Микробиология как наука

Мезофилы  (развивающиеся при  средних температурах) – м.о. средних  широт

Минимальная	Оптимальная	Максимальная
10-15	25-30	50-60

Термофилы  (теплолюбивые)- м.о. горячих  источников вулканов, гейзеров, теплых широт. Эти м.о. вызывают порчу продуктов, прошедших тепловую обработку.

Минимальная	Оптимальная		Максимальная
25-30	50-60	70-80

Для выращивания хозяйственно-полезных м.о. необходимо создание оптимальных температур для их развития. Для сохранения продуктов питания от микробной порчи необходимо либо повышать температуру выше макс ,либо снижать ниже минимальной.

М.о. хуже переносят повышение температур, чем ее понижение. Для м.о существует понятие термостойкости или термоустойчивости – отношение м.о. к температуре, превышающей максимальную.

Наибольшей термоустойчивостью обладает споры бактерий. Это объясняется малым содержанием влаги и наличием в клеточной оболочке дипиколиновой кислоты, поэтому споры уничтожаются при температуре выше 100⁰С.

Вегетативные клетки обладают меньшей  термостойкостью и поэтому для их уничтожения необходима температура ниже 100⁰С Высокие температуры вызывают в микробной клетке денатурацию белков, инактивациею ферментов, разрушение структур клетки. Причем во влажной среде эти процессы происходят быстрее и полнее даже при более низких температурах. Для сохранения продуктов питания от микробной порчи  в быту используется варка, обжарка, бланширование продуктов, а в пищевой промышленности  - 2 способа обработки продуктов, основанных на знании действия на м.о.высоких температур: 1 – пастеризация; 2 – стерилизация.

При пастеризации (это тепловая обработка  продуктов  60-80⁰С) она направлена на уничтожение вегетативных  бесспоровых м.о. Споры при этом сохраняются. Пастеризуют молоко, вино, пиво. Поскольку при пастеризации споры остаются жизнеспособными, то для увеличения сроков хранения продуктов необходимо быстро охлаждать продукт после пастеризации, быстро реализовывать, хранить на холоду.

Стерилизация – это тепловая обработка продуктов температурой выше 100 С. Она направлена на полное уничтожение как вегетативных клеток так и их спор. В пищ.пром-ти стерилизуют баночные консервы, в медицине – инструменты, в микробиологии – посуду, питательные среды. (Способы стерилизации см. л.р.№4)

Действие низких температур

Низкие температуры – уменьшают активность ферментов, снижают интенсивность обмена в-в в микробной клетке(вязкость цитоплазмы). Все это приводит к замедляемости жизнедеятельности микроорганизмов. В пищевой промышленности используется 2 способа воздействия низких температур для предохранения продуктов питания от микробной порчи: охлаждение и замораживание.

При охлаждении температуру снижают  от +10 до 0⁰С, при этом м.о. не погибают, а переходят в состояние анабиоза, поэтому охлажденные продукты не стойки в хранении (не более 2 суток), но они хорошо сохраняют свои органолептические свойства.

При замараживании температуру  снижают от –2 до –10⁰С, а при глубинном замараживании – до –30⁰С. При этом большинство м.о погибает за счет разрыва клеточных оболочек образовавшимися кристаллами льда, а оставшаяся часть переходит в состояние анабиоза. Замороженные продукты более стойки в хранении (до нескольких лет) но они теряют свои органолептические свойства. Поскольку замороженный продукт не является стерильным, постольку размораживать их можно только перед непосредственным употреблением, т.к. вытекший при размораживании клеточный сок является хорошей питательной средой для развития психрофильных м.о. Причем для уничтожения этих микробов требуются более жесткие условия замараживания.

 Влияние осмотического  давления (или концентрация растворенных веществ) в субстрате

Каждый м.о. живет на субстрате  со строго определенным осмотическим давлением, что обусловливает нормальный ход поступления питательных в-в в клетку, когда клетка будет находиться в состоянии тургора. Изменение осмотического давления в субстрате  может приводить либо к явлению плазмолиза в микробной клетке и ее переходу в состояние анабиоза, либо явлению плазмоптиза (снижая осмотич давление), которое сопровождается гибелью клетки. По отношению к осмотическому давлению м.о делят на 2 группы:

1 – осмотолерантные м.о., которые  могут выдерживать небольшие  изменения осмотического давления.

2 – осмофильные м.о., м.о. способные  жить на субстрате с повышенным  осмотическим давлением.

Разновидностью осмофильных м.о. являются галофильные м.о., приспособившиеся жить на субстрате с повышенной концентрацией поваренной соли.

На практике для сохранения продуктов  питания от микробной порчи реально  увеличивать осмотическое давление субстрата. Это достигается путем добавления в продукт либо сахара (на этом основано засахаривание продуктов), либо поваренной соли (засаливание продуктов).

Однако при этом м.о.  не погибают, а переходят лишь в состояние  анабиоза, поэтому такие продукты будут нестойки в хранении.

Для предупреждения микробной порчи  их следует хранить при пониженной влажности, температуре во избежание  выхода м.о. из состояния анабиоза. Засахаренные продукты чаще подвержены порче осмофильными плесенями, а засоленные – галофильными бактериями.

Типичным представителем галофильн. бактерий явл. бактерия Serratia salinaria (сератия солинария) главным образом вызывая порчу сильносоленой рыбы, развиваясь на ней в виде колоний красного цвета. Такой порок называется фуксином рыбы.

Лучистая энергия.

Влияние видимого света, ультрафиолетовых лучей, радиоактивного излучения, радиоволн.

Видимый свет. Необходим для развития лишь окрашенных м.о. фототрофов, способных использовать солнечные лучи для процесса близкого к фотосинтезу. Для бесцветных м.о. видимый свет губителен. Интересно влияние В.С. на развитие плесневых грибов. Грибы в темноте хорошо образуют мицелий, но не размножаются. Для формирования органов спороношения необходим В.С.

Ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи)

Наиболее губителен для м.о. лучи с длиной волны 240-260 нм. Эффект действия лучей зависит от дозы. Малые дозы оказывают стимулирующий эффект, ускоряют развитие м.о.

Средние дозы оказывают мутагенный эффект, действуя на генетический аппарат и могут приводить к появлению новых форм.

Большие дозы  оказывают бактерицидный эффект, т.е. приводят м.о. к гибели. Бактерицидное действие может быть обусловлено как прямым поражающим действием на структуру клетки, так и действием опосредовано через субстрат, т.е. УФ вызывает появление в субстрате ядовитых продуктов (озон, свободн.радикалы, перекиси) и эти продукты приводят микробную клетку к гибели.

УФ применяют для 

- обработки воздуха в боксах, операционных, холодильниках, термостатах,  при этом до 70% может погибать.

• УФ можно использовать для стерилизации питьевых вод.
• УФ можно использовать для стерилизации вин в тонком или поверхностном слое, т.к. УФ может проходить только через прозрачные субстраты.

Радиоактивные излучения

К радиоактивным излучениям относят  α-, β-, γ-лучи, образующиеся при распаде  атомных ядер. Наибольшей проникающей способностью обладают  γ-лучи. Эффект действия зависит от дозы. Он аналогичен действию УФ и механизм действия аналогичен УФ. М.о. обладают различной чувствительностью к действию радиоактивного излучения. Однако все споры более устойчивы к действию ионизирующего излучения, чем вегетативные клетки. Поэтому для полного уничтожения м.о. и сор  в каком то объекте, в частности в пищевых продуктах необходимы большие дозы γ-лучей 2-4 мегарад. Такой процесс называется рад стерилизацией, но он очень опасен для здоровья человека. Поэтому в настоящее время разрабатываются дозировки 0,2-0,4 мегарад, направленное на уничтожение  продуктов только вегетативных клеток м.о. и не затрагиваются споры. Такой процесс обработки пищевых продуктов с целью сохранения продуктов от микробной порчи называется радпастеризацией (или радуризацией). В нашей стране он является перспективным способом сохранения продуктов питания.

Влияние радиоволн

Радиоволны – это электромагнитные волны с относительно большой  длинной волны. На м.о. действуют короткие радиоволны и ултракороткие радиоволны, проходя через субстрат короткие волны вызывают появление в нем токов высокой частоты, а ультрокороткие волны -  токов сверхвысокой частоты. В электромагнитном поле электрическая энергия превращается в тепловую. Это приводит к быстрому разогреванию субстратов и гибели м.о. за счет теплового шока. Нагревание в поле ВЧ и СВЧ имеет ряд преимуществ перед обычным нагреванием:

1. Оно протекает очень быстро.
2. нагревание носит избирательный характер, т.е. разные точки субстрата можно нагреть до разных температур.

Радиоволны нашли применение в пищевой промышленности:

1 – их используют для размораживания  больших туш мяса;

2 -   для стерилизации фруктовых консервов, соков, находящихся в стеклянной таре, т.к. через жесть лучи не проходят. Короткое время нагревания позволяет сохранить витамины, разрушающиеся при тепловой обработке и одновременно уничтожаются м.о., т.е. простерилизованные продукты.

/Бактерицидное действие ультразвука зависит от интенсивности звука и кавитации, состава дисперсной среды, а также концентрации микробных клеток. При высокой интенсивности звука распад микробных клеток происходит чрезвычайно быстро. Наличие в составе среды липидов, углеводов и            особенно белков, а также увеличение концентрации микробных           клеток снижают бактерицидный эффект ультразвука.

Устойчивость микроорганизмов  к действию ультразвука зависит  от их биологических свойств. Вегетативные клетки бактерий более чувствительны, чем споры, кокковые формы погибают медленнее, чем палочковидные, более крупные клетки микроорганизмов отмирают быстрее, чем мелкие.

Ультразвук применяют для стерилизации пищевых продуктов, дезинфекции  предметов, изготовления вакцин, а также при извлечении внутриклеточных ферментов, токсинов, витаминов, нуклеиновых кислот и других компонентов клетки./

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ  М.О.

К химическим факторам, влияющим на жизнедеятельность  микроорганизмов, относят 1 – Влияние рН среды; 2 – Влияние химических в-в окружающей среды на ж.д. м.о.

Влияние рН среды

Каждый м.о. живет на субстрате со строго определенным рН. Сдвиг рН хотя бы на 0,1 единицу приводит либо к замедлению роста, либо к полной его гибели. Это объясняется большим значениям рН в жизни микробной клетки. От рН зависит активность ферментов м.о., а значит на общую направленность биохимических реакций в клетке, а также от нее зависит заряд клеточной оболочки.

По отношению к рН м.о. делят  на 2 большие группы:

1 – ацидофильные  (кислотолюбивые) это м.о. живущие в кислой  среде (3,0 – 6,5 рН).  К таким  м.о. относятся плесневые грибы,  дрожжи и лишь некоторые бактерии (молочнокислые и уксуснокислые).

2 – М.О., живущие в нейтральной  или слабощелочной среде (рН =7 и выше до 12) К таким м.о. относятся в основном бактерии (маслянокислые, гнилостные бактерии – возбудители порчи пищевых продуктов) .Зная отношение м.о. к рН среды можно регулировать их жизнедеятельность. При выращивании м.о. можно создавать оптимальную (благоприятную) рН, а для предохранения продуктов питания от микробной порчи – неблагоприятную рН для развития микробов.  Как правило м.о. хуже переносят подкисление среды, чем ее подщелачивание. На знании влияния рН разработана два способа сохранения продуктов питания от микробной порчи.

1 – маринование

2 - квашение

При мариновании продукт заливают маринадом, содержащим в себе небольшие концентрации кислот (уксусной, лимон. И др.) Гнилостные бактерии в этой среде не развиваются, а для уничтожения ацидофильных м.о. маринады подвергают тепловой обработке.

              При квашении продуктов кислоту  извне не вносят, а она сама  образуется в ходе процесса заквашивания. При этом развиваются молочнокислые бактерии, выделяющие молочную кислоту. Гнилостные бактерии в кислой среде не развиваются, а для предотвращения развития ацидофильных бактерий продукт хранят в вакууме и под гнетом, т.е. в анаэробных условиях и на холоду. В природе существуют м.о., способные самостоятельно регулировать кислотность среды, в которой они живут. Это дрожжи. В благоприятной для них кислой среде, они вырабатывают нейтральный продукт – этиловый спирт, а в неблагоприятной нейтральной среде -  продуцируют уксусную кислоту, которая подкисляет субстрат, т.е. создает нормальную кислотность рН для развития дрожжей.

Влияние химических в-в  окружающей среды на ж.д м.о.

Все химические в-ва окружающей среды  могут оказывать на м.о 3 вида воздействий:

1. стимулирующее действие – ускорять развитие м.о. Таким эффектом обладают питательные в-ва.
2. бактериостатическое – химические в-ва затормаживают развитие м.о,  но не вызывают их гибели
3. бактерицидное – химические в-ва приводят к гибели м.о.

 

Вещества, обладающие бактерицидным  действием называются антисептиками.

Частным случаем антисептиков явлю дезинфицирующие в-ва – в-ва уничтожающие только болезнетворные м.о.. Антисептики по своей природе могут быть органического и неорганического происхождения.