Влияние экологические факторов на микроорганизмы

Жизнь микроорганизмов непрерывно связана с окружающей средой.

Содной стороны, деятельность микроорганизмов значительно изменяет окружающую среду в результате использования питательных веществ и выделения продуктов обмена; с другой стороны, интенсивность обменных процессов в клетке во многом зависит от условий окружающей среды. Экология занимается изучением взаимоотношений живых организмов с окружающей средой.

На микроорганизмы воздействуют отдельные свойства среды обитания – экологические факторы. Некоторые из них необходимы клетке, а некоторые наоборот, вредны - могут приостановить их рост и размножение, а также привести клетки к гибели. Под воздействием экологических факторов возможен и мутагенез, т.е. изменение наследственных свойств клетки.

Экологические факторы весьма многообразны и изменчивы, поэтому микроорганизмы постоянно адаптируются (приспосабливаются) к ним и регулируют свою жизнедеятельность в соответствии с их изменениями. Интенсивное или длительное воздействие неблагоприятных факторов может вызвать летальный (смертельный) эффект, т.е. привести к гибели клетки (т.е. к необратимой утрате способности микроорганизмов к росту и размножению). Многие повреждения, возникающие в клетках, которые с течением времени могут привести ее к гибели, могут быть ликвидированы в определенных условиях и тогда способность к росту и размножению восстанавливается. Это явление называется реактивацией микроорганизмов, оно наблюдается, например, после воздействия некоторых видов лучистой энергии и высокой температуры.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они подразделяются на абиотические (факторы неживой природы), биотические (факторы живой природы), и антропогенные (все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания).

По отношению к каждому фактору можно выделить три кардинальные точки. Они определяют не только интенсивность роста микроорганизмов, но и возможность их существования. Минимум – минимальное значение фактора, ниже которого рост не происходит. Максимум - максимальное значение фактора, выше которого рост микроорганизмов практически прекращается. Оптимум - оптимальное значение фактора, при котором рост микроорганизмов проявляется наиболее интенсивно.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность среды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода. Прокариоты (бактерии) способны существовать в гораздо большем диапазоне изменений среды обитания, чем эукариоты (мицелиальные грибы и дрожжи).

Температура

Температураявляется важнейшим фактором внешней среды. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах 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.

По отношению к температуре различают три группы микроорганизмов: психрофилы, мезофилы и термофилы (таблица 11).

Таблица 11.

Температура роста микроорганизмов(⁰С)

Психрофилы (холодолюбивые) – это микроорганизмы, нормально развивающиеся при относительно низких температурах. Представителями этой группы являются некоторые палочковидные бактерии и мицелиальные грибы и др., вызывающие порчу пищевых продуктов в холодильниках.

Мезофилы - наиболее распространенная в природе группа микроорганизмов, обитающих в воде, воздухе, почве, в живых организмах. К ним относятся представители дрожжей, мицелиальных грибов, молочно кислых бактерий, бактерий кишечной группы (стафилококки, фекальные стрептококки) и многие другие, а также возбудители порчи пищевых продуктов, пищевых отравлений и заболеваний человека.

Термофилы (теплолюбивые) довольно широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в верхних слоях почвы, в горячих источниках, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

Микроорганизмы имеют неодинаковую устойчивость (термостабильность) к повышенным температурам. Так, дрожжи и микроскопические грибы погибают при температуре 60…80⁰С, а споры бактерий наиболее устойчивы к повышенным температурам, некоторые из них выдерживают длительное кипячение и погибают только при температуре 120…130⁰С.

Регулируя температуру, можно управлять жизнедеятельностью микроорганизмов. Действие высоких температур на микроорганизмы является губительным, и это явление используется при консервировании пищевых продуктов с целью уничтожения вызывающих их порчу микроорганизмов.

К тепловым методам обработки пищевых продуктов относятся пастеризация и стерилизация Пастеризация - это процесс уничтожения вегетативных клеток микроорганизмов путем нагревания продукта до 50-60⁰С в течение 15-30 мин или до 70-80⁰С в течение 5-10 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным нагреванием до 90-100⁰С. При пастеризации остаются жизнеспособными некоторые термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов. Одним из важнейших и необходимых приемов в микробиологической практике и в пищевой промышленности является стерилизация-полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Выбор способа стерилизации определяется особенностями материала, подлежащего стерилизации, его физическими свойствами и химическим составом.

Термическую стерилизацию осуществляют либо путем воздействия на объект «сухого жара» при 160-180⁰С в течение 1-2 ч в сушильных шкафах, либо насыщенным паром под избыточным атмосферным давлением при температуре 112-125⁰С в течение 20-60 мин в специальных приборах - автоклавах. Для обеспложивания объектов, портящихся под действием температуры выше 100⁰С, применяют дробную стерилизацию (тиндализацию). Этот прием был предложен английским ученым Тиндалем. Принцип тиндализации заключается в том, что продукт обрабатывают в парах кипящей воды - «текучим паром», при нормальном атмосферном давлении несколько раз. В период между прогреваниями обработанный продукт термостатируют с целью прорастания в нем жизнеспособных спор микроорганизмов. Предполагается, что проросшие из спор вегетативные клетки погибают при последующей обработке, не успев образовать новые споры.

В тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания (витамины, антибиотики, белоксодержащие среды и др.), применяют методы «холодной стерилизации». Это обеспложивание субстратов с применением мембранных фильтров, обработка разных видов электромагнитных излучений и применение химических дезинфицирующих средств.

К низкой температуре микроорганизмы более устойчивы, размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибель самих клеток чаще всего не наступает, а они переходят в состоянии анабиоза («скрытой жизни»). В таком состоянии многие микроорганизмы, и особенно их споры, не размножаются, но остаются жизнеспособными длительное время (гнилостные бактерии, микроорганизмы, вызывающие пищевые отравления и патогенные). При повышении температуры споры прорастают в вегетативные клетки и начинают активно размножаться.

Низкие температуры вызывают гибель микроорганизмов тогда, когда замерзает среда, в которой они обитают, или происходят резкие скачки температуры, например, при многократно повторяющемся замораживании и оттаивании.

Низкие температуры применяют для сохранения скоропортящихся продуктов. Некоторые микроорганизмы временно выдерживают очень низкие температуры (кишечная палочка, брюшнотифозная палочка, споры бактерий, сохраняют способность к прорастанию, а также некоторые мицелиальные грибы и дрожжи).

Сроки хранения продуктов в охлажденном виде непродолжительны. Холодильные камеры необходимо регулярно дезинфицировать и поддерживать в них определенную температуру и относительную влажность воздуха.

Замороженные продукты остаются доброкачественными более длительное время, чем охлажденные. В замороженном виде хранят плод, овощи, мясо, рыбу и т.д. Размораживать замороженные пищевые продукты следует непосредственно перед употреблением.

Большое значение в сохранении качества продуктов имеют санитарно-гигиенические условия охлаждения продуктов, хранения их в холодильниках и при размораживании.

Влажность среды

Влажность среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Содержание свободной влаги в клетках составляет до 75…85% и может меняться в зависимости от условий внешней среды, в которой находится клетка. Обезвоживание субстрата (продукта), и клеток микроорганизмов, приводит к задержке их развития, они остаются недеятельными, хотя и могут сохранять жизнеспособность. При увеличении влажности жизнедеятельность микроорганизмов восстанавливается.

По отношению к влажности среды микроорганизмы делятся на гидрофитов (влаголюбивых), мезофитов (средневлаголюбивых) и ксерофитов (сухолюбивых). Большинство бактерий и дрожжей гидрофиты. Многие мицелиальные грибы - мезофиты, но встречаются гидрофиты и ксерофиты. Для бактерий минимальная влажность субстрата (пищевых продуктов), при которой они еще могут развиваться, составляет 20-30%, мицелиальные грибы могут расти на едва увлажненных субстратах (11-13%).

Для развития микроорганизмов важна не абсолютная величина влаги, а ее доступность (наличие доступной, или свободной влаги), которая носит название активности воды - (a_w)ивыражается отношением давления паров воды над данным субстратом (P) к давлению паров воды над чистой водой (P₀) при одной и той же температуре: a_w= P/ P₀. Значение активности воды (a_w) лежит в интервале от 0 до 1 и характеризует относительную влажность субстрата. Активность дистиллированной воды равна 1, активность воды абсолютно обезвоженного вещества равна 0.

Микроорганизмы могут осуществлять жизнедеятельность при a_w=0,999…0,62. Более низкая активность воды в субстрате задерживает развитие микроорганизмов. Для каждого микроорганизма существуют минимальные значения a_w (критический предел), ниже которых его развитие прекращается. Для большинства бактерий, в том числе и спорообразующих, a_w=0,95…0,90, за исключением галофилов(солелюбивых), для которых a_w =0,75. Для большинства дрожжей a_w =0,88 , за исключением осмофилов, для которых a_w =0,8 и ксерофитных, для которых a_w =0,65. Таким образом, чтобы затормозить развитие большинства бактерий в продукте и предотвратить его порчу, активность воды в нем следует снизить до 0,8; для предотвращения развития дрожжей - до 0,7; мицелиальных грибов - до 0,6.

Существуют различные пути снижения активности воды с целью сохранения пищевых продуктов от микробной порчи: сушка, вяление, добавление в продукт различных растворимых веществ (сахара, соли), а также замораживание.

В высушенном состоянии многие микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в течение длительного времени (брюшнотифозные бактерии, многие стафилококки и микрококки, молочнокислые бактерии и др.). Устойчивые к высушиванию многие дрожжи, и особенно споры бактерий и мицелиальных грибов.

Для сохранения сухих продуктов без порчи необходимо поддерживать определенное значение температуры и относительной влажности воздуха в складских помещениях.

При сублимационной сушке (высушивание под высоким вакуумом в замороженном состоянии) качество и пищевая ценность продуктов (витамины, вкусовые и биологические достоинства) сохраняются значительно лучше. Однако микроорганизмы хорошо переносят такое высушивание и даже после многолетнего пребывания в этом состоянии сохраняют жизнеспособность. Поэтому к продуктам, подвергающимся такой обработке, следует предъявлять строгие санитарно-гигиенические требования.

Осмотическое давление

Осмотическое давление среды имеет большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов. Оно определяется концентрацией растворенных в ней веществ. В естественных средах обитания (воде, почве) микроорганизмы встречаются с различным содержанием растворенных веществ, а, следовательно, и с различным осмотическим давлением. Например, в воде пресных водоемов осмотическое давление значительно ниже, чем в соленых и т.п.

В зависимости от среды обитания внутриклеточное осмотическое давление у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. У многих бактерий, в том числе у возбудителей порчи пищевых продуктов, оно составляет 0,5-1,5 МПа, у почвенных бактерий - 5-8 МПа, у обитателей соленых озер и солончаковых почв - 10 МПа, у некоторых мицелиальных грибов (рода Aspergillus) оно достигает 20-25 МПа.

Осмотическое давление внутри клетки микроорганизма несколько выше, чем во внешней среде. Это является условием нормальной жизнедеятельности организмов. Поддержание клетками оптимального для жизнедеятельности данного микроорганизма осмотического давления происходит благодаря их способности к осморегуляции. В результате осморегуляции сохраняется его жизнеспособность, даже если осмотическое давление во внешней среде колеблется в относительно широких пределах.

Функцию осморегуляции осуществляет механизм активного транспорта веществ (транспорт питательных веществ с участием белков-переносчиков - пермеаз). Изменение привычной концентрации среды, а, следовательно, и осмотического давления субстрата может привести к нарушению обмена веществ в клетках микроорганизмов, к приостановке их жизнедеятельности, а иногда и к их гибели.

При попадании микроорганизмов в субстрат с ничтожно малой концентрацией веществ (например, в дистиллированную воду) в их клетках наблюдается плазмоптиз (чрезмерное насыщение цитоплазмы водой), что приводит к разрыву ЦПМ и клеточной стенки и клетка погибает. При попадании микроорганизмов в субстрат с концентрацией веществ выше оптимальных значений в их клетках наступает плазмолиз (обезвоживание цитоплазмы), ее объем уменьшается, что влечет повреждение ЦПМ. При плазмолизе в клетках приостанавливается обмен веществ, они переходят в состояние анабиоза, в котором одни микроорганизмы могут длительно сохраняться, не теряя жизнеспособности, а другие погибают. На этом основаны некоторые способы сохранения различных продуктов с помощью концентрированных растворов сахара или соли.

Одни микроорганизмы могут расти в очень разбавленных растворах, другие - даже в насыщенных растворах поваренной соли. Микроорганизмы, способные существовать в субстратах с высоким осмотическим давлением, называют осмофилами. Большинство природных сред обитания с высоким осмотическим давлением содержит высокие концентрации солей (особенно NaCl). Микроорганизмы, которые растут в таких средах, называют галофилами. Они представлены двумя основными типами: умеренными и крайними галофилами. Умеренные галофилы могут развиваться при концентрации соли 1-2%, хорошо растут в средах с содержанием соли 10%, и могут выносить даже содержание соли в среде 20%. Крайние галофилы не развиваются при содержании соли ниже 12-15% и могут хорошо расти при концентрации соли в среде 30% (насыщенный раствор).

Большинство микроорганизмов обладают слабой устойчивостью к повышенному (свыше 5%) содержанию соли в среде. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при концентрации NaCl 1-3%. Размножение у кишечной палочки прекращается при содержании соли 4-5%, у гнилостных бактерий - при 5-10%. Размножение некоторых патогенных микроорганизмов (например, возбудителя ботулизма) приостанавливается при концентрации NaCl 6-10%. Однако многие из микроорганизмов сохраняют жизнеспособность даже при содержании соли в среде 20%, переходя в состояние анабиоза.

Концентрация соли, необходимая для подавления развития микроорганизмов, изменяется в зависимости от других условий среды, в частности от ее реакции (pH). Развитие дрожжей в соленых продуктах подавляется в кислой среде при содержании соли 14%, а в нейтральной - только при 20%. Имеет значение и температура. При понижении температуры угнетающее влияние соли усиливается. Например, для угнетения роста мицелиальных грибов при температуре 0⁰С достаточно 8% соли, а при 20⁰С необходимо 12% . Имеются сведения об усилении действия NaCl в присутствии других соединений, в частности нитратов и нитритов.

Подавляющее воздействие соли на рост микроорганизмов обусловлено не только повышением осмотического давления. При высоких концентрациях в субстрате поваренная соль оказывает токсическое действие на микроорганизмы: подавляются процессы дыхания, нарушаются функции клеточных мембран и др.

Неспособность большинства микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей или сахара успешно используется в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов.

В отличие от поваренной соли, растворы сахара являются для многих микроорганизмов хорошей питательной средой и гибель микроорганизмов наступает лишь при концентрациях сахара в растворе выше 65-70%.

Применение концентрированных растворов сахара или соли для сохранения ягод, плодов, овощей, мяса, рыбы и др. фактически является процессом сушки продукта посредством осмоса, так как продукты погружают в растворы сахара или соли, где активность воды меньше ее активности пищевых продуктов. При этом одновременно возникают два противотока: из растворов продукт диффундирует растворенное вещество (соль, сахар), а из продукта в раствор - вода. В продукте происходит снижение активности воды, что делает среду неблагоприятной для развития микроорганизмов и предотвращает порчу продукта.

Поскольку многие микроорганизмы, в том числе и болезнетворные, в плазмолизированном состоянии длительное время не погибают, приостанавливается лишь их активная жизнедеятельность, к перерабатываемому сырью необходимо предъявлять строгие санитарно-гигиенические требования.

Порча соленых продуктов (рыбы, солонины и др.) под влиянием галофильных и солеустойчивых микроорганизмов - явление нередкое. Примером может служить покраснение крепкосоленой рыбы - дефект, называемый фуксином, который вызывается неспорообразующей бактерией Halobacterium salinarium, образующей красный пигмент. Эта галофильная бактерия заносится в продукт с солью. Соленые товары следует хранить при низких температурах, чтобы задержать развитие на них микроорганизмов.

Порчу меда, варенья, джема и других сахаросодержащих продуктов с концентрацией сахара до 90% вызывают осмофильные дрожжи (забраживание продуктов) и мицелиальные грибы (плесневение продуктов).

Порчу многих продуктов, прошедших тепловую обработку вызывают осмофильные теплоустойчивые (выдерживающие пастеризацию продуктов) дрожжи; порча может явиться и результатом вторичного инфицирования продуктов микробами из вне. Для предотвращения этого следует разливать продукт в горячем виде в стерильную тару, герметично укупоривать ее и хранить при пониженной температуре.

Концентрация водородных ионов

Кислотность (рН) среды обитания является важным фактором, определяющим возможность роста и размножения микроорганиз-мов. Водородный показатель реакции среды рН показывает степень её кис-лотности (рН от 7 до 1) или щелочности (рН от 7 до 14). Нейтральная реак-ция среды соответствует рН 7.

В природных условиях прокариоты (бактерии) могут развиваться в диапазоне рН от 1 до 11. В зависимости от отношения к рН среды их можно разделить на три группы: нейтрофилы, ацидофилы и алкалофилы.

Нейтрофилы предпочитают нейтральную реакцию среды, оптимальный рН для их роста составляет 6,8-7,3, минимальный -4, максимальный-9. Подавляющее большинство бактерий относятся к нейтрофилам (гнилостные бактерии, возбудители отравлений, бактерии группы кишечной палочки и др.)

Ацидофилы (кислотолюбивые) развиваются при оптимальном рН 4 и выше (уксуснокислые и другие бактерии, продуцирующие органические кислоты).

Алкалофилы (щелочелюбивые) развиваются при оптимальном рН 9 и выше (некоторые представители бактерий кишечной группы - холерный вибрион и др.).

Споры бактерий обычно более устойчивы к изменениям рН, чем вегетативные клетки.

У большинства эукариот (мицелиальных грибов и дрожжей) оптимальный рН для их роста равен 4,5-6. Минимум рН для дрожжей составляет 3, для грибов - 1,5; максимальный для дрожжей - 8,5, для грибов - 10, т.е. мицелиальные грибы могут расти в более широком диапазоне рН, чем дрожжи.

Указанные предельные значения рН могут значительно колебаться в зависимости от других условий среды. В кислой среде усиливается действие других неблагоприятных факторов.

Если рН не соответствует оптимальной величине, то микроорганизмы не могут нормально развиваться даже при наличии всех необходимых питательных веществ, так как рН оказывает большое влияние на активность ферментов клетки и проницаемость её стенки.

Для бактерий кислая реакция среды более опасна, чем щелочная. Особенно неблагоприятна среда для развития гнилостных бактерий, оптимальный рН которых лежит в слабощелочной области (рН 7,5).

Губительное действие на микроорганизмы некоторых органических кислот (например, уксусной, бензойной, масляной) может быть обусловлено не только неблагоприятной концентрацией водородных ионов, но и токсичностью недиссоциированных молекул кислот. Установлено, например, что уксусная кислота в количестве 0,5-2% оказывает бактерицидное действие. Молочнокислый стрептококк прекращает размножаться в субстрате, содержащем молочную кислоту, при рН 4,7-4,4, а в присутствии уксусной - при рН 5,1- 4,8.

Неодинаковое отношение микроорганизмов к реакции среды является одной из причин наблюдаемой в природных условиях смены одних форм микроорганизмов другими. Зная, отношение различных микроорганизмов к реакции среды, и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение. Так, неблагоприятное действие кислой среды на гнилостные бактерии положено в основу хранения некоторых пищевых продуктов в маринованном и квашеном виде.

 

Окислительно-восстановительные условия среды

Молекулярный кислород является одним из важнейших факторов внешней среды, определяющим направление биохимических реакций, осуществляемых микроорганизмами в энергетическом обмене. Отношение микроорганизмов к содержанию кислорода в среде определяется наличием у тех или иных окислительно-восстановительных ферментов, ответственных за энергетический обмен.

Окислительно-восстановительные условия в среде характеризуются окислительно-восстановительным потенциалом - rН₂¹, выражающим степень аэробности среды, или степенью насыщения её кислородом.

В среде, окислительные свойства которой соответствуют насыщению её кислородом, rН₂ равен 41. В среде с высокими восстановительными условия-ми, соответствующими насыщению среды водородом, rН₂ равен 0. При равновесии окислительных и восстановительных процессов в среде rН₂ ниже 28, то это указывает на большую или меньшую восстановительную способность среды, а выше 28 - не её окислительную способность.

Облигатные анаэробы живут при rН₂ от 0 до 12-14; факультативные анаэробы - при rН₂ от 0 до 20-30.

Для аэробов нижний предел rН₂ около 12-15, а значение rН₂ выше 30

неблагоприятно и для них.

Окислительно-восстановительный потенциал среды влияет не только на

рост и размножение микроорганизмов, но и на их биохимическую активность

Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно затормозить или вызвать активное развитие той или группы микроорганизмов. Возможно, например, вызвать рост анаэробов присутствии

воздуха путём добавления редуцирующих веществ, снижающих окислитель-

но-восстановительный потенциал среды. И наоборот, можно культивировать

аэробов в анаэробных условиях, повысив rН₂ среды, вводя в неё вещества, обладающие окислительными свойствами.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы могут изменять окисли-тельно-восстановительный потенциал среды, выделяя в неё различные про-дукты обмена.

¹ _{Показатель rН2 представляет собой отрицательный логарифм давления молекулярного водорода в среде, взятый с обратный знаком.}

 

При консервировании, например, грибов в домашних условиях для предотвращения развития палочковидной спорообразующей анаэробной бактерии - возбудителя ботулизма - Clostridium botulinum, банки следует заполнять не полностью, а оставлять некоторое воздушное пространство. Тогда имеющийся О₂ будет препятствовать прорастанию спор. В виноделии для предотвращения развития аэробных микроорганизмов-вредителей (пленчатых дрожжей, уксуснокислых бактерий) необходимо следить за полным заполнением ёмкостей с вином с целью предотвратить поступление необходимого для их развития О₂.

Энергия электромагнитных излучений

Воздействие на микроорганизмы различных форм лучистой энергии, представляющих собой электромагнитные колебания с различной длиной волны, проявляется по-разному. Биологическое действие излучений зависит от длины волны. Чем она короче, тем в ней больше заключено энергии, тем сильнее воздействие на организм. В основе действия лежат те или иные химические и физические изменения, происходящие в клетках микроорганизмов и в окружающей среде. Изменения могут быть вызваны только поглощёнными лучами. Следовательно, для эффективности облучения большое значение имеет проникающая способность лучей.

К электромагнитным излучениям с разной длиной волн относятся: ионизирующие излучения (космические, рентгеновские лучи и радиоактивные излучения), ультрафиолетовые лучи, видимый свет, радиоволны.

Кионизирующим излучениямотносятся космические, рентгеновские лучи и радиоактивные излучения (a-, b- , g - лучи), возникающие при распаде радиоактивных элементов. Они имеют наиболее короткую длину волны и обладают высокой проникающей способностью.

Эффект воздействия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от дозы облучения (количества поглощённой энергии). В малых дозах эти лучи оказывают стимулирующее действие, - повышают интенсивность жизненных процессов. Повышение дозы приводит к возникновению мутаций, а дальнейшее увеличение дозы - к гибели. Микроорганизмы по сравнению с высшими организмами менее чувствительны к ионизирующим излучениям. Гибель микроорганизмов происходит при дозах облучения, в сотни и тысячи раз превосходящих смертельную дозу для животных.

Губительное действие ионизирующих излучений обусловлено рядом фактов. Они вызывают радиолиз воды в клетках и субстратах. При этом образуются свободные радикалы, атомарный водород, перекиси. Эти соединения, обладая высокой химической активностью, вступают во взаимодействие с другими веществами, и возникает большое количество химических реакций, не свойственных нормально живущей клетке. В результате наступает глубокое нарушение обмена веществ, разрушаются ферменты, изменяются внутриклеточные структуры. Особой чувствительностью обладает ДНК, что и приводит к мутациям. В субстратах накапливается токсичное для микроорганизмов вещества, которые угнетают их развитие.

Устойчивость различных микроорганизмов к этим видам излучений неодинакова. Наиболее чувствительны грамотрицательные бактерии (например, кишечная палочка, протей, салмонеллы - возбудители пищевых отравлений, гнилостные бактерии рода Pseudomonas - возбудители порчи рыбных и мясных продуктов). Слабой устойчивостью отличаются психрофильные бактерии. Более устойчивы грамположительные бактерии, особенно некоторые микрококки и споры бактерий родов Bacillus и Clostridium, которые в 10-12 раз устойчивее, чем вегетативные клетки. Чувствительность мицелиальных грибов и некоторых видов дрожжей к ионизирующим излучениям приближается к радиоустойчивости бактериальных спор.

Ионизирующие излучения, особенно g-лучи, нашли широкое применение в медицине для обеззараживания воды. В пищевой промышленности используется обработка продуктов низкими дозами g-облучения, например, например, обработка поверхности упакованного хлеба, ягод, скоропортящихся плодов, картофеля, мяса, рыбы с целью частичного уничтожения микроорганизмов в продуктах.

Установлено, что микроорганизмы способны восстанавливать лучевые повреждения. Темп и характер репарации определяются видовыми особенностями микроорганизмов, их физиологическим состоянием, а также величиной поглощённой дозы и мощностью дозы g-излучения.

В настоящее время диапазон использования ионизирующих излучений всё расширяется. Так, их используют для задержки прорастания картофеля и овощей, дезинфекции зерна и зернопродуктов, сухофруктов; ускорения или замедления созревания плодов и в других целях.

Наиболее приемлемы для этих целей g-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызывающие при облучении появления в продукте «наведённой» радиации.

Источником излучения для радиационной обработки продуктов служат преимущественно радиоактивные изотопы 60Со и 137Сs.

При обработке пищевых продуктов радиобиологический эффект зависит от состава микрофлоры, её численности, химического состава и агрегатного состояния продукта, поглощённой дозы и мощности дозы.

Применительно к радиационной обработке МАГАТЭ предложены специальные термины: радисидация (4-6кГр), радуризация (6-10кГр) и радаппертизации (10-50кГр).

Радисидация - это обработка пищевых продуктов в дозах, достаточных для гибели патогенных для человека микроорганизмов. Радуризация применяется для снижения численности микроорганизмов, вызывающих порчу и потери массы пищевых продуктов. Радаппертизация осуществляется для промышленной стерилизации пищевых продуктов в условиях, исключающих повторение инфицирование микроорганизмами.

По решению Объединённого комитета экспертов, ряда Международных организаций (ФАО, МАГАТЭ¹, ВОЗ²)в облучённых пищевых продуктах не

должно быть патогенных микроорганизмов и микробных токсинов, а также токсических веществ, которые могут образовываться в результате облучения.

Международными организациями утверждён перечень пищевых продуктов, которые разрешено подвергать радиационной обработке. В нашей стране в каждом отдельном случае разрешение выдают органы здравоохранения. В необходимых случаях для повышения эффекта облучения можно сочетать с другими факторами воздействия (холодом,

нагреванием, химическими консервантами и др.).

В нашей стране проведение в настоящее время радиационной обработки продуктов сдерживается отсутствием достаточного количества стационарных и передвижных установок, а также специалистов нужной квалификации для

управления этой новой технологией хранения пищевых продуктов. Кроме того, нельзя не принимать во внимание и определённую настороженность

потребителя к облучённым продуктам.

Действие ультрафиолетовых лучей (Уф-лучей) на микроорганизмы сходно с ионизирующими излучениями: они вызывают либо гибель, либо мутации микроорганизмов в зависимости от вида микроорганизмов, дозы и продолжительности облучения.

Очень малые дозы облучения оказывают стимулирующее действие на отдельные функции микроорганизмов. Более высокие, но не приводящие к

гибели дозы вызывают торможение отдельных процессов обмена, изменение

 

_{1 МАГАТЭ - Международное агентство по атомной энергии при ООН.}

_{2 ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения при ООН, ФАО Продовольственная и сельскохозяйственная организации при ООН}.

 

свойств микроорганизмов, вплоть до наследственных. Это используется на практике для получения вариантов микроорганизмов с высокой) способностью продуцировать антибиотики, ферменты и другие, биологически активные вещества. Дальнейшее увеличение дозы приводит к гибели. При дозе ниже смертельной возможно восстановление (реактивация)

нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.

Наименее устойчивы к УФ-лучам бактерии, особенно патогенные. Среди неспороносных особенно чувствительны к облучению бактерии, выделяющие в окружающую среду пигменты (например, гнилостные бактерии Preudomonas fluorescens). Другие микроорганизмы, содержащие внутри клеток каротиноидные пигменты (бактерии, дрожжи), весьма устойчивы к действию УФ-лучей, поскольку каротиноидные пигменты поглощают УФ-лучи и обусловливают защитные свойства микроорганизмов.

Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки; чтобы убить споры, требуется в 4-5 раз больше энергии. Конидии грибов более устойчивы, чем мицелий.

Гибель микроорганизмов происходит при облучении их УФ-лучами с короткой длиной волны (250-260 нм). Это объясняется тем, что УФ-лучи воздействуют, с одной стороны, непосредственно на клетки, а с другой стороны - на субстрат. В облучаемой среде могут образоваться вещества (перекись водорода, озон), губительно действующие на микроорганизмы. УФ-лучи адсорбируются важнейшими веществами клетки - белками, ДНК и РНК - и вызывают их химические изменения, повреждающие клетку. Так, летальный эффект УФ-лучей с длиной волны около 260 нм объясняется тем, что именно в этой области лежит максимум поглощения УФ-лучей молекулами ДНК и РНК.

УФ-лучи применяется для дезинфекции воздуха в медицинских и производственных помещениях, в холодильных камерах, для обеззараживания производственного оборудования, упаковочных материалов, тары. Обработка воздуха в течение 6 ч уничтожает до 80% микроорганизмов. УФ-лучи могут быть использованы для предотвращения попадания микроорганизмов извне при розливе, фасовке, упаковке пищевых продуктов, медицинских препаратов.

Предлагается применять УФ-лучи для стерилизации плодовых соков и вин (в тонком слое). При таком «холодном» способе стерилизации вино получается лучшего качества и сохраняется без порчи дольше, чем пастеризованное.

Применение УФ-облучения с целью стерилизации пищевых продуктов ограничено вследствие их невысокой проникающей способности, позволяющей обеспложивать только поверхность продуктов (например, поверхность упакованного хлеба). Тем не менее, известно, что облучение охлаждённых мяса, мясопродуктов удлиняет срок их хранения в 2-3 раза.

Для некоторых продуктов (например, для сливочного масла, молока) стерилизация УФ-лучами неприемлема, так как в результате облучения ухудшаются вкусовые и пищевые свойства продуктов. УФ-лучи успешно применяются для дезинфекции питьевой воды.

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

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

В настоящее время влияние этого рода излучений на микроорганизмы изучено ещё мало. Проведё

 

Предыдущая1234567891011Следующая

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.