Тема 4. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы

Условия или факторы внешней среды, оказывающие влияние на жизнедеятельность микробов, подразделяются на физиче­ские, химические и биологические.

Влияние физических факторов -температура, влажность среды, концентрация растворенных веществ в среде, свет, электромаг­нитные волны и ультразвук.

Температура

Это один из важнейших факторов внешней среды, так как каждый микроорганизм развивается только в опре­деленных пределах температуры.

Наиболее благоприятная для микроорганизмов температура называется оптимальной.

Для большинства сапрофитов температурный оптимум составляет около 30°С, температурный минимум 10°С, макси­мум 55°С. Следовательно, при охлаждении среды до температуры ниже 10°С или при нагревании ее свыше 55°С развитие сап­рофитных микроорганизмов прекращается. Этим объясняется, что сапрофиты вызывают быструю порчу пищевых продуктов в теплое время года или в теплом помещении.

Для других микроорганизмов температурный оптимум мо­жет быть значительно ниже или выше. В зависимости от того, в каких пределах находится оптимальная для микробов темпе­ратура, все они подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы и мезофилы.

Психрофилы (хладолюбивые микроорганизмы, в основном бактерии) хорошо раз­виваются при сравнительно низких температурах. Для них оптимум составляет около 10°С, минимум от - 10 до 0°С и макси­мум около 30°С. Относятся: некоторые гнилостные бактерии и плесени, вызывающие порчу продуктов, хранящихся в холодильниках и ледниках.

Психрофильные микроорганизмы живут в почве полярных районов и водах холодных морей.

Термофилы (теплолюбивые микроорганизмы, в основном бактерии) имеют темпе­ратурный оптимум примерно в 50°С, минимум около 30°С и макси­мум в пределах 70-80°С.

Обитают в горячих водных источни­ках, самосогревающихся массах сена, зерна, навоза и т. д.

Мезофилы лучше всего развиваются при температуре около 30°С (оптимум). Температурный минимум для этих микроорга­низмов составляет 0-10°С, а максимум доходит до +50°.

Мезофилы представляют наиболее распространенную группу микроорганизмов, к ним относится большинство бакте­рий, плесневых грибов и дрожжей. Возбудители многих заболе­ваний также являются мезофилами.

Грибы менее требовательны к условиям среды, чем бактерии.

Падение температуры ниже минимума обычно не приводит микробную клетку к гибели, а замедляет или приостанавливает ее развитие. Клетка переходит в состояние анабиоза, т. е. скры­той жизнедеятельности, наподобие зимней спячки многих жи­вотных организмов. После повышения температуры до уровня, близкого к оптимальному, микроорганизмы вновь возвращаются к нормальной жизнедеятельности.

Некоторые плесневые грибы и дрожжи сохраняют жизне­способность после продолжительного воздействия температуры - 190°С. Споры некоторых бактерий выдерживают охлаждение до - 252°С.

Однако далеко не всегда микроорганизмы сохраняют жизне­способность после воздействия низких температур. Клетка мо­жет погибнуть вследствие нарушения нормальной структуры протоплазмы и обмена веществ. Особенно неблагоприятно для микробной клетки многократное замораживание и оттаива­ние.

Все вышеназванные свойства микроорганизмов учитываются при выборе режимов для более длительной сохранности продовольственных продуктов: пастеризация, стерилизация, охлаждение, замораживание – основные способы обработки пищевых продуктов.

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

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

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

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

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

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

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

Влажность среды

В клетках микроорганизмов содер­жится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому уменьшение влажности среды приводит сначала к замедле­нию размножения микробов, а затем к его полному прекраще­нию.

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

Делятся на:

- гидрофитов (условия влажности 98-100%) – бактерии, дрожжи, грибы;

- мезофиты (92-96%) – плесневые грибы (пенициллиум, аспергиллиус);

- ксерофиты – (70-90%) – некоторые виды аспергиллиус.

В высушенном состоянии микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. Особенно устойчивы к высушиванию споры, которые сохраняются в вы­сушенном состоянии многие годы. На высушенных средах микроорганизмы не проявляют своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пище­вых продуктов методом высушивания.

Сушке подвергают пло­ды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д.

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

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

Показатель водной активности (a_w) характеризует относительную влажность субстрата. a_w это отношение давления водяных паров раствора (субстрата) Р и чистого растворителя (воды) РО при одной и той же температуре:

 

а w	=	Р
РО

 

Водная активность выражается величинами от 0 до 1 (0 – абсолютно обезвоженное вещество, 1 – дистиллированная вода).

Рост микроорганизмов наблюдается при значениях a_w от близких к 1,0 и примерно до 0,65.

В пределах a_w=0,99-0,98 находится водная активность скоропортящихся продуктов.

Виды сушек:

- конвективная (постепенное обезвоживание), наименее устойчивы Грам-;

- распылительная (сухое молоко, яичный порошок) – процесс обезвоживания идет мгновенно при t 65-70^оС. Частично отмирают Грам-, остаются микрококки, молочнокислые дрожжи и др.;

- пленочный способ - t ^оС около 100^оС. Остаются главным образом споры бацилл;

- сублимационная сушка – высушивание в вакууме из замороженного состояния («возгонка») плодов, ягод. Способствует лучшему сохранению их качеств, но микроорганизмы хорошо переносят такое обезвоживание и сохраняют жизнеспособность долгое время. Во всех случаях необходимо соблюдать строгие санитарно-гигиенические правила, использовать специальные виды упаковки. Следует учитывать, что устойчивость клеток разных видов микроорганизмов к обезвожива­нию весьма различна. Наиболее устойчивы Грам+ - кокки (стафилококки), бациллы, молочнокислые, а также дрожжи, грибы (споры). Сальмонеллы, брюшнотифозные микроорганизмы могут сохраняться в некоторых обезвоженных продуктах (яичном порошке) от 3 до 9 месяцев. Однако Грам-отрицательные все-таки отмирают в первую очередь.