натяжения жидкости принимает форму пузырьков. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, обладающая сильным разрушительным действием.

Практическое использование УЗ-волн с целью стерилизации эффективно в основном для жидких пищевых продуктов (молока, фруктовых соков, вин), воды, для мойки и стерилизации стеклянной тары. При обработке с мощностью УЗ-волн плотных пищевых продуктов с целью их стерилизации происходит не только уничтожение микроорганизмов, но и повреждение молекул самого сырья.

_{* Герц (Гц) - единица частоты колебаний. 1 Гц=1 с¯1 (одно колебание в секунду)}

_{* Интенсивность УЗ-волн определяется количеством}

_{энергии, приходящейся на единицу площади за единицу времени}

Биотические факторы

В естественных условиях обитания, в том числе и на пищевых продуктах, совместно развиваются различные микроорганизмы. В процессе эволюции возникли и сформировались различные формы взаимоотношений микроорганизмов друг с другом, а также с растениями, животными и человеком.

При симбиозе (совместном существовании) микроорганизмы оказывают воздействие в основном в результате влияния продуктов своей жизнедеятельности, которые могут проявлять либо благоприятное (например, витамины), либо губительное (например, антибиотики, токсины) воздействие.

Формы симбиотических взаимоотношений чрезвычайно разнообразны. Их можно разделить на две группы: ассоциативные (благоприятствующие) и антагонистические (конкурентные) взаимоотношения.

Ассоциативные формы симбиоза.

Ассоциативные взаимоотношения широко распространены в природе. Именно на них основан круговорот веществ в природе. К ассоциативным взаимоотношения относятся метабиоз, мутуализм, синергизм и комменсализм.

Метабиоз - это такой вид симбиоза, когда создаются условия последовательного развития одних микроорганизмов за счёт продуктов жизнедеятельности других. Например, порча сахарсодержащих субстратов (плодово-ягодных соков, повреждённых плодов, ягод), когда на них сначала развиваются дрожжи, превращающие сахар в спирт, затем уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт до уксусной кислоты и, наконец, мицелиальные грибы, окисляющие уксусную кислоту до Н₂О и СО₂. Метабиоз - наиболее распространённый вид ассоциативных взаимоотношений.

Мутуализм - это сожительство, основанное на взаимной выгоде, например совместное существование в природе аэробных и анаэробных бактерий. Аэробы, поглощая кислород, создают необходимые для анаэробов восстановительные условия.

Синергизм - усиление физиологических функций микроорганизмов при совместном культивировании. В молочнокислых заквасках для кефира используются дрожжи и молочнокислые бактерии. Витамины, синтезируемые дрожжами, стимулируют развитие молочнокислых бактерий, чрезвычайно требовательных к дополнительным факторам роста, а молочная кислота создаёт благоприятные значения рН для развития дрожжей.

Комменсализм - форма сожительства, когда одни организм живёт за счёт другого, не причиняя ему вреда. Примером комменсалов могут служить бактерии нормальной микрофлоры тела человека.

Антагонистические формы симбиоза.

Это группа симбиотических взаимоотношений, которые выражаются в явлениях антагонизма, антибиоза, паразитизма и хищничества.

Антагонизм - это такой тип взаимоотношений, когда один из организмов подавляет или прекращает развитие другого в основном за счёт продуктов жизнедеятельности. Примером микробов-антагонистов являются молочнокислые и гнилостные бактерии. Молочнокислые бактерии, вырабатывая молочную кислоту, создают кислую реакцию среду, препятствуя развитию гнилостных бактерий. Явление антагонизма между ними используют, например, при квашении капусты.

Антибиоз связан со способностью одного вида микроорганизмов выделять в окружающую среду специфические вещества, угнетающие жизнедеятельность других, - антибиотики.

Оно обладают либо широким спектром действия в отношении ряда микроорганизмов, либо избирательным действием к одному из них.

Продуцентами антибиотиков могут быть мицелиальные грибы (например, пеницилловые, аспергилловые), бактерии (продуценты грамицидина) чаще всего актиномицеты (продуцеты стрептомицина) и чаще всего актиномицеты (продуцетны стрептомицина, окситетрациклина, биомицина, тетрациклина и др.). Антибиотики применяются в качестве эффективных лечебных препаратов. Антибиотики используются также в нелечебных целях в качестве добавок в корм молодняку животных, птицы и т.п. Например, добавление кормового биомицина повышает привесы животных, яйценоскость кур.

Паразитизм - это такой тип взаимоотношений, при котором совместное существование одному из симбионтов приносит выгоду, а другому причиняет вред. Примерами могут служить болезнетворные микроорганизмы и вирусы, являющиеся возбудителями инфекционных заболеваний человека, животных и растений, фаги. Бактериофаги наблюдаются в сыроделии и производстве маргарина, актинофаги - в производстве антибиотиков, что приводит к утрате ценных производственных культур микроорганизмов.

Хищничество - это внеклеточный паразитизм. Хищные бактерии образуют подвижную колонию - сетку, улавливающую крупные бактериальные клетки других видов, которые лизируют (разрушаются) и используются ими внутри колонии, а остатки выбрасываются. Хищные бактерии чаще обитают в илах водоёмов.