Факторы внешней среды влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов

Повышение температуры  от точки оптимума оказывает резкое влияние на микроорганизмы. Нагревание свыше температурного максимума приводит к быстрой гибели микробов. Большинство микроорганизмов погибает при температуре 60-70°С через 15-30 минут, а при нагревании до 80-100°С - в течение от нескольких секунд до 3 минут.

Споры бактерий выдерживают нагревание до 100° в  течение нескольких часов. Для уничтожения  спор прибегают к нагреванию до 120° в течение 20-30 минут.

Причиной гибели микроорганизмов при нагревании является, главным образом, свертывание белковых веществ клетки и разрушение ферментов.

Губительное действие высоких температур используется при  консервировании продуктов путем  пастеризации и стерилизации.

Пастеризация  представляет собой нагревание продукта при температуре от 63 до 75°С в продолжение 30-10 минут (длительная пастеризация) или от 75 до 93°С в течение нескольких секунд (короткая пастеризация). В результате пастеризации уничтожается большинство вегетативных клеток микробов, а споры остаются живыми. Поэтому пастеризованные продукты надо хранить на холоде, чтобы предотвратить прорастание спор. Пастеризации подвергают молоко, вино, фруктовые, овощные соки и другие продукты.

Стерилизация  означает нагревание продукта при температуре 120°С в течение 10-30 минут. Во время стерилизации, которая проводится в специальных автоклавах, погибают все микроорганизмы и их споры. Вследствие этого стерилизованные продукты в герметической таре могут сохраняться годами.

Стерилизация  применяется при изготовлении мясных, рыбных, молочных, фруктовых и других консервов.

                              

                                        Влажность среды

Она играет важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. В клетках микроорганизмов содержится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому развитие и размножение микроорганизмов возможно только в среде, содержащей достаточное количество влаги.

Уменьшение влажности  среды приводит сначала к замедлению размножения микробов, а затем к его полному прекращению.

Развитие бактерий останавливается при влажности  среды, равной примерно 25%, а плесеней – около 15%.

В высушенном состоянии  микроорганизмы могут сохранять  жизнеспособность в течение длительного  времени. Особенно устойчивы к высушиванию  споры, которые сохраняются в  высушенном состоянии многие годы.

На высушенных средах микроорганизмы не проявляют  своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пищевых продуктов методом высушивания. Сушке подвергают плоды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д.

При увлажнении высушенных продуктов они подвергаются быстрой порче вследствие бурного  развития на них сохранивших жизнеспособность микроорганизмов. Сушеные продукты обладают способностью воспринимать влагу из окружающего воздуха, поэтому при их хранении надо следить, чтобы относительная влажность воздуха не превышала определенной величины.

Под относительной влажностью воздуха понимается выраженное в процентах отношение фактического количества влаги в воздухе к тому количеству, которое полностью насыщает воздух при данной температуре. Развитие плесневых грибов на сушеных продуктах становится возможным, если относительная влажность воздуха превышает 75-80%.  

                Концентрация растворенных веществ в среде

Жизнедеятельность микроорганизмов протекает в средах, представляющих собой более или менее концентрированные растворы веществ. Одни из микроорганизмов обитают в пресной воде, где концентрация растворенных веществ незначительна и, следовательно, невелико осмотическое давление (обычно десятые доли атмосферы). Другие же микробы, наоборот, живут в условиях высоких концентраций веществ и значительного осмотического давления, достигающего иногда десятков и сотен атмосфер.

Большинство микроорганизмов  может существовать в средах со сравнительно небольшой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям.

Повышение концентрации веществ в среде и связанного с ней осмотического давления приводит к плазмолизу клетки, нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к гибели клетки. Однако некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность в условиях повышенной концентрации продолжительное время.

Плесневые грибы  переносят повышенные концентрации веществ (как и другие неблагоприятные факторы) легче, чем бактерии.

На губительном  действии высоких концентраций веществ  на микроорганизмы основано консервирование  пищевых продуктов поваренной солью  и сахаром.

Содержание в  среде поваренной соли до 3% замедляет  размножение многих микроорганизмов. Особенно чувствительны к действию поваренной соли гнилостные и молочнокислые бактерии. При содержании в продукте около 10% соли жизнедеятельность этих бактерий подавляется полностью.

Малоустойчивы к действию поваренной соли многие возбудители пищевых отравлений, например, паратифозные бактерии и бацилла ботулизма; их развитие приостанавливается при концентрации соли около 9%.

Поваренную соль используют для консервирования  рыбы, мяса, овощей и других продуктов.

Микроорганизмы  погибают также в растворах, содержащих 60-70% сахара. С помощью сахара консервируют ягоды, фрукты, молоко и др.

Некоторые микроорганизмы, живущие обычно в условиях невысокого осмотического давления, сравнительно хорошо развиваются и на засоленных или засахаренных продуктах. Встречаются и такие микробы, которые способны развиваться нормально только в условиях высокой концентрации поваренной соли (например, в тузлуке). Такие микробы называются галофилами. Нередко галофилы вызывают порчу соленых продовольственных товаров. Консервирующее действие сахара значительно слабее, чем поваренной соли, поэтому в практике консервирования сахаром продукты подвергают еще нагреванию в герметически закупоренной таре. 

                                                      Свет

Свет необходим  для жизни только тем микробам, которые используют световую энергию для обмена веществ.

Многим плесневым  грибкам также требуется свет, поскольку при его постоянном отсутствии не происходит образования  спор, хотя мицелий развивается нормально.

Прямой солнечный  свет губителен для микроорганизмов, а рассеянный свет подавляет их развитие.

Сапрофитные бактерии менее чувствительны к действию света, чем бактерии-паразиты (болезнетворные); туберкулезная, брюшнотифозная, сибиреязвенная бактерии в лучах солнечного света погибают быстро. В связи с этим существенное санитарное значение приобретает систематическое облучение солнечным светом жилых и общественных помещений.

Бактерицидное (убивающее бактерии) действие солнечного света обусловлено прежде всего наличием в нем ультрафиолетовых лучей. Эти лучи обладают большой химической и биологической активностью. Они вызывают разложение и синтез некоторых органических соединений, свертывают белки, разрушают ферменты, губительно действуют на клетки микроорганизмов, растений и животных.

Созданы специальные  устройства для искусственного получения ультрафиолетовых лучей. С помощью этих лучей обеззараживают питьевую воду, воздух лечебных и производственных помещений, холодильных камер и т. д.

Недостатком ультрафиолетовых лучей является малая проникающая способность, вследствие чего их можно применять только для облучения поверхности предметов. 

                                        Электромагнитные волны

Электромагнитные  волны имеют различную длину  и частоту колебаний. Чем короче электромагнитная волна, тем выше частота ее колебаний. Считается, что электромагнитные волны больших длин (свыше 50 м) на микроорганизмы никакого действия не оказывают. Короткие (от 10 до 50 м) и особенно ультракороткие (менее 10 м) электромагнитные волны влияют на микроорганизмы губительно.

При прохождении  через какую-либо среду эти волны  образуют в ней переменные токи высокой (ВЧ) и ультравысокой (УВЧ) частот, которые нагревают эту среду, причем быстро и равномерно во всей ее массе. Вода в стакане под действием таких токов нагревается до кипения за 2-3 секунды.

Токами ультравысокой  частоты пользуются для стерилизации продуктов при их консервировании. Такой метод консервирования имеет важные преимущества, так как не влияет на качество готового продукта.

Действием токов  ультравысокой частоты можно  пользоваться и для вытапливания жира из тканей. 

                                              Ультразвук

Звуковые колебания, частота которых составляет более 20000 в секунду, называют ультразвуком. Ультразвуковые колебания человеческое ухо не улавливает.

Ультразвуковые  волны, распространяясь в среде, несут большую механическую энергию, могут вызвать свертывание белков, ускорить химические реакции и произвести другие действия.

Мощные ультразвуковые колебания способны вызвать мгновенное механическое разрушение клеток.

К воздействию  ультразвуковых волн особенно чувствительны бактерии, споры же их более выносливы.

Эффективность ультразвука зависит от продолжительности  его воздействия, химического состава, вязкости и реакции среды, а также  от температуры среды.

Природа бактерицидного действия ультразвука до конца еще  не раскрыта. В какой мере ультразвук будет использоваться для консервирования продуктов, сказать сейчас трудно. Попытки применить энергию ультразвуковых колебаний для стерилизации молока, соков, питьевой воды пока не дали желаемого технико-экономического эффекта. 

                         Влияние химических факторов

Химические факторы  среды во многом определяют жизнедеятельность микроорганизмов. Среди химических факторов наибольшее значение имеют реакция среды и ее химический состав. 

                                             Реакция среды

Степень кислотности  или щелочности среды оказывает  сильное воздействие на микроорганизмы. Кислотность и щелочность здесь понимаются как концентрация водородных и гидроксильных ионов.

Под влиянием реакции  среды могут изменяться активность ферментов, характер обмена веществ клетки с окружающей средой, а также проницаемость клеточной оболочки для различных веществ.

Разные микроорганизмы приспособлены к обитанию в средах с различной реакцией. Некоторые из них лучше развиваются в кислой среде, другие - в нейтральной или слабощелочной. Для большинства плесневых грибов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда. Бактерии нуждаются в нейтральной или слабощелочной среде. Изменение реакции среды на микроорганизмы действует угнетающе. Повышение кислотности среды может вызвать гибель бактерий, особенно губительна повышенная кислотность для гнилостных бактерий.

Споры бактерий более устойчивы к изменениям реакции среды, чем вегетативные клетки.

Некоторые бактерии в процессе жизнедеятельности сами вырабатывают органические кислоты. Такие  бактерии (например, молочнокислые) выносливее других, однако и они после накопления в среде определенного количества кислоты постепенно погибают.

Встречаются микроорганизмы, способные регулировать реакцию  среды, доводя ее до нужного уровня путем выделения веществ, которые  подкисляют или подщелачивают среду. К подобным микроорганизмам относятся, например, дрожжи. Для них нормальной является кислая среда, в которой и протекает спиртовое брожение. Однако, если дрожжи попадают в слабощелочную или нейтральную среду, то вместо спирта они образуют уксусную кислоту. После того как среда приобретет благоприятную для дрожжей кислую реакцию, они начинают вырабатывать этиловый спирт.

На подавляющем  действии реакции среды на гнилостные бактерии основаны такие методы консервирования  пищевых продуктов, как квашение и маринование. При квашении (молочных продуктов, овощей) в продукте развиваются молочнокислые бактерии, образующие молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность гнилостных бактерий.