Действие на микроорганизмы низкой температуры.

Большинство микроорганизмов не может развиваться при температуре ниже 0°С. Например, гнилостные бактерии и бактерии, вызывающие пищевые отравления, не размножаются при температуре ниже 4...5, грибы — 3...5°С. Патогенные микроорганизмы не размножаются уже при 10^оС. Однако многие микроорганизмы могут неопределенно долго сохранять жизнеспособность при пониженной температуре, переходя в анабиотическое состояние, снова оживая при повышении температуры.

При низкой температуре (ниже минимальной) многие микроорганизмы погибают. Причин гибели клеток микроорганизмов может быть несколько: нарушение обмена веществ, инактивация ферментов, понижение активности воды, повреждение клеток кристаллами льда и др. Однако существует достаточно много микроорганизмов, размножающихся при низких температурах. Их называют психрофилами, и они распространены в местах обитания с низкой температурой: в Арктике, Антарктиде, в холодных морях

и океанах, тундрах. Например, в трупах мамонтов, пролежавших в вечной мерзлоте сотни лет, сохранились жизнеспособные споры бактерий.

Холодоустойчивость психрофилов колеблется в широких пределах.

Низкая температура широко применяется при хранении пищевых продуктов. Используют два способа холодильного хранения: в охлажденном состоянии и в замороженном виде.

Охлаждение пищевых продуктов осуществляется при температуре от +10 до –2^оС. В таком виде пищевые продукты лучше сохраняют свои натуральные свойства, но рост микроорганизмов на охлажденных продуктах не исключается, а лишь замедляется. Сроки хранения охлажденных пищевых продуктов непродолжительны и зависят от температуры хранения и исходной контаминации (обсеменения) продукта психротрофными микроорганизмами: чем их больше, тем меньше срок хранения.

Для удлинения сроков хранения пищевых продуктов в охлажденном состоянии применяют дополнительные меры воздействия на микроорганизмы: облучение ультрафиолетовыми лучами, озонирование, повышение содержания в атмосфере СО₂, создание анаэробных условий, препятствующих развитию холодоустойчивых микроорганизмов–аэробов — возбудителей порчи пищевых продукте

Большое значение при хранении пищевых продуктов в охлажденном состоянии имеет относительная влажность воздуха в помещении: как только она увеличивается, микроорганизмы развиваются быстрее.

В холодильных камерах всегда находится какое-то число разных микроорганизмов, которые попадают туда вместе с пищевыми продуктами, тарой, с поступающим воздухом. Поэтому холодильные камеры необходимо содержать в чистоте и поддерживать тепературно-влажностный режим.

Замораживание пищевых продуктов осуществляется при температуре от –12 до –30°С, при этом быстро отмирает значительная часть находящихся на них микроорганизмов. Однако замороженное состояние не освобождает пищевые продукты от микроорганизмов. В холодильниках сохраняется довольно много микроорганизмов — психрофилов. Их развитие только замедляется.

Во время размораживания пищевых продуктов, особенно при вытекании сока, микроорганизмы вновь размножаются и вызывают порчу продуктов, поэтому оттаивать замороженные пищевые продукты нужно непосредственно перед употреблением.

 

Лучистая энергия.

Излучения разных типов обладают потенциальной способностью оказывать на микроорганизмы разрушительное действие. Однако одноклеточные организмы имеют множество защитных механизмов; многие виды микроорганизмов используют не один, а большое число способов борьбы с радиационными излучениями.

Излучения в окружающей среде подразделяются на неионизирующие, наиболее опасные для микроорганизмов, и на ионизирующие.

Неионизирующее излучение.

Из всех естественных излучений неионизирующая солнечная радиация обладает наибольшим потенциалом биологически вредного воздействия. Подсчитано, что только 0,00028 % солнечной радиации оказывают летальное действие на бактерии. Существенная опасность солнечного излучения проявляется в появлении мутантных организмов, дефектных в их способности осуществлять репаративные (восстановительные) процессы. Например, более 99,9 % клеток Е. coli, у которых нарушены репаративные механизмы, погибают при облучении солнечным светом в течение 3 мин. Таким же образом солнечные лучи влияют на мутантные штаммы дрожжей. Весь спектр солнечного излучения с длинами волн вплоть до 700 нм оказывает на микроорганизмы летальное действие, но наиболее опасные длины волн лежат в ультрафиолетовой области спектра (менее 400 нм). Хотя эти лучи имеют низкую проникающую способность, они вызывают у одноклеточных организмов фотохимические реакции. К наиболее важной из них относится образование пиримидиновых димеров в ДНК.

Резистентность (устойчивость) разных видов бактерий к УФ-облучению показана на рис. 3.4. Как видно на рисунке, она варьирует в широких пределах.

В настоящее время УФ-облучение довольно широко используется на практике: для дезинфекции операционных в больницах, лабораторных помещений, холодильных камер и др. Кроме того, УФ-лучи могут быть использованы для дезинфекции тары, оборудования, посуды, а также для стерилизации плодовых соков и вин (в тонком слое).

Ионизирующее излучение.

Существуют природные источники ионизирующего излучения двух типов: внеземные и земные.

Внеземные источники излучения возникают в космическом пространстве как первичные космические лучи. Они дают начало вторичным космическим лучам, воздействию которых и подвергаются живые организмы.

Земные источники излучения могут быть естественными и искусственными.

Естественными источниками излучения являются радиоактивные изотопы в скальных породах, почве, гидросфере и атмосфере. Некоторые из них поглощаются живыми организмами, и, следовательно, облучение может быть не только внешним, но и внутренним. Средняя доза внешнего облучения от земных источников составляет 50 мрад в год, внутренняя — 20 мрад в год.

Источники искусственного ионизирующего излучения возникают в результате испытаний ядерного оружия, работы атомных электростанций, применения радиоактивных изотопов в медицинских целях и др. Как правило, они строго локализованы. Значимая доза от искусственных источников излучения составляет лишь около 1 % естественных источников.

Микроорганизмы могут периодически или постоянно получать высокие дозы облучения. Чувствительность микроорганизмов к облучению варьирует в необычайно широких пределах (табл. 4).

Причины столь значительных вариаций радиационной чувствительности неясны.

Обнаружен вид Pseudomonas, обитающий в ядерных реакторах.

Ионизирующие излучения вызывают повреждения в клетке, которые подразделяются на две категории: непосредственные и опосредованные.

Непосредственные повреждения — это одноцепочечные или двухцепочечные разрывы в ДНК. Они относительно редки.

Опосредованные повреждения возникают в связи с образованием свободных радикалов, которые тоже вызывают одноцепочечные и двухцепочечные разрывы.

В настоящее время для обработки сельскохозяйственного сырья,

пищевых продуктов и другого используют ионизирующую радиацию, в частности γ-лучи. Такую обработку называют радуризацией. Однако радуризация пищевых продуктов в России разрешается органами здравоохранения с большой осторожностью.

 

Радиоволны.

Радиоволны — это электромагнитные волны относительно большой длины — от миллиметров до километров.

Прохождение коротких и ультрарадиоволн (с длиной волны от 10 м до миллиметров) через среду вызывает в ней возникновение переменных токов высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты.

В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую. Характер нагревания в поле ВЧ и СВЧ отличается от обычных способов нагрева и обладает рядом преимуществ. Например, пищевой продукт нагревается быстро и равномерно по всей массе; вода в стакане закипает через 2...3 с, рыба (1 кг) варится до готовности за 2 мин, мясо (1 кг) — за 2,5, курица — за 6...8 мин.

В последние годы использование ВЧ и СВЧ для приготовления пищевых продуктов все более широко применяется как в пищевой промышленности, так и в общественном питании, в быту.

 

Ультразвук.

Ультразвук (УЗ) — это механические колебания с частотами более 20000 колебаний в секунду (20 кГц). Колебания такой частоты находятся за пределами слышимости человеком. УЗ-волны распространяются в твердых, жидких и газообразных средах, обладают большой механической энергией и вызывают ряд физических, химических и биологических явлений.

Различные микроорганизмы обладают неодинаковой чувствительностью к воздействию ультразвука. Штаммы микроорганизмов одного и того же вида имеют разную устойчивость. Бактерии более чувствительны, чем дрожжи; при этом шаровидные формы более стойки, чем палочковидные. Споры бактерий значительно устойчивее вегетативных клеток.

Эффективность действия УЗ при одной и той же интенсивности и частоте колебаний зависит от продолжительности воздействия, химического состава облучаемой среды, ее вязкости, рН, температуры, числа бактерий в объекте.

УЗ все более широко применяется в различных областях техники и отраслях промышленности. Ведутся исследования по применению УЗ для стерилизации питьевой воды, пищевых продуктов (молока, фруктовых соков, вин).

 

Химические факторы.

Реакция среды.

Реакция среды (рН) оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Для каждого микроорганизма существует своя оптимальная зона рН, в пределах которой он может развиваться.

Большинство микроорганизмов развивается в нейтральной среде, т.е. при рН около 7, и испытывает угнетение в более кислой или более щелочной среде. Однако в зависимости от места обитания могут быть щелочнолюбивые и кислотолюбивые микроорганизмы.

Как общую закономерность можно отметить, что бактерии больше тяготеют к нейтральной среде, грибы — к слабокислой. Однако имеется немало исключений из этого правила.

Сапрофиты, живущие в почве или в водоемах, а также на пищевых продуктах, могут развиваться в среде со значительными колебаниями рН. Поэтому они приспособились существовать в довольно широком диапазоне рН, измеряемом несколькими единицами.

Паразитические формы, приспособленные к условиям тела хозяина, живут обычно в очень узком диапазоне рН (рис. 3.5, 3.6) — в пределах единицы.

Щелочелюбивыми являются клетки, развивающиеся при рН 9... 10. Одним из самых щелочелюбивых микроорганизмов является споровая бактерия, выделенная из зольника при обезволошивании шкур. Эта бактерия хорошо развивается при рН 11. Только при рН 12,4 в зольнике прекращается деятельность гнилостных бактерий.

Плесневые грибы могут развиваться в широком диапазоне рН — от 1,2 до 11,0. Споры грибов прорастают в более узком интервале рН.

Микроорганизмы, живущие в широком диапазоне рН, обычно довольно значительно изменяют свой обмен веществ в более кислых или более щелочных условиях. В более кислых условиях обмен веществ осуществляется таким образом, что в среду продуцируются щелочные вещества, нейтрализующие кислотность. В более щелочных условиях многие микроорганизмы усиленно продуцируют кислоты, уменьшающие щелочность среды. У многих микроорганизмов имеется способность в известных пределах регулировать рН среды. Эту способность микроорганизмов можно назвать ≪приспособительным обменом≫, когда одни и те же микроорганизмы, например дрожжи, в кислой среде образуют из сахара большое количество этилового спирта и мало глицерина, а в щелочной — большое количество глицерина и мало спирта.

Установлено, что некоторые органические кислоты (уксусная, бензойная, масляная) оказывают бактерицидное действие на микроорганизмы. Уксусная кислота губительно действует на микроорганизмы в концентрации 0,5... 2 %. Молочнокислый стрептококк прекращает размножаться в присутствии молочной кислоты при рН 4,7...4,4, а уксусной — при рН 5,1...4,8.

Зная отношение микроорганизмов к реакции среды и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение. Неблагоприятное воздействие кислой среды на гнилостные микроорганизмы используется при хранении некоторых пищевых продуктов в маринованном и квашеном виде. При мариновании к продукту добавляют уксусную кислоту. При квашении дают возможность развиваться молочнокислым бактериям, которые образуют молочную кислоту и препятствуют развитию гнилостных бактерий. Маринованные и квашеные продукты следует пастеризовать и хранить при пониженной температуре.