Перечислите факторы влияющие на развитие микробов – 3 Влияние факторов внешне-среды (физических, химических и биологических факторов) на развитие микроорганизмов
Физические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы
Среди факторов внешней среды наибольшее значение для микроорганизмов имеют физические факторы, к которым относятся температура, свет и другие виды лучистой энергии, влажность, механические воздействия и т. д. Эти факторы могут благоприятствовать или же препятствовать развитию микробов.
При воздействии каждого физического фактора различают три кардинальные точки: минимум, оптимум и максимум. Минимум означает наименьшее значение любого фактора, ниже которого развитие микроба невозможно, оптимум — наиболее благоприятные условия и максимум — наиболее высокое значение фактора. Развитие микроорганизма возможно между максимальными и минимальными пределами (границами), вне которых жизнь данного организма невозможна. При наилучших (оптимальных) условиях все процессы жизнедеятельности этого организма протекают наиболее интенсивно.
Если же хотя бы один фактор будет находиться ниже минимума, организм не сможет развиваться даже при оптимальном значении всех остальных факторов среды.
Температура.
Важнейшим физическим фактором внешней среды является температура. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций процессов обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.
О влиянии температуры чаще всего судят по росту и размножению микробов. Для каждого микроорганизма можно определить кардинальные температурные точки. Оказалось, что границы жизни в мире микробов гораздо шире, чем у животных и растений. Они лежат в области от нескольких градусов ниже нуля до 70-90 °С.
Широкие температурные пределы жизни имеют огромное значение для микроорганизмов. Они позволяют развиваться микрофлоре на поверхности земного шара в районах, резко различающихся своими климатическими условиями. Температурные пределы довольно широки и для отдельных видов микроорганизмов (табл. 1).
Таблица 1. Температурные пределы роста некоторых микроорганизмов.
Микроорганизмы | Температура, °С | ||
минимум | оптимум | максимум | |
Светящиеся бактерии северных морей | 0 | 20 | 38 |
Пневдомонас | 0-5 | 10-20 | 25-35 |
Бациллус субтилис (сенная палочка) | 6 | 30 | 57 |
Бациллус антрацис (палочка сибирской язвы) | 12 | 37 | 45 |
Туберкулезная палочка | 30 | 37,5 | 42 |
Термофильные бактерии | 40 | 60 | 72 |
По отношению к температурным условиям микроорганизмы делят на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.
Психрофилы — холодостойкие микроорганизмы, способные размножаться и проявлять химическую активность при низких температурах. При этом степень холодостойкости разных микроорганизмов различна. Психрофильные микробы представляют опасность для продуктов, находящихся в холодильниках. Среди психрофильных микроорганизмов известны палочковидные бактерии, микрококки, плесневые грибы. Порча охлажденных продуктов связана главным образом с размножением психрофильных бактерий семейства Псевдомонас и Ахромобактер. Некоторые психрофилы способны к размножению даже при температуре от -5 до -9 °С, образуя на продуктах сначала отдельные колонии, а затем слизистые пленки.
Мезофилы — широко распространенные формы микроорганизмов, имеющие оптимум около 30 °С, минимум около 0 °С и максимум 42 °С. Среди них известны многие вредные для пищевой промышленности микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов, а также полезные.
Термофилы — теплолюбивые микроорганизмы с оптимумом 50-60 °С, минимумом 30 °С и максимумом около 70-85 °С. Они могут развиваться в местах с повышенной температурой: в горячих источниках, в верхних слоях почвы жарких стран, в самосогревающихся скоплениях навоза, влажного сена, зерна и др. Среди термофилов известно много возбудителей порчи пищевых продуктов, например в сахарном, консервном и рыбном производствах.
При таком делении микроорганизмов остается еще несколько дополнительных групп. Примером могут служить патогенные микробы, которые приспособились к жизни в теле теплокровных животных и человека. Их оптимум точно совпадает с температурой тела хозяина — у человека 37 °С, млекопитающих 38-39 °С, птиц 40-43 °С. Так, туберкулезная палочка имеет оптимальные условия для развития при 37 °С, очень близко к нему расположен максимум и очень высокий минимум (выше 30 °С).
В широком температурном диапазоне могут расти некоторые бактерии, например рода Бациллус (сенная палочка).
Не всегда происходит отмирание клеток при температуре ниже минимума развития. Стойкость к низкой температуре велика у микроорганизмов, а в некоторых случаях они сохраняют жизнеспособность даже вблизи абсолютного нуля. Так, споры некоторых бактерий прорастали после пребывания в жидком водороде при температуре -252 °С в течение 10 ч. Такую же стойкость имеют многие дрожжи и плесневые грибы. Однако механизм этой устойчивости изучен недостаточно.
Более изучен механизм действия на микробные клетки высоких температур. Так, уже небольшое превышение температурного максимума останавливает процесс жизнедеятельности микроорганизмов.
Дальнейшее незначительное повышение температуры вызывает быстрое отмирание клеток. Причина этого в необратимых изменениях свойств белков цитоплазмы, при которых золи (растворы) переходят в гели (твердое вещество).
Стойкость к повышенным температурам неодинакова у разных микробов. Вегетативные клетки бактерий, споры дрожжей, конидии плесневых грибов быстро погибают при температуре 60-80 °С. Устойчивы к воздействию высоких температур споры бактерий — самые стойкие в этом отношении живые образования на Земле. Среди бактерий известны многие с чрезвычайно высокой термостойкостью спор — они выдерживают длительное кипячение и погибают лишь при нагревании до температуры 120-130 °С. При этом нагревание в сухом состоянии оказывается менее эффективным, чем во влажном. По-видимому, в термоустойчивости спор играет значительную роль химический состав оболочки.
Термоустойчивость спор микроорганизмов представляет большую опасность при производстве различных пищевых продуктов.
Свет и другие формы лучистой энергии.
На поверхности земли все микроорганизмы подвергаются действию различных видов лучистой энергии, которые представляют собой электромагнитные колебания с различной длиной волн. Солнечная радиация приносит на поверхность Земли ультрафиолетовые, тепловые и видимые световые лучи. Часть их, поглощаемая атмосферой, теряется, остальные достигают поверхности суши и океана.
Солнечные лучи подавляют развитие всех микроорганизмов. Подобное воздействие обусловлено ультрафиолетовой частью солнечного спектра — электромагнитными колебаниями с длиной волны 250-260 нм. Ультрафиолетовые лучи обладают сильным бактерицидным действием, поэтому УФ-лампы используют как средство, стерилизующее воздух и предметы. Многие патогенные микробы, в частности тифозные и туберкулезные бактерии, очень чувствительны к действию УФ-лучей. Палочки сибирской язвы под действием солнечного света погибают за 10 мин. Однако бактерицидное действие света распространяется на очень тонкий слой почвы — всего 2-3 мм. Эффективность действия солнечных лучей в воде уменьшается по мере увеличения ее мутности, и в мутных (загрязненных) водах содержится наибольшее количество микробов.
В основе действия лучистой энергии лежат химические и физические изменения, которые происходят в организмах или в окружающей среде, вследствие чего она становится непригодной для развития микробов. УФ-лучи адсорбируются белками и нуклеиновыми кислотами клеток. Это вызывает повреждение клеточных структур и химические изменения.
Тепловые (инфракрасные) лучи спектра слабо действуют на микроорганизмы и только нагревают среду.
Рентгеновские лучи (коротковолновые электромагнитные колебания) обладают высокой проникающей способностью.
Короткие и длинные радиоволны не оказывают действия на микроорганизмы, но ультракороткие радиоволны очень активны из-за нагревания среды. Ультразвуковые колебания оказывают определенное биологическое действие и полностью подавляют жизнь микроорганизмов.
Влажность.
Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от воды, так как в ней растворяются питательные вещества. При отсутствии свободной воды становится невозможным питание микроорганизмов и останавливается их развитие.
По потребности в воде микроорганизмы делят на три группы: гидрофиты — влаголюбивые, мезофиты — средневлаголюбивые и ксерофиты — устойчивые к высушиванию. Гидрофитами являются большинство бактерий и дрожжей и некоторые грибы. Плесневые грибы — гидрофиты требуют относительной влажности воздуха 80-98 %, а при влажности 70-75 % развитие замедляется. Среди плесневых грибов многие являются мезофитами, но есть и ксерофиты. Они способны расти при меньшем содержании влаги по сравнению с бактериями и дрожжами. Предельная для размножения дрожжей влажность воздуха 65%. Для большинства бактерий и дрожжей требуется влажность не менее 85-90 %, некоторым достаточно содержания влаги 80-85 %. Влажность воздуха зависит от его температуры, так как с понижением температуры влагоудерживающая способность воздуха снижается.
Вследствие разной потребности во влаге микробы неодинаково переносят высушивание. Хорошо сохраняют жизнеспособность при высушивании споры бактерий и грибов, и в сухом виде они длительное время не теряют способности к прорастанию. Например, споры палочки сибирской язвы сохраняются в высушенном виде более 20 лет. Такая стойкость представляет очень большую эпидемиологическую опасность.
Споры и конидии грибов сохраняют способность к прорастанию в течение 2-3 лет.
Вегетативные клетки неспорообразующих бактерий переносят высушивание по-разному. Например, уксуснокислые бактерии при высушивании погибают через несколько часов. Высушенные молочнокислые бактерии длительно сохраняют жизнеспособность и применяются в некоторых производствах в качестве сухих заквасок. Сухие хлебопекарные дрожжи остаются жизнеспособными в течение года. Довольно устойчивы к высушиванию и патогенные микробы. Так, холерный вибрион переносит высушивание в течение 24 ч, палочка чумы — до 8 сут, брюшнотифозные бактерии — до 70 сут, туберкулезная палочка и стафилококк — до 90 сут.
Давление.
Большинство микроорганизмов развивается обычно в условиях невысокого (100-200 кПа) давления. Глубоководные микроорганизмы в морях и океанах испытывают гораздо большее давление. Вегетативные клетки бактерий, вирусы и другие микроорганизмы погибают при увеличении давления до 600-700 МПа. Споры бактерий переносят давление 2000 МПа. Поэтому для уничтожения микробов применять повышенное давление неэффективно.
www.comodity.ru
Химические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы
К химическим факторам внешней среды, оказывающим влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся состав среды и концентрация в ней некоторых веществ, наличие или отсутствие ингибиторов, тормозящих рост микробов, кислотность, окислительно-восстановительные условия среды.
Состав среды и концентрация в ней веществ.
Развитие микроорганизмов в пищевом сырье и продуктах происходит в присутствии сложной смеси различных минеральных и органических соединений. Они используются микроорганизмами в качестве питания и энергетического материала и могут влиять на их развитие, а также определять окислительно-восстановительные условия среды. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы потребляют из среды некоторые питательные вещества и концентрация их в среде уменьшается. Кроме того, из их клеток выделяются некоторые вещества — продукты обмена, которые также влияют на химический состав среды. Поэтому при развитии микроорганизмов состав среды и содержание в ней различных веществ изменяются.
Для роста и размножения микроорганизмов важное значение имеет концентрация питательных веществ. Для каждого из них существует минимальная концентрация, при которой клетка может ассимилировать это питательное вещество. При оптимальной, т. е. достаточной, концентрации микроорганизмы растут с наибольшей скоростью. Дальнейшее увеличение концентрации некоторых питательных веществ, например углеводов, приводит к угнетению роста. Поэтому при максимальной концентрации еще происходит незначительное размножение клеток, но далее оно уже Приостанавливается.
Оптимальные концентрации для разных веществ очень различны. Слишком высокие концентрации некоторых веществ, в том числе и питательных, вредны, так как создают высокое осмотическое давление в среде. При этом вода из клеток микробов выходит наружу, клетка обезвоживается, цитоплазма сжимается. Происходит явление, называемое плазмолизом, при котором микроорганизмы погибают. Такое положение создается в среде с высоким содержанием поваренной соли, например при посоле рыбы.
Существуют и осмофильные формы микробов, которые предпочитают среды с высоким осмотическим давлением. Так, устойчивые к высоким концентрациям солей солелюбивые микроорганизмы живут в соленых водоемах или засоленных почвах — солончаках. Другие микроорганизмы могут существовать в средах с высоким содержанием сахара. Такие осмофилы распространены довольно широко. Например, в меде, сахарных сиропах, варенье встречаются осмофильные дрожжи, способные жить при концентрации сахара 70-80 %. Эта способность выработалась путем приспособления к условиям существования.
Когда концентрация веществ в клеточном соке микроорганизмов выше, чем в окружающей среде, то в клетку извне поступает вода и создается упругое, напряженное состояние — туpгoр. При этом цитоплазма клетки плотно прижимается к мембране, растягивая ее. В состоянии тургора клетки микроорганизмов могут нормально осуществлять процессы жизнедеятельности.
Ингибиторы.
Некоторые ядовитые вещества тормозят или приостанавливают (ингибируют) развитие микроорганизмов. При действии ядовитых веществ большое значение имеет их концентрация.
Известно, что многие сильнодействующие ядовитые вещества в очень малых дозах стимулируют жизнедеятельность микроорганизмов. Однако при повышении концентрации эти вещества проявляют уже бактерицидное (убивающее бактерии) действие в отношении вегетативных клеток, а затем и в отношении спор. Ядовитые вещества, применяемые для борьбы с микроорганизмами, называют антисептиками. Большое значение для уничтожения микробов имеет продолжительность контакта ядовитых веществ с кислотами.
Некоторые химические соединения вызывают лишь временную остановку жизнедеятельности микробов, которая затем возобновляется после удаления ядовитого вещества. Такое действие химических веществ называется бактериостатическим.
Сильными ядами для микроорганизмов являются соли тяжелых металлов, например ртути и серебра, уже при концентрации 0,0001 % и меньше. Механизм действия ядовитых веществ различен. Одни, такие, как фенолы, ингибируют окислительные реакции микроорганизмов, угнетая их развитие и приводя к гибели. Другие, например кислоты, щелочи и сильные окислители, разрушают белковые соединения в клетках микроорганизмов. Альдегиды и некоторые минеральные соли вступают в соединения с белками цитоплазмы микроорганизмов и подавляют их химическую активность.
Разнообразные свойства ядовитых веществ используют в практической работе для уничтожения микроорганизмов (подробнее см. в разделе «Дезинфекция»).
Кислотность среды.
Для развития микроорганизмов большое значение имеет кислотность среды, как общая кислотность (титруемая), так и концентрация водородных ионов рН (активная). Титруемая кислотность определяется количеством в среде органических и неорганических кислот. Микроорганизмы различаются по способности размножаться в кислых средах: есть кислотоустойчивые бактерии (например, молочнокислые, уксуснокислые), но есть и кислоточуствительные (например, гнилостные бактерии).
То же и в отношении активной кислотности среды, т. е. рН.
Каждый микроорганизм может проявлять жизнедеятельность только в определенных пределах значений рН, так как от них зависит активность ферментов микробной клетки. Отношение микроорганизмов к реакции среды разнообразно. Отдельные микроорганизмы могут развиваться в широких пределах величины рН и легко переносят подкисление или подщелачивание среды, однако для большинства допустимые пределы изменения рН сравнительно узки.
Активная реакция среды вне пределов, пригодных для развития, действует губительно. Большинство бактерий развивается в нейтральной среде; дрожжи и кислотообразующие микроорганизмы — в слабокислой; в более кислых продуктах могут расти только плесневые грибы. Гнилостные бактерии в кислой среде не размножаются и не разлагают белков. Кишечная палочка и паратифозные бактерии развиваются в слабокислой среде, но при рН до 3-3,5 погибают очень быстро. Известное значение при этом имеет химическая природа кислоты. Отношение некоторых микроорганизмов к активной кислотности среды показано в табл. 2.
Таблица 2. Кардинальные точки рН среды для роста некоторых микроорганизмов.
Микроорганизмы | рН среды | ||
минимум | оптимум | максимум | |
Дрожжи | 2,5-3,0 | 4-6 | 8,5 |
Эшерихия коли (кишечная палочка) | 4,4-5,0 | 6,5-7,5 | 7,8-9,0 |
Протеус вульгарис (палочка протея) | 4,4-4,9 | 6,5-7,5 | 8,4-9,4 |
Бациллус субтилис (сенная палочка) | 4,5 | 6,7 | 8,5 |
В естественных средах микроорганизмы распределяются в зависимости от их отношения к рН. Например, в почве и водоемах происходят значительные колебания рН. Поэтому живущие в них сапрофитные микробы приспособились к широкому диапазону значения рН. Наоборот, микроорганизмы, ведущие паразитический образ жизни в теле хозяина (человека и животного), могут расти лишь в узком диапазоне рН.
В процессе жизнедеятельности микроорганизмы изменяют реакцию среды, потребляя из нее питательные вещества и образуя продукты обмена веществ. В зависимости от рН среды микробы обнаруживают различную химическую деятельность, так как рН влияет не только на образование ферментов в микробных клетках, но и на их активность. Иногда в зависимости от рН среды меняется метаболизм микробов. Так, в кислой среде дрожжи в результате брожения образуют из сахара спирт, а в щелочной среде — глицерин и уксусный альдегид. Палочка протея вырабатывает наибольшее количество протеолитических ферментов при рН 7,5-8,1 и температуре 18-20 °С через 4 сут. У гнилостных бактерий, портящих пищевые продукты, наибольшая протеолитическая активность при рН выше 7. У некоторых бактерий максимальная активность протеаз проявляется при рН намного ниже 7 (например, у молочнокислых бактерий).
Стафилококки с наибольшей активностью разрушают желатину при рН 8-8,5, так как оптимальное значение рН для действия фермента желатиназа равно 8. При рН 6,8-7,2 разжижение желатина протекает в 10 раз медленнее, а при 4,6-5,2 даже в 30 раз медленнее. Молочнокислые бактерии могут разлагать казеин (белок молока) при рН ниже 7. Поэтому в кислых молочных продуктах (сыре, твороге) молочнокислые бактерии могут вызвать разложение белков — протеолиз.
Окислительно-восстановительные условия.
Степень аэробности среды, т. е. количество в ней кислорода определяют как окислительно-восстановительные условия. Они оказывают большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Прежде всего окислительно-восстановительные условия среды определяют возможность развития, так как потребность различных микроорганизмов в кислороде очень различна. Аэробы не могут размножаться в бескислородной среде, анаэробы, наоборот, не могут размножаться в присутствии кислорода.
Другое важное значение окислительно-восстановительных условий среды состоит в том, что они определяют направление химических реакций. Например, при наличии кислорода (аэрация) дрожжи в сахарсодержащих средах используют его для окислительных реакций, конечными продуктами которых являются углекислый газ и вода. При недостатке же кислорода дрожжи вызывают спиртовое брожение и в среде накапливаются спирт и углекислый газ.
Окислительно-восстановительные условия имеют большое значение при хранении пищевых продуктов, ограничивая развитие одних микроорганизмов и способствуя развитию других. Доступ воздуха важен для многих вредителей продуктов при холодильном хранении. Однако без доступа воздуха и при низкой температуре эти микробы могут жить в продуктах длительное время.
www.comodity.ru
Биологические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы
Кроме физических и химических факторов на жизнедеятельность микроорганизмов влияют и биологические. К ним относятся различные взаимоотношения между живыми существами, возникающие в природных условиях и обусловленные присутствием разнообразных видов. При этом характер взаимоотношения зависит от особенностей отдельных организмов в микробных сообществах. В пищевых продуктах, обсемененных различными микроорганизмами, наблюдаются явления антагонизма, симбиоза и др.
Антагонизм.
Антагонизмом у микробов называют угнетающее влияние продуктов жизнедеятельности одних микроорганизмов на другие. В борьбе за питательные вещества, кислород и другие условия существования микроорганизмы вырабатывают целый арсенал средств защиты и нападения на другие микроорганизмы. Одни при этом стараются овладеть окружающей средой и подавить конкурентов быстрым размножением, другие вырабатывают ядовитые продукты обмена для подавления остальной микрофлоры и т. д.
У некоторых микроорганизмов защитная функция получила исключительное развитие. При этом химическими средствами защиты стали не просто отходы обмена веществ, а специально синтезируемые соединения большой силы. Примером антагонизма может служить образование некоторыми микробами особых веществ — антибиотиков, действие которых направлено против определенных групп организмов. В зависимости от производимого эффекта антагонистическое взаимодействие может или угнетать размножение бактерий (бактериостатическое действие) или убивать клетки бактерий (бактерицидное действие).
Симбиоз.
Симбиоз — это совместное существование организмов двух разных видов в тесном контакте, при котором один другому приносят пользу. Известно много таких примеров: симбиоз водоросли и гриба в лишайниках, бактерий с высшими растениями в корневых клубеньках бобовых, гриба с высшими растениями. Известна форма симбиоза бактерий с животными, когда разлагающие целлюлозу микроорганизмы обитают в рубце жвачных.
Разновидностью симбиоза является метабиоз — такие взаимоотношения между организмами, когда продукты жизнедеятельности одного партнера создают необходимые условия для развития другого. Например, гнилостные микробы активируют деятельность нитрифицирующих бактерий. Аэробы, поглощая кислород, дают возможность развиваться анаэробам.
Иногда продукты обмена одних микроорганизмов служат питательными веществами для других. Типичным примером симбиоза являются кефирные зерна.
Молочнокислые бактерии, подкисляя среду, создают благоприятные условия для развития дрожжей. Дрожжи в свою очередь обогащают среду азотистыми веществами и витаминами, необходимыми бактериям.
Синергизм — это содружественное действие двух или нескольких видов микроорганизмов, например совместный синтез определенных веществ. Так, Азотобактер в присутствии Бациллус микоидес образует в полтора раза больше стимулятора роста гетероауксина, чем в чистой культуре.
www.comodity.ru
Лекція №7 Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы.
Действие физических факторов.
Действие химических веществ.
Действие биологических факторов.
К числу основных физических факторов, воздействующих на
микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относятся температура, высушивание, гидростатическое давление, лучистая энергия и другие.
Влияние температуры. Температура – один из наиболее важных факторов в жизни микробов. Она может быть оптимальной, т.е. наиболее благоприятной для развития, а также максимальной, когда подавляются жизненные процессы; минимальной, ведущей к замедлению или прекращению роста. Микроорганизмы по их адаптации к определенным температурным условиям объединяют в три физиологические группы:
психрофилы
мезофилы
термофилы
Психрофильные микроорганизмы – обитатели холодных источников,
глубоких морей и океанов с оптимальной температурой 15-200С, рост возможен от 00С до 350С. К ним относят светящиеся бактерии, железобактерии и другие.
Мезофильные бактерии живут при средних температурах с оптимумом 30-370С, минимум 30С и максимум до 450С. Сюда относятся большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы.
Термофильные бактерии требуют для своего развития более высокую температуру – от 35 до 800С, при оптимуме – 50-600С. Они встречаются в горячих источниках, пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жарким климатом.
Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микробы. Низкие температуры обычно не вызывают гибели микробов, а лишь задерживают их рост и размножение. Жизнедеятельность многих микробов сохраняется при температуре, близкой к абсолютному нулю. Так, эшерихии остаются жизнеспособными при – 1900С до 4-х месяцев, а бруцеллы при –400С сохраняются более 6 месяцев. Однако, следует иметь в виду, что когда замораживание происходит без образования кристаллов (-190), то такая температура менее губительна, чем температура (-20), при которой образуются кристаллы льда, ведущие к механическим повреждениям и необратимым процессам в микробной клетке.
Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы.
Высокая температура, в особенности нагревание паром под давлением, губительно действует на микробов. Чем больше температура выходит за пределы максимума, тем быстрее погибают вегетативные формы микроорганизмов: при 600С – через 30 мин., при 80-1000С – через 1 мин. Споры бактерий более устойчивы к действию высокой температуры.
В основе бактерицидного действия высоких температур лежит угнетение ферментов, денатурация белков, нарушение осмотического барьера. Воздействие высокой температуры лежит в основе многих методов термической стерилизации, которая осуществляется главным образом в автоклаве (при 1200С, с давлением 1 атм, 30 минут), либо путем кипячения, дробной стерилизации текучим паром (при 1000С, три дня подряд по 30 минут), воздействия сухим жаром (при 1700С 1,5 часа) – более подробно на ЛПЗ. Под термином стерилизация понимают мероприятие, направленное на полное уничтожение в стерилизуемом материале (трупы животных, лабораторная посуда, питательные среды, использованные микробные культуры) всех микробов.
Влияние высушивания. Высушивание, приводящее к обезвоживанию, действует губительно на микроорганизмы. В бактериальной клетке вследствие обезвоживания жизненные процессы замедляются, процесс размножения приостанавливается, клетка переходит в анабиотическое состояние. Дегидратация вегетативных бактериальных клеток в большинстве случаев вызывает их гибель (особенно патогенных). Споровые формы микробов в высушенном состоянии могут сохраняться многие годы. В лабораторной практике для сохранения микробных культур широко применяют метод сублимации – обезвоживания при низкой температуре. Этим методом высушивают вакцины, музейные баккультуры, лечебные и диагностические сыворотки и другие биопрепараты.
Влияние гидростатического и осмотического давления. Гидростатическое давление, превышающее 108-110 Мпа, вызывает денатурацию белков, инактивацию ферментов, повышает электролитическую диссоциацию, увеличивает вязкость многих жидкостей, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельность микробов и нередко приводит к их гибели. Большинство микробов выдерживают давление около 65 Мпа в течение часа. Встречаются баротолерантные (113-116 Мпа) микроорганизмы, обитающие в глубинах океана, нефтяных скважинах. Повышенное давление (103 – 106 Па) в сочетании с высокой температурой (1200С) используется в автоклавах в целях обезвреживания (стерилизации) материалов.
Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает осмотическое давление среды, определяемое концентрацией растворенных в ней веществ. Внутри бактерий осмотическое давление соответствует давлению 10-20% раствора сахарозы. Если поместить микробную клетку в среду с более высоким осмотическим давлением, то наступит плазмолиз (потеря воды и гибель клетки), если в среду с низким осмотическим давлением, то вода будет поступать внутрь клетки, клеточная стенка может разорваться – плазмоптиз. Эти явления используют в промышленности и в быту для консервирования продуктов (огурцы, помидоры, капуста и др.).
Однако, существуют микроорганизмы любящие расти при высоких концентрациях солей – галофилы. Напр., роды Micrococcus, Sarcina размножаются при высокой 20-30% концентрации NaCL. Это свойство используется в лабораторной практике для дифференциации этих микроорганизмов от других, подобных.
Действие различных видов излучения на микроорганизмы. Различные виды излучений бактерицидно действуют на микробы. Однако степень этого действия зависит от вида лучевой энергии, ее дозы и длительности экспозиции.
Солнечные лучи – сильно действующий на микробы физический фактор. Многие патогенные микроорганизмы погибают при воздействии солнечных лучей в течение 10-30 минут, некоторые через 2 часа (туберкулезная палочка), споры бацилл – через несколько часов. Рассеянный свет действует слабее. На практике культивирование микроорганизмов проводят в темноте, в термостатах. Видимый свет положительно влияет только на пигментообразующие бактерии. Бактерицидное действие света связано с образованием в клетке гидроксильных радикалов и других высокоактивных веществ.
Ультрафиолетовые лучи (100-380 нм) широко применяются для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях и промышленных цехах, боксах для обеспечения асептических условий посевов. Используют при этом ртутнокварцевые (ПРК) или бактерицидные (БУВ) лампы. Механизм действия УФЛ заключается в подавлении репликации ДНК.
Несколько слабее действуют на микробов радиоактивные гамма-лучи и рентгеновские лучи, из-за того, что стерилизуемые объекты надо располагать в непосредственной близости от источника излучения. Их применяют для уничтожения микробов на инструментах, в перевязочном материале, биопрепаратах.
Из-за нехватки времени действие на микроорганизмы ультразвука, электричества и других физических факторов прочитаете самостоятельно.
2. Микробы, как и все живое, высокочувствительны к факторам среды. При возникновении благоприятных импульсов микробы устремляются к объекту раздражения, неблагоприятные – отталкивают их. Такое явление получило название хемотаксиса. Вещества, благоприятно действующие на микробную клетку (мясной экстракт, пептон) вызывают положительный хемотаксис; сильнодействующие, ядовитые вещества (кислоты, щелочи и др.) ведущие к перевозбуждению или угнетению, приводят к отрицательному хемотаксису. Ядовитые вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с ее жизненно важными компонентами и нарушают их функции. Это вызывает остановку роста микроорганизма (бактериостатическое действие) или его гибель (бактерицидное действие). Бактерицидным действием обладают химические вещества различных групп: кислоты (Н2SO4, НСL, HNO3), спирты (метиловый, этиловый и др.), поверхностно-активные вещества (жирные кислоты, порошок, мыло), фенолы и их производные, соли тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, ртуть), окислители (хлор, йод, KМnO4, Н2О2), группа формальдегида, красители (бр.зеленый, риванол и др.). Механизм антимикробного действия этих веществ различен. Одни из них (формальдегид, кислоты, щелочи и др.) вызывают свертывание белка, другие изменяют реакцию окружающей среды, третьи – повреждают клеточную стенку.
Действие химических веществ на микробы усиливается при повышении температуры раствора до 60-700, увеличении концентрации химического вещества, срока действия. Имеет значение и характер материала, к которым требуется уничтожить микробов – в навозе, трупах животных, гное микробы менее доступны, и для обеззараживания их необходимо длительное воздействие высококонцентрированными растворами химических веществ.
Для уничтожения вегетативных форм бактерий наиболее часто применяют 5% раствор фенола, лизола или хлорамина, 10-20% раствор негашеной извести, 2% раствор формальдегида, 4% горячий раствор едкого натра, вызывающие их гибель в среднем через 1-2 часа. Споры бацилл погибают при воздействии 3% раствора формальдегида, 20% раствора хлорной извести, 5% раствора фенола в течении 10-24 часов.
В некоторых случаях химические средства применяют в виде аэрозоля; используют и газообразные вещества.
Антимикробное действие химических веществ лежит в основе дезинфекции – мероприятия, направленного на уничтожение патогенных микробов определенного вида. В отличие от стерилизации при дезинфекции не происходит уничтожения всех видов – многие сапрофиты не чувствительны к тому или иному дезинфектанту и сохраняют жизнеспособность.
3. Действие биологических факторов проявляется прежде всего в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов обусловливают гибель других. С проблемой микробного антагонизма непрерывно связано современное учение об антибиотиках.
Антибиотики (греч. anti – против, bios – жизнь) – вещества микробного, животного и растительного происхождения, подавляющие развитие и биохимическую активность чувствительных к ним микробов. По происхождению антибиотики разделяют на следующие группы:
Антибиотики, выделенные из грибов.
Наиболее активными продуцентами антибиотиков являются плесневые
грибы и актиномицеты. Плесень пенициллиум образует широко используемый антибиотик пенициллин, а аспергиллус и мукор – фумагацин, аспергиллин, клавицин. Большинство антибиотиков выделено из актиномицетов: стрептомицин, тетрациклин, биомицин, неомицин, нистатин и другие.
Антибиотики, выделенные из бактерий.
Продуцентами являются разнообразные бактерии. В основном это
сапрофиты с интенсивно выраженной биохимической активностью, обитающие в почве. К ним относятся грамицидин, колицин, пиоцианин, субтилин, полимиксины, бацитрацин, лизоцим и другие бактериальные ферменты.
Антибиотики животного происхождения.
В биологическом отношении к антибиотикам близки некоторые
вещества выделяемые животными тканями, способные избирательно поражать отдельные виды микробов. Это эритрин, выделяемый из эритроцитов животных; экмолин, полученный из тканей рыб.
Антибиотики растительного происхождения.
Ядовитые летучие вещества, выделяемые растениями (лук, чеснок,
хрен, горчица, алоэ, крапива, можжевельник и др.) наз. фитонцидами. Открыты в 1928 году Б.Н.Токиным. Часть фитонцидов выделены в чистом виде: алицин – из чеснока, рафинин – из семян редиски и др.
Антибиотики могут оказывать на микроорганизмы бактерицидное (убивающее) или бактериостатическое (задерживающее рост) действие. Данное свойство зависит от вида антибиотика, его концентрации, чувствительности микроорганизма к нему и других факторов. Каждый антибиотик обладает определенным антимикробным спектром действия: существуют антибиотики, действующие на немногие виды микроорганизмов (пенициллин, грамицидин), и антибиотики, имеющие широкий спектр антимикробного действия (левомицетин, тетрациклин и др.). В основе механизма действия антибиотиков на микроорганизмы лежит нарушение синтеза клеточной стенки и ее мембран или же нарушение синтеза ДНК. РНК и белка. Напр., пенициллин нарушает образование бактериальной стенки, левомицетин отрицательно влияет на РНК и синтез белка.
В связи с широким и длительным использованием антибиотиков в качестве лекарственных препаратов в природе возникли и очень распространились антибиотикоустойчивые формы микробов, в частности L-формы, являющиеся возбудителями различных инфекционных болезней. Механизм образования устойчивых форм микробов довольно сложный: выработка адаптивных ферментов (напр. пенициллиназа), синтез естественных метаболитов, ингибирующих действие антиметаболитов химиопрепаратов (напр.стафилококки вырабатывают парааминобензойную кислоту, и становятся нечувствительны к этому препарату. А также в результате мутаций, конъюгации, трансформации, трансдукции.
Предварительное определение чувствительности микроорганизмов позволяет выбрать наиболее активный антибиотик и затем использовать его как лечебный препарат. Определение чувствительности микробов к антибиотикам проводят методом диффузии в агар или методом серийных разведений – подробнее на ЛПЗ.
Бактериофаги. Противомикробное действие оказывают посредством лизиса микробной клетки: вначале инфицирует, затем репродуцируется, образуя многочисленное потомство, и лизирует клетку, сопровождающимся выходом фаговых частиц в среду обитания бактерий.
Бактериофаги широко распространены в почве, воде, экскрементах больных и здоровых животных, человека и обнаружены у большинства видов бактерий. Открыты они Д.Эррелем в 1917 году.
Фаг обладает хорошо выраженными антигенными свойствами. При парентеральном введении фага в организме образуются антитела, нейтрализующие литическую активность фага и обладающие высокой специфичностью. По антигенным свойствам фаги делят на серологические варианты.
По стапени специфичности фаги могут быть разделены на три группы: полифаги лизируют родственных бактерий, монофаги – бактерий одного вида, а фаговары – только определенные варианты данного вида бактерий.
Большинство фагов инактивируется при температуре 65-700С.Более низкая температура снижает активность фага. Относительно легко фаги переносят замораживание при –1850С, а также хорошо выдерживают высушивание. К дезинфицирующим веществам фаг более устойчив, чем бактерии.
Фаг действует только на живые клетки бактерий в процессе их активного роста. В зависимости от характера проявляемого действия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги при проникновении в клетку бактерий размножаются в ней и вызывают лизис; умеренные фаги не вызывают лизиса, а остаются а состоянии лизогении.
Размеры бактериофагов, как и вирусов, невелики – 8-100 нм. Форма их напоминает сперматозоид – от округлой или многогранной головки отходит хвостовой отросток различной длины. Однако иногда встречаются фаги, лишенные отростка. Бактериофаг – неклеточное образование. У него нет оболочки, ядра, цитоплазмы, т.е. элементов присущих клетке. Он состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (чаще ДНК, реже РНК) и окружающего ее белкового чехла. Нуклеиновая кислота (40-50%) находится внутри головки, белковый чехол (50-60%) покрывает как головку, так и хвостовой отросток, на конце которого имеются специальные волоконца, облегчающие прикрепление фага к оболочке микробов. Липиды и ферменты в фаговой частице находятся в минимальных количествах – около 2%.
Бактериофаги используются для фагодиагностики, фаготипирования бактерий, для профилактики и лечения инфекционных болезней. Более подробно – на ЛПЗ.
Лекция№8
studfiles.net
ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ
⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 44Следующая ⇒
Жизнедеятельность микроорганизмов неразрывно связана с условиями окружающей среды. Влияние внешних факторов на развитие микроорганизмов зависит от их биологических особенностей и особенностей воздействующего фактора, который может иметь как благоприятное, так и губительное действие. Факторы, влияющие на микроорганизмы, делят на три группы: физические, химические, биологические.
ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Различают следующие физические факторы: температуру, высушивание, концентрацию растворенных веществ и осмотическое давление среды, лучистую энергию, ультразвук и др.
Температура.Несмотря на то, что микроорганизмы обладают по сравнению с высшими организмами значительно большей приспособляемостью к температурным условиям, они могут развиваться только при определенных температурах.
Различают три основные, или кардинальные, температурные границы, обусловливающие интенсивность развития микроорганизмов: минимальную, оптимальную и максимальную. Минимальная — самая низкая температура, при которой могут размножаться микроорганизмы; оптимальная — температура наиболее интенсивного развития микроорганизмов; максимальная — самая высокая температура, при которой еще возможно размножение микробов.
По отношению к температуре (приспособленности к жизни при определенных температурах) микроорганизмы условно подразделяют на три физиологические группы: психрофилы (холодолюбивые), мезофилы (развивающиеся при средних температурах) и термофилы (теплолюбивые).
Примерные границы температур для различных групп микроорганизмов представлены в таблица 1.
Таблица 1 ‑ Температуры для различных групп микроорганизмов, °С
| Микроорганизмы | Минимальная | Оптимальная | Максимальная |
| Психрофилы Мезофилы Термофилы | -8-10 5-10 15-20 | 10-15 30-37 40-55 | 15-20 40-45 60-70 |
Вышеуказанные температурные границы приведены для размножения микроорганизмов. Для других процессов жизнедеятельности (спорообразования, образования токсинов, пигментов, продуктов обмена и др.) значения температур для тех же групп микробов могут быть другими.
Психрофилами называют микроорганизмы, область температур роста которых лежит в пределах от 0 (или ниже) до 20 °С, тогда как оптимальная температура роста составляет 15 °С. Психрофильные микроорганизмы являются обитателями холодных источников, глубоких озер и океанов. Они хорошо развиваются на продуктах, хранящихся в холодильниках при низких плюсовых температурах. Наиболее сильной устойчивостью к низким температурам обладают плесени. Некоторые из них (Cladosporium, Thamnidium, Rhizopus) могут развиваться при -9 °С и даже -12 °С. Гнилостные бактерии родов Achromobacter и Pseudomonas способны размножаться при -3 — (-5) °С. Среди психрофильных микроорганизмов различают группу психротрофных микробов.
Психротрофнымисчитаются все микроорганизмы, способные размножаться при температуре 5 °С и ниже независимо от оптимальной температуры для их роста. Из-за практикуемого хранения сырого молока и молочных продуктов в охлажденном виде многие микроорганизмы адаптировались к низким температурам. Поэтому почти во всех важных для молочного производства группах микробов найдены психротрофные штаммы. Среди патогенных бактерий психротрофами являются листерии и иерсинии.
Способность психрофилов размножаться в условиях низких температур связывают с особенностями ферментов и липидов цитоплазматической мембраны. В липидах психрофилов содержится повышенное содержание ненасыщенных жирных кислот, вследствие чего цитоплазматическая мембрана постоянно находится в жидкокристаллическом состоянии даже при низких температурах.
Мезофилы живут при средних температурах, К ним относятся большинство распространенных в средних широтах бактерий, плесневых грибов и дрожжей. Мезофильными микроорганизмами являются многие молочнокислые бактерии, кишечные палочки, все патогенные и условно-патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитных микробов.
Термофилы развиваются при высоких температурах. Они в большом количестве встречаются в почве, в теплых минеральных источниках, сточных водах, навозе. Термофильные микроорганизмы имеются среди молочнокислых и гнилостны
lektsia.com
Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы
Жизнь микроорганизмов находится в тесной зависимости от условий окружающей среды. Как на растения, макроорганизмы, так и на микромир существенное влияние оказывают различные факторы внешней среды. Их можно разделить на три группы: химические, физические и биологические.
Физические факторы
Из физических факторов наибольшее влияние на микроорганизмы оказывают: температура, высушивание, лучистая энергия, ультразвук, давление. Температура: жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Эту температурную зависимость обычно выражают тремя точками: минимальная (min) температура — ниже которой размножение прекращается, оптимальная (opt) температура — наилучшая температура для роста и развития микроорганизмов и максимальная (max) температура — температура, при которой рост клеток или замедляется, или прекращается совсем. Впервые в истории науки Пастером были разработаны методы уничтожения микроорганизмов при воздействии на них высоких температур. Оптимальная температура обычно приравнивается к температуре окружающей среды. Все микроорганизмы по отношению к температуре условно можно разделить на 3 группы: Первая группа: психрофилы — это холодолюбивые микроорганизмы, растут при низких температурах: min t — 0 °С, opt t — от 10—20 °С, max t — до 40 °С. К таким микроорганизмам относятся обитатели северных морей и водоемов. К действию низких температур многие микроорганизмы очень устойчивы. Например, холерный вибрион долго может храниться во льду, не утратив при этом своей жизнеспособности. Некоторые микроорганизмы выдерживают температуру до -190°С, а споры бактерий могут выдерживать до -250°С. Действие низких температур приостанавливает гнилостные и бродильные процессы, поэтому в быту мы пользуемся холодильниками. При низких температурах микроорганизмы впадают в состояние анабиоза, при котором замедляются все процессы жизнедеятельности, протекающие в клетке. Ко второй группе относятся мезофилы — это наиболее обширная группа бактерий, в которую входят сапрофиты и почти все патогенные микроорганизмы, так как opt температура для них 37 °С (температура тела), min t = 10 °С, maxt = 45 °C. К третьей группе относятся термофилы — теплолюбивые бактерии, развиваются при t выше 55 °С, min t для них = 30 °С, max t = 70—76 °С. Эти микроорганизмы обитают в горячих источниках. Среди термофилов встречается много споровых форм. Споры бактерий гораздо устойчивей к высоким температурам, чем вегетативные формы бактерий. Например, споры бацилл сибирской язвы выдерживают кипячение в течение 10—20 с. Все микроорганизмы, включая и споровые, погибают при температуре 165—170°С в течение часа. Действие высоких температур на микроорганизмы положено в основу стерилизации. Высушивание. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов нужна вода. Высушивание приводит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушается целостность цитоплазматической мембраны, что ведет к гибели клетки. Некоторые микроорганизмы под влиянием высушивания погибают уже через несколько минут: это менингококки, гонококки. Более устойчивыми к высушиванию являются возбудители туберкулеза, которые могут сохранять свою жизнеспособность до 9 месяцев, а также капсульные формы бактерий. Особенно устойчивыми к высушиванию являются споры. Например, споры плесневых грибов могут сохранять способность к прорастанию в течение 20 лет, а споры сибирской язвы могут сохраняться в почве до 100 лет. Для хранения микроорганизмов и изготовления лекарственных препаратов из бактерий применяется метод лиофильной сушки. Сущность метода состоит в том, что микроорганизмы сначала замораживают при -273 °С, а потом высушивают в условиях вакуума. При этом микробные клетки переходят в состояние анабиоза и сохраняют свои биологические свойства в течение нескольких лет. Таким способом, например, изготавливают биопрепарат «колибактерин», содержащий штаммы Е. coli. Лучистая энергия. В природе бактериальные клетки постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Прямые солнечные лучи губительно действуют на микроорганизмы. Это относится к ультрафиолетовому спектру солнечного света (УФ-лучи), они инактивируют ферменты клетки и разрушают ДНК. Патогенные бактерии более чувствительны к действию УФ-лучей, чем сапрофиты. Поэтому в бактериологической лаборатории микроорганизмы выращивают и хранят в темноте. Опыт Бухнера показывает, насколько УФ-лучи губительно действуют на клетки: чашку Петри с плотной средой засевают сплошным газоном. Часть посева накрывают бумагой, и ставят чашку Петри на солнце, а затем через некоторое время ее ставят в термостат. Прорастают только те микроорганизмы, которые находились под бумагой. Поэтому значение солнечного света для оздоровления окружающей среды очень велико. Бактерицидное действие УФ-лучей используют для стерилизации закрытых помещений: операционных, родильных отделений, перевязочных, в детских садах и т. д. Для этого используются бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны 200—400 нм. На микроорганизмы оказывают влияние и другие виды лучистой энергии — это рентгеновское излучение, а-, р- и у-лучи оказывают губительное действие на микроорганизмы только в больших дозах. Эти лучи разрушают ядерную структуру клетки. В последние годы радиационным методом стерилизуют изделия для одноразового использования — шприцы, шовный материал, чашки Петри. Малые дозы излучений, наоборот, могут стимулировать рост микроорганизмов. Ультразвук вызывает поражение клетки. Под действием ультразвука внутри клетки возникает очень высокое давление. Это приводит к разрыву клеточной стенки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации продуктов: молока, фруктовых соков. Высокое давление. К атмосферному давлению бактерии, а особенно споры, очень устойчивы. В природе встречаются бактерии, которые живут в морях и океанах на глубине 1000— 10 000 м под давлением от 100 до 900 атм. Сочетанное действие повышенных температур и повышенного давления используется в паровых стерилизаторах для стерилизации паром под давлением.
studfiles.net
Влияние условий внешней среды на микроорганизмы
Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от среды их обитания. Чем благоприятнее условия жизни, тем интенсивнее развиваются микроорганизмы, и наоборот, чем условия менее благоприятны, тем медленнее происходит их развитие.
Знание основных условий взаимодействия между средой и микроорганизмами позволяет разработать мероприятия по успешной борьбе с ним или по эффективному использованию микроорганизмов в производственных процессах. Регулируя условия внешней среды, можно не только управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, но и вызвать у них желаемые изменения, получить новые, более полезные формы микроорганизмов.
На развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.
Физические факторы
К физическим факторам относятся температура, влажность среды, концентрация в ней растворенных веществ, осмотическое давление, свет.
Температура. Это один из главных факторов, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов. Каждый из видов микроорганизмов может развиваться лишь при определенных пределах температуры. Для одних видов микроорганизмов эти пределы сравнительно узки, для других — относительно широки (десятки градусов).
Наименьшая температура, при которой еще могут развиваться микроорганизмы, называется минимальной. Температура, при которой развитие микроорганизмов идет наиболее интенсивно, называется оптимальной. Наивысшая температура, при которой еще происходит развитие микроорганизмов, называется максимальной. При переходе температурных условий за границы минимальной и максимальной температур развитие микроорганизмов прекращается. При понижении температуры вплоть до глубокого замораживания происходит замедление и прекращение их жизнедеятельности. Однако после размораживания при повышении температуры до оптимальной микробы вновь начинают размножаться. Поэтому в замороженных и оттаявших или охлажденных и вновь нагревшихся молочных продуктах может происходить интенсивное размножение микроорганизмов, приводящее к быстрой порче продуктов. При повышении температуры выше максимальной микроорганизмы погибают. Температура, при которой происходит гибель микроорганизма, называется смертельной.
Для временного прекращения или замедления микробиологических процессов при транспортировании и хранении молочные продукты охлаждают и замораживают, для уничтожения нежелательной микрофлоры — нагревают до высоких температур.
Основными методами термической обработки молока являются пастеризация и стерилизация. В процессе пастеризации погибает значительная часть живых клеток микроорганизмов, но остаются споры и термостойкие бактерии. При стерилизации уничтожаются все микроорганизмы, в том числе и споры.
По отношению к температуре микроорганизмы обычно разделяют на следующие группы: психотрофные, мезофильные и термофильные.
Психотрофные микроорганизмы хорошо растут при низких температурах. Для них характерен температурный минимум в пределах от —10 до 0°С, оптимум — от 10 до 20 °С и максимум — около 30 °С. Эти микроорганизмы развиваются обычно в молоке и молочных продуктах в процессе хранения при низких температурах и вызывают их порчу. К ним относятся флюоресцирующие бактерии, некоторые плесневые грибы.
Мезофильные микроорганизмы развиваются при средних температурах. Температурный минимум для них 0—10 °С, оптимум 25—35 °С, максимум 40—50 °С. Эта группа микроорганизмов наиболее широко распространена в природе. В нее входит большинство микроорганизмов, встречающихся в молоке и молочных продуктах, — мезофильные молочнокислые стрептококки и палочки, бактерии группы кишечной палочки, уксуснокислые, маслянокислые и пропионовокислые бактерии, дрожжи и др.
Термофильные микроорганизмы развиваются при повышенной температуре. Температурный минимум их развития 25—30 °С, оптимум 50—60 °С, максимум 70—80 °С. Отдельные виды этих бактерий не размножаются при температуре ниже 45 °С, хотя некоторые из них могут развиваться и при 25 °С. Из этой группы в молоке наиболее часто встречаются термофильные молочнокислые стрептококки и палочки, а также споровые бактерии.
Указанные температурные границы развития для разных групп микроорганизмов установлены в условиях, когда микроорганизм размножался в чистой культуре. В природе и в производственных условиях одни микроорганизмы обычно развиваются вместе с другими. В этих случаях температурные границы развития для отдельных микроорганизмов могут заметно изменяться. Так, термофильные молочнокислые палочки, которые в чистой культуре при 30 °С развиваются очень медленно, при совместном развитии с мезофильными молочнокислыми стрептококками размножаются достаточно интенсивно, что часто приводит к возникновению в молочных продуктах порока — излишняя кислотность.
Влажность среды. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75—85 % воды. Питательные вещества поступают в клетку с водой, с ней же удаляются из клетки продукты ее жизнедеятельности. Вода поддерживает необходимое натяжение клеточной оболочки. Поэтому развитие микробов возможно только при наличии в субстрате определенного количества доступной для них воды. С уменьшением влажности субстрата интенсивность размножения микробов понижается, а при удалении влаги из него (ниже определенного уровня) совсем прекращается. Развитие бактерий приостанавливается обычно при влажности среды около 25 %, плесеней — около 15 %.
В высушенном состоянии жизнедеятельность микроорганизмов обычно заметно не проявляется, но она сохраняется в течение длительного времени. Особенно устойчивы споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы. Увлажнение высушенных продуктов при хранении и транспортировании ведет к их порче в результате возобновления развития оставшихся микроорганизмов.
В молочной промышленности влагу из молока и молочных продуктов удаляют отжиманием (масло, творог), сепарированием (творог), выпариванием (сгущенное молоко), высушиванием (сухое молоко). Удаление влаги отжиманием микроорганизмы переносят лучше, чем выпариванием или сушкой. Это объясняется тем, что в первом случае концентрация оставшейся влаги не изменяется и в ней микроорганизмы могут попрежнему развиваться. При выпаривании и высушивании повышается концентрация веществ в оставшейся влаге и соответственно повышается осмотическое давление, что неблагоприятно сказывается на развитии микроорганизмов.
Концентрация растворенных в среде веществ. Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно невысокой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям. Повышение концентрации веществ в среде приводит к нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к прекращению жизнедеятельности клетки или ее гибели. Некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнедеятельность в условиях повышенной концентрации растворенных веществ длительное время. Плесени переносят повышение концентрации веществ, как и другие неблагоприятные воздействия среды, лучше, чем бактерии.
Губительное воздействие на микроорганизмы среды с высокой концентрацией веществ используется в молочной промышленности при консервировании молочных продуктов солью и сахаром. При содержании в среде поваренной соли до 3 % замедляется развитие некоторых микроорганизмов. При концентрации в продукте около 5 % соли полностью подавляется жизнедеятельность молочнокислых, а при 10 % — гнилостных бактерий. Малоустойчивы к воздействию поваренной соли многие возбудители пищевых заболеваний, например сальмонеллы и бациллы ботулизма. Зато коагулазоположительные стафилококки более устойчивы по отношению к соли, чем молочнокислые бактерии.
Концентрация соли в молочных продуктах редко достигает величин, способствующих полному подавлению развития микроорганизмов, однако в какойто мере она, безусловно, играет роль консерванта (соленое масло, творожные изделия, сыры).
Жизнедеятельность микроорганизмов замедляется также при концентрации в среде сахара (60—70 %). Этот способ консервирования применяют при производстве сгущенного молока с сахаром, в котором концентрация сахара достигает 63,5—64 %. Однако консервирующее действие сахара и при этих концентрациях не всегда оказывается полным, поэтому его сочетают с одновременным нагреванием продукта в процессе производства.
Свет. Прямой солнечный свет губителен для большинства микроорганизмов, рассеянный свет лишь подавляет их развитие. Особенно чувствительны к воздействию света болезнетворные микроорганизмы. Внутрь молока и молочных продуктов свет не проникает.
Наиболее активной частью солнечного света являются ультрафиолетовые лучи. Специальные бактерицидные лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, используют для стерилизации воздуха производственных помещений (заквасочные отделения, микробиологические боксы и т. д. Если лампы включены, люди не должны находиться в помещении. При обработке ультрафиолетовыми лучами молока (в тонком слое) отмечается ухудшение его вкусовых и снижение питательных свойств.
Химические факторы
К химическим факторам относятся реакция и окислительно-восстановительные условия среды, наличие в ней необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов веществ, а также веществ, подавляющих их развитие, присутствие кислорода воздуха.
Реакция среды. Степень кислотности или щелочности среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Большинство бактерий лучше развивается при нейтральной, дрожжи и плесени — при кислой реакции среды. В молоке и молочных продуктах чаще всего протекают процессы, в результате которых реакция среды становится кислой. Это происходит в результате развития молочнокислых бактерий, вырабатывающих молочную кислоту.
Окислительно-восстановительные условия среды. Эти условия характеризуются способностью среды восстанавливать или окислять находящиеся в ней вещества, в результате чего может изменяться направление брожения и образование конечных его продуктов. Так, в закваске для масла аромат образуется только в том случае, если закваска обладает слабыми восстанавливающими свойствами.
При активном размножении микроорганизмов в молоке накапливаются восстановительные ферменты (так называемые редуктазы) и оно приобретает способность к восстановлению веществ. Если к такому молоку добавить вещество, цвет которого при восстановлении меняется, то по скорости обесцвечивания можно косвенно определить примерное количество микроорганизмов. Это свойство используют в молочной промышленности для определения обсемененности сырого молока микробами. В качестве веществ, подвергающихся восстановлению, при проведении редуктазной пробы применяют метиленовый голубой и резазурин.
Вещества, необходимые для развития микроорганизмов. Молоко является прекрасной средой для развития многих микроорганизмов. В нем имеются необходимые для питания азотистые соединения (белки, пептоны, пептиды, аминокислоты), витамины, лактоза (молочный сахар) как основной энергетический материал, молочный жир, который некоторые микроорганизмы также способны использовать в качестве энергетического материала.
Из всей микрофлоры молока и молочных продуктов наибольшие требования к наличию питательных веществ в молоке предъявляют молочнокислые бактерии. Многие из них нуждаются в наличии свободных аминокислот и витаминов. Содержание этих веществ может меняться под влиянием ряда факторов — периода года, лактации, кормления животных.
Потребности в источниках питания у молочнокислых бактерий могут меняться в зависимости от стадии их развития. Так, молочнокислые палочки в начале своего размножения в среде нуждаются в наличии дополнительных питательных веществ (аминокислот, витаминов). В дальнейшем они способны разлагать белок молока на составные части и получать необходимые аминокислоты и полипептиды самостоятельно. Молочнокислые стрептококки обладают меньшей способностью к протеолизу белков молока, но в начале своего развития требуют меньшего содержания аминокислот и витаминов. В целом протеолитическая активность молочнокислых бактерий в молоке сравнительно невелика, однако для самих микроорганизмов она имеет очень большое значение.
Способность молочнокислых бактерий к разложению казеина, т. е. к добыванию питательных веществ, определяет возможность их активного развития в молоке и энергичного кислотообразования. Установлено, что культуры молочнокислых палочек и стрептококков, обладающие более высокой протеолитической активностью (способностью к разложению казеина), накапливают в молоке больше кислоты. При совместном развитии молочнокислых бактерий с другими микроорганизмами, например дрожжами, уксуснокислыми бактериями, способными к протеолизу белка и синтезу витаминов, происходит активизация жизнедеятельности молочнокислых бактерий.
Белки молока служат для молочнокислых бактерий не только источником необходимых питательных веществ, но оказывают на них и определенное защитное воздействие, связывая образующуюся молочную кислоту. Этим объясняется тот факт, что по мере обогащения продуктов белком повышается способность молочнокислых бактерий сбраживать лактозу. Так, если в молоке молочнокислые стрептококки могут перерабатывать лишь около 1 % молочного сахара, то при производстве творога его сбраживается уже до 2 %. При развитии молочнокислых стрептококков предельная кислотность сыворотки достигает 70-80 °С, молока 120, творога около 200 °С и выше.
Вещества, подавляющие развитие микроорганизмов. Среди химических веществ в среде могут оказаться и ядовитые вещества. Проникнув в клетку, они соединяются с элементами цитоплазмы, нарушают обмен веществ, клетка гибнет. На микроорганизмы оказывают ядовитое воздействие соли тяжелых металлов (ртути, серебра и пр.), хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, углекислота, спирты, органические кислоты, антибиотики и другие соединения.
В молочной промышленности часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Этиловый спирт применяют для обработки микробиологических инструментов и материалов при культивировании кефирных грибков, кислоты и щелочи — для мойки оборудования молочной промышленности. Хлорсодержащие (хлорная известь, гипохлориты) и йодсодержащие (йодофор) соединения оказывают сильное бактерицидное (убивающее воздействие на микроорганизмы. Четырехзамещенные аммонийные соединения относятся к поверхностно-активным веществам, некоторые из которых обладают, активным бактерицидным действием.
Перекись водорода уничтожает значительную часть (до 85 %) микрофлоры молока, разлагаясь при этом. Остатки перекиси водорода разрушаются в молоке при добавлении к нему фермента каталазы. Однако введение любых посторонних химических веществ в молоко нежелательно, поэтому перекись водорода не находит широкого применения в молочной промышленности.
Кислоты, образующиеся в молоке, или добавленные в него, оказывают сильное угнетающее воздействие на многие микроорганизмы. Молочная кислота, накапливающаяся в результате молочнокислого брожения, подавляет развитие многих микроорганизмов, вызывающих порчу молока и молочных продуктов, в первую очередь гнилостных. Добавление сорбиновой кислоты к молочным продуктам — плавленым сырам, молочным консервам, творогу — задерживает развитие плесени.
Диоксид углерода оказывает заметное подавляющее воздействие на развитие плесеней.
Антибиотики — это вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами (плесенями — пенициллин, актиномицетами; бактериями), которые подавляют развитие других микроорганизмов. Эти вещества широко применяют в медицине для лечения многих заболеваний. Широко применяют антибиотики и в ветеринарии, в частности, при лечении маститов. Антибиотики в течение периода их применения и нескольких дней после этого выделяются вместе с молоком из вымени животного. Антибиотики могут попадать в молоко также при скармливании коровам кормов, предназначенных для других животных, например свиней. В такие корма они вводятся специально. Молоко, содержащее антибиотики, на предприятия молочной промышленности не сдают. Наличие антибиотиков в молоке приводит к нарушению процесса сквашивания при производстве заквасок, сыров и кисломолочных продуктов.
Микроорганизмы молока проявляют различную чувствительность по отношению к антибиотикам, содержащимся в молоке. Термофильные молочнокислые палочки и стрептококки примерно в 10 раз более чувствительны по отношению к антибиотикам, чем мезофильные молочнокислые стрептококки. Коагулазоположительные стафилококки проявляют по отношению к антибиотикам значительно большую устойчивость, чем молочнокислые стрептококки.
В молоко могут попадать и другие вещества, применяемые в ветеринарии, — формалин, хлорная известь и др. Они также оказывают подавляющее воздействие на молочнокислые бактерии и вредны для здоровья человека. Все эти вещества, включая антибиотики, называют ингибирующими. Для их определения, применяют специальные методы, основанные на использовании чувствительных микроорганизмов.
Биологические факторы
В природе и в производственных условиях микроорганизмы никогда не развиваются в чистой культуре. Развитие одного вида микробов протекает обычно одновременно с развитием других видов. Под влиянием совместного развития с другими микроорганизмами у микроба данного вида могут изменяться отдельные важные свойства — отношение к температуре, питательным веществам, способность к образованию тех или иных продуктов обмена и т. д.
Взаимоотношения между микроорганизмами при их совместном развитии носят разнообразный характер. В микробиологии говорят о симбиозе, если два или более различных вида микроорганизмов развиваются в совместной культуре и способствуют взаимному развитию. Часто микроорганизмы при совместном развитии приобретают способность к развитию в условиях, в которых каждый в отдельности не может развиваться. Примером симбиотических взаимоотношений между представителями микрофлоры молока является кефирный грибок, в котором совместно развиваются несколько видов молочнокислых бактерий, дрожжи, уксуснокислые бактерии. Симбиотический характер носят взаимоотношения молочнокислых бактерий и дрожжей, применяемых при производстве молочных продуктов, молочнокислых и уксуснокислых бактерий, между разными видами молочнокислых бактерий, например, между некоторыми видами стрептококков и палочек.
Если взаимная польза не выражена столь отчетливо, но сожительство не приносит вреда микроорганизмам, то говорят о комменсализме. Примером может служить нормальная микрофлора кишечника человека.
Между микроорганизмами очень распространены взаимоотношения, когда жизнедеятельность одних микробов способствует развитию других, расщепляя, например, недоступные для них продукты на более простые или образуя необходимые для них соединения. Этот тип взаимоотношений называют метабиозом.
Между микроорганизмами распространены также антагонистические взаимоотношения, когда продукты жизнедеятельности одного вида микробов неблагоприятно действуют на другой или даже вызывают его гибель. Случаи антагонизма могут сводиться к потреблению одним микробом питательных веществ, необходимых другому, выделению одним микробом продуктов обмена, вредных для развития другого, выделению одним микробом специфических веществ, убивающих другие микроорганизмы. Например, молочная кислота, являющаяся продуктом обмена молочнокислых бактерий, оказывает резкое угнетающее воздействие на гнилостные, болезнетворные и другие микроорганизмы молока.
Специфические вещества, выделяемые микроорганизмами и оказывающие губительное воздействие на другие, называются антибиотиками. Среди молочнокислых бактерий имеются виды, образующие специфические антибиотические вещества, угнетающие развитие ряда микроорганизмов. Так, ацидофильные бактерии вырабатывают вещества, подавляющие развитие возбудителей дизентерии и брюшного тифа, дрожжи, сбраживающие лактозу, туберкулезную палочку, некоторые мезофильные молочнокислые стрептококки вырабатывают антибиотическое вещество низин, угнетающий развитие маслянокислых, а также некоторых молочнокислых бактерий.
Среди микроорганизмов встречаются также паразитические взаимоотношения, когда один микроорганизм использует для питания живые вещества другого. Примером паразитизма может служить развитие бактериофага в бактериальной клетке.
Наследственность и изменчивость микроорганизмов
Природа микроорганизмов — их потребности, свойства и признаки — исторически сложилась в определенных условиях внешней среды. У микроорганизмов, как и у высших организмов. из поколения в поколение наследуются специфические свойства и признаки; от родителей к потомкам передается генетический материал — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называют наследственностью.
Каждый микроорганизм для своего роста и развития нуждается в определенных условиях, в которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида. Если микроорганизм не встречает нужных ему условий, он погибает или приспосабливается к необычным для него условиям. При этом организм изменяется. Вначале вновь приобретенное свойство обычно бывает неустойчивым и утрачивается при возвращении организма к прежним условиям. При длительном сохранении условий, вызывающих изменение, вновь приобретенное свойство закрепляется и начинает передаваться новым поколениям — становится наследственным.
Под воздействием сильнодействующих факторов (лучистой энергии, ядовитых веществ и т. д.) наследственные изменения могут возникать значительно быстрее; происходят глубокие изменения свойств, получаются так называемые мутанты.
Наследование приобретенных новых свойств возможно, лишь когда произойдут изменения в генном аппарате клетки — хромосоме, т. е. когда изменится структура ДНК, в которой записана генетическая информация.
Для микроорганизмов, особенно бактерий, характерна легкая приспособляемость к условиям внешней среды. Быстрота их размножения дает возможность получать большое количество поколений за сравнительно короткое время. Под влиянием внешних условий меняются многие свойства микроорганизмов, но одни из них изменяются легче, другие значительно труднее. Сравнительно легко у микробов меняется способность к сбраживанию отдельных углеводов, приобретается устойчивость по отношению к антибиотикам и дезинфицирующим веществам. С другой стороны, привыкание к повышенным температурам развития происходит медленно.
В ряде производств, связанных с получением биологически активных веществ — ферментов, антибиотиков, широко ведется работа по искусственному получению высокопроизводительных культур микроорганизмов с измененными в нужном направлении свойствами. Большое значение имеют специально выведенные культуры некоторых болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевание (авирулентные расы). Такие культуры служат для изготовления живых вакцин, используемых при предохранительных прививках против соответствующих заразных болезней.
Для молочной промышленности представляет большой интерес получение новых форм молочнокислых бактерий — мутантов, обладающих повышенной энергией кислотообразования, способностью вырабатывать ароматические вещества (диацетил), устойчивостью по отношению к антибиотикам и т. д.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info