ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

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.

Психротрофными считаются 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 гнилостных бактерий, актиномицетов и др. Термофилы подразделяются на три основные группы:

• строгие, или облигатные, термофилы, у которых оптимум роста лежит в пределах от 65 до 70 °С (не растут при температурах ниже 40 – 42 °С);

• факультативные термофилы, имеющие максимальную температуру роста между 50 и 65 °С и способные к размножению при комнатной температуре;

• термотолерантные бактерии, имеющие максимальную температуру роста 45-50 °С, растущие при комнатной температуре.

Способность термофильных микроорганизмов размножаться при высоких температурах объясняется тем, что мембранные и клеточные липиды термофилов имеют более высокие температуры плавления, чем липиды нетермофилов. При этом цитоплазматическая мембрана действует как изолятор, препятствующий переносу тепла из внешней среды и предотвращающий тепловую денатурацию клеточных ферментов.

Термофилия объясняется также способностью облигатных термофилов синтезировать макромолекулы белков с достаточной внутренней молекулярной стабильностью, позволяющей этим микроорганизмам выдерживать усиленный тепловой стресс. Для обеспечения стабильности¹ белков внутри клетки нет необходимости в необычных факторах, поскольку природные клеточные компоненты, такие, как ионы металлов, метаболиты и ионная сила, способствуют повышению термостабильности.

Влияние высоких температур. При температуре, превышающей оптимальную, наблюдается замедление размножения микроорганизмов, а при температуре выше максимальной их развитие полностью прекращается и микробные клетки погибают. Стойкость микроорганизмов к высоким температурам называют термоустойчивостью или терморезистентностью. Она неодинакова для различных групп микроорганизмов. Наибольшей термоустойчивостью обладают споры бацилл и клостридий. Они выдерживают кипячение от нескольких минут (Вас. subtilis) до 6 ч (О. botulinum) и более. Споры не обезвреживаются при режимах пастеризации молока (65-90 °С). Вегетативные формы и бесспоровые бактерии, являются термолабильными, они погибают при 65 °С в течение 5-30 мин. Среди неспорообразующих бактерий наиболее устойчивым является возбудитель туберкулеза, однако он уничтожается при режимах пастеризации молока.

Дрожжи и плесени нетермостойки. При нагревании во влажной среде вегетативные клетки дрожжей гибнут при 50-60 °С в течение 5 мин, а споровые формы за это же время отмирают при 70-80 °С. Споры плесеней уничтожаются при 80 °С в течение 30 мин, а вегетативные формы погибают за это же время при температуре 62 °С.

Термоустойчивость одних и тех же микроорганизмов не является постоянной, она зависит от многих факторов, особенно от возраста культуры, состава и свойств среды, в которой происходит нагревание. Наибольшей термоустойчивостью обладает культура микроорганизмов в конце логарифмической фазы развития. Наличие солей, белков и жиров в среде повышает термоустойчивость микроорганизмов. В связи с этим при тепловой обработке они дольше сохраняются в молоке, чем в воде, а в сливках более продолжительное время, чем в молоке. В связи с этим сливки пастеризуют при более высокой температуре, чем молоко.

Снижают термоустойчивость кислая реакция среды (снижение рН) и увеличение количества воды в субстрате. Высокая термоустойчивость спор бацилл объясняется незначительным содержанием в них свободной воды, поскольку температура денатурации белков, обусловливающих гибель клеток, повышается с понижением содержания в них воды. Отмирание микроорганизмов при высоких температурах обусловлено также инактивацией клеточных ферментов и другими необратимыми изменениями, происходящими в клетках. Губительное действие высоких температур на микроорганизмы используют в молочной промышленности, где применяют две разновидности тепловой обработки продуктов: пастеризацию и стерилизацию (см: гл. 14).

Низкие температуры. При температуре ниже оптимальной процессы жизнедеятельности микроорганизмов постепенно замедляются, а ниже минимальной - приостанавливаются, но жизнеспособность клеток сохраняется. Однако при длительном воздействии температуры ниже О °С микроорганизмы постепенно отмирают, что объясняется неблагоприятным воздействием на клетки повышенного осмотического давления в результате вымерзания воды в цитоплазме клетки. В связи с тем, что снижение температуры тормозит развитие микроорганизмов, охлаждение используют в качестве способа консервирования молока, молочных и других пищевых продуктов. Различают две формы холодильного хранения молочных продуктов: в охлажденном состоянии при температуре от 2 до 10 °С и в замороженном -виде при температуре от -15 до -25 °С и даже до -45 °С.

Высушивание. Питательные вещества поступают в бактериальную клетку в виде водных растворов, и в таком же виде продукты жизнедеятельности выделяются из клетки. Минимальная предельная влажность среды, при которой еще возможно развитие бактерий, 20-30 %, а плесеней - около 15 %. В связи с этим высушивание, приводящее к обезвоживанию, замедляет жизненные процессы в бактериальной клетке и процесс размножения приостанавливается. Устойчивость микроорганизмов к высушиванию различна и определяется их физико-химическими свойствами. Дизентерийные бактерии отмирают в течение 7 дней после высушивания, стафилококки и микобактерии туберкулеза погибают лишь к девяностому дню. Высушенные культуры молочнокислых бактерий сохраняют жизнеспособность в течение нескольких месяцев. Наиболее устойчивыми к высушиванию являются споры бацилл, которые сохраняют способность к прорастанию при хранении в высушенном состоянии в течение десятков лет.

При необходимости для сохранения микробных культур широко применяют метод лиофилизации (сублимации), т. е. процесс высушивания из замороженного состояния под вакуумом. Этим методом высушивают бактериальные концентраты, закваски, вакцины, антибиотики и другие биопрепараты. Сушка широко используется в качестве метода консервирования молока, молочных и других пищевых продуктов.

Концентрация растворенных веществ и осмотическое давление среды. Внутриклеточное осмотическое давление обусловлено концентрацией растворенных веществ в цитоплазме клетки. Оно у разных микроорганизмов колеблется в широких пределах. Этим объясняется тот факт, что различные микроорганизмы могут обитать в пресной воде и в соленых водах морей, отличающихся различным осмотическим давлением. Высокие концентрации осмотически активных веществ способствуют плазмолизу микробных клеток, в результате чего клетка отдает воду, сморщивается и лизируется, т. е. растворяется. Явление плазмолиза используют как один из методов консервирования пищевых продуктов.

В качестве осмотически деятельных веществ, применяемых для консервирования молочных и других пищевых продуктов, используют поваренную соль и сахар. При концентрации соли в субстрате 20-30 % размножение микроорганизмов почти полностью прекращается. Особенно чувствительны к соли молочнокислые и гнилостные бактерии, развитие которых прекращается при концентрации соли 10 %.

Известны микроорганизмы, которые развиваются в субстратах с высоким осмотическим давлением. Осмофильные микроорганизмы, развивающиеся при высоких концентрациях поваренной соли, называют галофилами (солелюбивыми). Различают экстремально галофильные бактерии и умеренные галофилы. Экстремально галофильные бактерии способны к росту в насыщенном растворе, содержащем концентрацию NaCl около 32 % (нижний предел - 12-15 %). К экстремально галофильным микроорганизмам относят бактерии родов Halobacterium и Halococcus. Среди умеренных галофилов встречаются дрожжи, плесени, стафилококки, микрококки, они растут при 3-10%-ном содержании NaCl.

Между экстремально галофильными бактериями и всеми остальными микроорганизмами существуют значительные генетические различия, поэтому попытки превращения экстремальных галофилов в умеренные и наоборот оказываются неудачными.

Клетки галофилов имеют высокую внутриклеточную концентрацию растворенных веществ, поэтому большая часть ферментов этих организмов активизируется высокими концентрациями солей.

Рибосомы галофилов содержат большое число кислых белков, и для поддержания их стабильности требуются высокие солевые концентрации. В связи с этим экстремальные галофилы нечувствительны к антибиотикам, действующим на рибосомы клеток.

Белки экстремальных галофилов (рибосомные, РНК-полимеразы, цитоплазматические белки и белки клеточной стенки) содержат значительно меньшие количества неполярных аминокислот, чем аналогичные белки мезофильных бактерий.

Снижение количества неполярных аминокислот способствует ослаблению гидрофобных (водоотталкивающих) взаимодействий, которые возможны лишь в присутствии очень высоких концентраций солей, т.е. высокие солевые потребности белков обусловлены наличием в их молекулах очень слабых гидрофобных взаимодействий.

Микроорганизмы, которые могут существовать при невысоком осмотическом давлении и в средах с повышенным содержанием соли или сахара, называют осмотолерантными (от лат. tolerantia — терпеливость). Среди них чаще встречаются плесени и другие микроорганизмы, которые более приспособлены к изменению концентрации растворенных веществ в среде. Консервирующее действие концентрированных растворов соли используется для посола сыров, масла, мясных, рыбных и других продуктов.

Надежное консервирующее действие сахара проявляется при содержании его в субстрате в концентрации не менее 60-70 %. Сахар используется при изготовлении таких продуктов, как варенье, джем, повидло, сгущенное молоко с сахаром, и др. При этом наибольшая часть микроорганизмов сохраняет свою жизнеспособность, но не развивается.

Лучистая энергия. Излучения в окружающей среде подразделяются на неионизирующие и ионизирующие. Оба вида опасны для микроорганизмов. К неионизирующим источникам относится солнечный свет. Ионизирующие излучения существуют в виде природных источников (космические лучи) и искусственной радиации.

Солнечный свет обладает наибольшим потенциалом вредного воздействия на микроорганизмы. Способностью использовать энергию видимого света обладают лишь пигментобразующие формы бактерий. Микроорганизмы, не имеющие пигмента, погибают под действием прямых солнечных лучей, а рассеянный свет постепенно подавляет их развитие.

Под влиянием солнечных лучей происходят внутриклеточные химические реакции с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, действующих губительно на микробную клетку.

Наиболее выраженное летальное действие оказывают на микроорганизмы световые волны, лежащие в ультрафиолетовой области спектра (длина волны менее 400 нм).

Ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) обладают либо бактерицидным, либо мутагенным действием, что обусловлено изменениями в структуре ДНК, повреждением рибонуклеиновых кислот. Из всех микроорганизмов наиболее чувствительными к УФ-лучам являются вегетативные формы бактерий. Споры бацилл в 4-5 раз более устойчивы, чем вегетативные клетки. Очень чувствительны к УФ-лучам патогенные микроорганизмы.

В молочной промышленности применяют ртутно-кварцевые бактерицидные ультрафиолетовые лампы для дезинфекции воздуха микробиологических боксов, холодильных камер и производственных помещений. Их также используют для дезинфекции поверхности оборудования, аппаратуры, тары молочных продуктов, а также молока, которое при этом обогащается витамином D. УФ-лучи обладают слабой проникающей способностью, поэтому их действие проявляется только на поверхности облучаемых объектов.

Космические и рентгеновские лучи представлены ионизирующими излучениями с длиной волны от 0, 006 до 10 нм. Они оказывают летальное или мутагенное действие на микроорганизмы. К действию таких лучей наиболее чувствительны ядерные структуры, в частности нуклеиновые кислоты, хотя повреждаются и цитоплазматические структуры клеток. К действию ионизирующих излучений наиболее чувствительны микроорганизмы в присутствии кислорода. Разрушающее действие ионизирующих излучений усиливают также повышенная температура и кислая реакция среды.

Искусственное ионизирующее излучение (α -частицы, β -частицы, γ -лучи) возникает в результате испытаний ядерного оружия, работы атомных электростанций, применения радиоактивных изотопов в научных целях.

Эффект бактерицидного действия радиоактивных излучений обусловливается ионизацией внутриклеточных веществ.

При прохождении ионизирующих излучений через клетку некоторые атомы в результате поглощения энергии испускают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Свободный электрон присоединяется к нейтральному атому, который превращается в отрицательно заряженный ион. Такое изменение электронной структуры атомов приводит к изменению химических связей и разрушению структур молекул.

Микроорганизмы значительно более устойчивы к излучениям, чем высшие животные и растительные организмы. Дрожжи и плесени более устойчивы, чем бактерии. Споры бацилл и клостридий выносливее их вегетативных форм. Искусственные ионизирующие излучения используют для стерилизации лечебных препаратов и пищевых продуктов. Однако следует иметь в виду, что при этом могут ухудшаться вкус и пищевые качества продуктов.

Ультразвук - высокочастотные (20 кГц и более) механические колебания упругой среды, не воспринимаемые ухом человека. Одно колебание в секунду составляет единицу измерения - герц (Гц). Килогерц (кГц) составляет 10³ Гц/с, мегагерц (МГц) - 10⁶ Гц/с.

Ультразвуковые волны с частотой колебания более 20 000 Гц обладают бактерицидными свойствами, так как имеют большую механическую энергию и могут вызывать в озвучиваемой среде ряд механических и электрохимических явлений.

Механизм бактерицидного действия ультразвука объясняется двумя теориями: кавитационной механической и кавитационной электрохимической.

Сущность первой заключается в том, что ультразвуковые волны, распространяясь в упругой среде, вызывают в ней сжатия и разрежения. В момент прохождения ультразвука через жидкость образуются субмикроскопические и микроскопические полости, которые, увеличиваясь в размерах, «втягивают» в себя молекулы газа и парообразную жидкость. В полостях создается огромное давление, достигающее десятков и сотен мегапаскалей, что обусловливает механическое разрушение (дезинтеграцию) цитоплазматических структур и гибель клетки.

Образование и разрыв полостей и изменения, происходящие при этом в среде, называют кавитацией.

Кавитационная электрохимическая теория объясняет ионизацию паров жидкости и присутствующих в ней газов при образовании кавитационного пузырька. При разрыве пузырька происходит электрический разряд, сопровождающийся резким повышением температуры и образованием в кавитационной полости электрического поля высокого напряжения. При этом пары жидкости и высокомолекулярные соединения в кавитационной полости расщепляются на водород и гидроксильную группу с образованием активного кислорода, пероксида водорода, азотистой и азотной кислот, в результате чего происходят инактивация ферментов и коагуляция белков, что обусловливает гибель микробной клетки.

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

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

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

 

ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

К химическим факторам, влияющим на жизнедеятельность микроорганизмов, относят химический состав питательной среды, реакцию среды, окислительно-восстановительный потенциал среды и действие ядовитых (антисептических) веществ.

Состав питательной среды является основным показателем развития микроорганизмов. Он определяет ее питательную ценность, реакцию (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh).

Реакция питательной среды, или концентрация водородных ионов (рН), играет роль фактора, определяющего границы существования живой материи. рН среды воздействует на ионное состояние, а следовательно, и на доступность для организма многих метаболитов и неорганических ионов.

Ионы водорода влияют на электрический заряд коллоидов клеточной стенки. При сдвиге рН в кислую или щелочную сторону изменяется знак заряда поверхности клетки, что приводит к изменению проницаемости клеточной стенки для различных молекул и ионов питательного субстрата и нарушению нормального процесса обмена веществ.

Изменение рН также влияет на степень дисперсности коллоидов цитоплазмы, активность ферментов, интенсивность и направление биохимических реакций. Так, например, дрожжи, развиваясь в кислой среде, образуют в основном этиловый спирт, а в щелочной среде -глицерин.

Большинство организмов живет при рН от 4 до 9, причем их оптимальный рост наблюдается в среде, близкой к нейтральной. Однако, многие микроорганизмы обладают способностью развиваться или выживать при значениях рН, лежащих за пределами этого интервала (от рН1до11).

Ион водорода (Н⁺) представляет собой протон, лишенный электронов. В водных растворах он быстро гидратируется и образует ион гидроксония Н₃О⁺. В кислой среде преобладают ионы гидроксония, а в щелочной - гидроксильные ионы (ОН^‑ ).

Концентрация гидроксониевой или гидроксильной форм воды играет важную роль в регулировании водно-солевого обмена, ионного состояния питательных веществ, равновесия электрических зарядов на поверхности клетки и коллоидных свойств микроокружения.

При низких значениях рН ионы водорода адсорбируются на частицах вещества и замещают другие катионы. В связи с этим в кислых субстратах возрастает количество ионов Al³⁺, Mn²⁺, Сu²⁺, Мо³⁺ и может достигать таких уровней, которые токсичны для большинства микроорганизмов.

При высоких значениях рН, т.е. в щелочных субстратах, необходимые для микроорганизмов элементы, такие, как Fe²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и Мn²⁺, осаждаются в виде карбонатов, гидроксидов или фосфатов.

Эти резкие изменения влияют на стабильность и проницаемость клеток, а также на их способность взаимодействовать с необходимыми для них метаболитами.

Микроорганизмы, существующие при экстремальных значениях рН, должны противостоять всем этим неблагоприятным воздействиям.

Изменения рН окружающей среды могут вызвать у многих микроорганизмов компенсаторные ферментативные сдвиги. Например, Escherichia coli реагирует на повышение кислотности среды синтезом декарбоксилаз аминокислот, под действием которых образуются амины, снижающие кислотность среды. Повышение щелочности стимулирует образование дезаминаз аминокислот, что приводит к снижению рН.

Следовательно, устойчивость клеток к высокой кислотности объясняется их структурными и метаболическими особенностями, поддерживающими внутриклеточную рН на уровне, близком к нормальным физиологическим величинам.

В зависимости от отношения клеток микробов к кислотности среды их подразделяют на нейтрофилы, ацидофилы (кислотолюбивые) и алкалофилы (щелочелюбивые). Микроорганизмы, обладающие способностью выживать при значениях рН, лежащих за пределами 4-9, рассматриваются как кислото- и щелочетолерантные.

Оптимальная рН для нейтрофильных микроорганизмов находится в пределах 7, 0 (нейтральная зона). Типичными представителями нейтрофилов являются бактерии группы кишечных палочек, стрептококки, бациллы, сальмонеллы и большинство других патогенных бактерий.

Кислотолюбивые микробы, растущие при чрезвычайно низком значении рН (3 или менее), встречаются довольно редко. Еще меньше примеров щелочелюбивых организмов, требующих для своего роста рН 10 и выше.

К ацидофильным микроорганизмам относятся уксуснокислые, молочнокислые и другие бактерии, дрожжи, плесени. Представители уксуснокислых бактерий растут в пределах рН от 3 до 5, молочнокислые бактерии развиваются при рН от 3 до 8. Оптимум рН роста дрожжей находится в области 5, 5-6. Однако они способны развиваться в более кислой среде - вплоть до рН 2 (Saccharomyces cerevisiae, S. elipsoides, дрожжи рода Rhodotorula).

К самым устойчивым к кислоте организмам относятся плесневые грибы. Многие из них характеризуются ацидотолерантностью и способностью к росту в широких пределах рН. Разные виды родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium могут расти при значениях рН, близких к 2, тогда как их верхние границы роста близки к рН 10.

Среди бактерий, устойчивых к щелочной среде, выделяются некоторые виды клубеньковых бактерий рода Rhizobium, активно развивающихся при рН 10-12. Среди бацилл, чрезвычайно устойчивых к щелочной среде, отмечают штаммы Вас. cereus, Вас. circulans, способные к росту при рН 10-11. Энтерококки также толерантны к щелочной реакции среды. Получены штаммы Enterococcus faecalis, растущие в средах срН9-11.

Многие микроорганизмы, развиваясь в питательной среде, выделяя продукты обмена, сильно изменяют реакцию субстрата. Это является одним из факторов, обусловливающих антагонизм между различными группами микробов. Так, молочнокислые бактерии в процессе жизнедеятельности образуют молочную кислоту, которая подавляет развитие большинства гнилостных бактерий, что используется при хранении кисломолочных продуктов, сыров, при консервировании силоса, квашении капусты и других продуктов.

Окислительно-восстановительный потенциал. Транспорт водорода и электронов при биологическом окислении являются процессами эквивалентными. При этом дыхательная цепь может рассматриваться как цепь переноса электронов. Компоненты дыхательной цепи переходят попеременно из окислительного состояния в восстановленное и обратно, т. е. они обладают определенным окислительно-восстановительным потенциалом.

Окислительно-восстановительный потенциал служит количественной мерой способности тех или иных соединений или элементов отдавать электроны. Этот потенциал отсчитывается относительно потенциала молекулярного водорода.

Окислительно-восстановительные условия питательной среды выражаются величиной окислительно-восстановительно го потенциала, который принято обозначать Eh (гН₂).

Окислительно-восстановительный потенциал среды представляет собой взятый с обратным знаком логарифм числа, выражающего давление (в МПа) молекулярного водорода. При давлении Н₂ 0, 1 МПа окислительно-восстановительный потенциал среды равен нулю. Величина Eh минимальна при насыщении среды водородом и максимальна при насыщении ее кислородом. Она колеблется соответственно от 0 до 42 единиц.

Присутствие в среде окисляющих веществ (метиленового синего, резазурина, кислот, перманганата калия и др.) повышает значение потенциала, наличие же соединений, обладающих восстановительными свойствами (цистеин, тимоловая кислота), снижает потенциал. Окислительно-восстановительный потенциал также резко уменьшается при отмирании культуры бактерий, лизисе ее бактериофагом, действии на нее лизоцимом. Изменяя окислительно-восстановительный потенциал среды, можно повлиять на интенсивность размножения различных групп микроорганизмов и направленность вызываемых ими биохимических процессов.

Так, облигатные анаэробы развиваются при низком значении Eh (от 0 до 14), факультативные анаэробы - при Eh от 0 до 30, аэробные микроорганизмы - Eh от 11 до 35.

Ароматобразующие молочнокислые бактерии при Eh, близком к 0, образуют молочную кислоту, а при Eh, равном 6-8, наряду с молочной кислотой образуют и ароматические вещества.

Так как окислительно-восстановительные процессы связаны с переносом электронов, то окислительно-восстановительный потенциал можно выразить в вольтах. Для его измерения составляют гальваническую цепь и величину потенциала определяют при помощи потенциометра.

Влияние антисептических веществ на микробную клетку может проявляться в виде бактериостатического или бактерицидного действия. При бактериостатическом воздействии химические вещества обусловливают прекращение размножения бактерий.

Бактерицидным действием называют способность различных химических или других факторов вызывать гибель бактерий. Временное прекращение или замедление размножения бактерий называется бактериостазом . Одни и те же химические препараты могут оказывать как бактериостатическое, так и бактерицидное действие, что зависит от концентрации вещества, экспозиции его воздействия, условий применения и т. п.

Из неорганических соединений сильными ядами для микробов являются соли тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, серебра, золота, ртути), различные окислители (хлор, хлорная известь, хлорамин, йод, бром, перманганат калия, пероксид водорода, озон, диоксид углерода).

Среди органических соединений губительное воздействие на микроорганизмы оказывают органические кислоты - молочная, салициловая, масляная, уксусная, бензойная и др., диэтиловый эфир, спирты жирного и ароматического ряда - этиловый, бутиловый, амиловый, пропиловый и др., эфирные масла, смолы, дубильные вещества, органические красители, а также формалин, фенол, крезол и их производные.

В очень малых дозах почти все химические яды (кроме солей тяжелых металлов) сначала обладают бактериостатическим действием, а затем вызывают гибель микробных клеток (бактерицидное действие).

Ионы серебра и золота обладают олигодинамическим действием (от греч. oligos - малый и dynamic - действие, сила). В ничтожно малых концентрациях, не поддающихся химическому обнаружению, они губительно действуют на микробные клетки. На олигодинамическом действии ионов серебра основан метод дезинфекции воды с помощью фильтров из посеребренного песка. Посуда из серебра при контакте с водой сообщает ей бактерицидные свойства, этим объясняется длительное хранение «святой» воды.

Химические вещества, бактерицидно действующие на микроорганизмы в небольших концентрациях, называют антисептическими или дезинфицирующими.

Механизм бактерицидного действия антисептических веществ заключается в том, что в результате взаимодействия химического яда с веществами цитоплазмы в ней происходят необратимые изменения, нарушающие нормальное течение процессов жизнедеятельности и приводящие к гибели клетки.

Соли тяжелых металлов вызывают коагуляцию белков клетки. Олигодинамическое действие серебра и других тяжелых металлов заключается в том, что положительно заряженные ионы металлов адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности бактерий и изменяют проницаемость их цитоплазматической мембраны. При этом нарушаются процессы питания и размножения микроорганизмов.

Окислители действуют на сульфгидрильные группы активных белков, влияют на другие группы (феноловые, тиоэтиловые, индольные и аминные).

Неорганические кислоты и щелочи гидролизуют белки клетки. Диоксид углерода, сероводород, цианистые соединения инактивируют ферменты клетки.

Органические спирты, диэтиловый эфир, ацетон разрушают полипептидную оболочку клетки. Формалин (40%-ный раствор формальдегида) присоединяется к аминогруппам белков и вызывает их денатурацию.

Споры обладают большей устойчивостью к действию многих химических ядовитых веществ, чем вегетативные формы бактерий. Из неспорообразующих микробов ко многим химическим ядам менее чувствительны стафилококки и возбудитель туберкулеза.

Антисептические вещества в молочной промышленности используют в качестве дезинфицирующих и моющих средств. Чаще применяют хлорную известь, хлорамин, гипохлорит натрия, карбонат натрия, сульфанол, тринатрийфосфат и др.

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Под биологическими факторами понимают влияние на жизнедеятельность микроорганизмов других видов и групп микробов, а также животных и растений, составляющих в природных условиях специфический биоценоз, т. е. совокупность живых организмов, населяющих участок определенной среды обитания.

Микробы находятся в природе в ассоциациях, между которыми происходит постоянная борьба за существование. В связи с этим различают несколько типов взаимоотношений (симбиоза) между организмами: мутуализм, синергизм, комменсализм, паразитизм, метабиоз и антагонизм (антибиоз).

Мутуализм представляет собой сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу: они совместно развиваются лучше, чем каждый из них в отдельности. Например, молочнокислые бактерии в кефирных грибках продуцируют молочную кислоту и создают среду, благоприятную для роста дрожжей, а дрожжи, выделяя витамины группы В, стимулируют развитие молочнокислых бактерий.

Синергизм характеризуется усилением физиологических функций у членов микробной ассоциации. При совместном развитии молочнокислых стрептококков - активных кислотообразователей Lac. lactis, Lac. cremoris и ароматобразующих лактококков быстро увеличивается кислотность молока, интенсифицируются

жизнедеятельность ароматобразующих лактококков и образование ими ароматических веществ.

Комменсализм- тип взаимоотношений между двумя организмами, при котором один живет за счет другого, не принося ему заметной пользы и не причиняя вреда. Такие взаимоотношения наблюдаются между молочнокислыми бактериями, а также кишечными палочками и организмом человека или животного. При развитии в толстом отделе кишечника бактерии получают от макроорганизма необходимые питательные вещества, не причиняя ему вреда и даже принося известную пользу тем, что подавляют развитие гнилостных и организмами, когда один из них (паразит) живет за счет другого (хозяина), причиняя ему вред. Паразитами являются все патогенные микроорганизмы по отношению к восприимчивым видам животных и растений. Абсолютными паразитами являются риккетсии и вирусы, в том числе и бактериофаги, развивающиеся внутри клеток бактерий и вызывающие их гибель и разрушение.

Метабиоз- такой вид взаимоотношений, когда один организм продолжает процесс, вызванный другим, т. е. в результате жизнедеятельности одних микробов создаются условия для развития других. Так, дрожжи, сбраживая сахар в этиловый спирт, создают условия для развития уксуснокислых бактерий, а образуемая последними уксусная кислота используется плесенями, которые ее окисляют до СО₂ и Н₂О.

Антагонизм (антибиоз) - тип взаимоотношений между микроорганизмами, при котором одни организмы подавляют развитие других. Антагонистическое действие может обусловливаться различными факторами: истощением питательного субстрата вследствие более быстрого развития одного из видов микроорганизмов; изменением физико-химических свойств среды вследствие накопления продуктов жизнедеятельности микробов-антагонистов (например, молочная кислота, подавляющая развитие гнилостных бактерий); выделением в среду микробами-антагонистами антибиотиков.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. F) Удешевление факторов производства
2. Newsweek стремился учесть целый ряд факторов, в том числе историческое и культурное значение книги,
3. Анализ возможных опасных, вредных факторов и ЧС при работе на участке
4. БИОФАРМАЦИЯ – ЭТО НАУКА, ИЗУЧАЮЩАЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФАКТОРОВ
5. В силу разных объективных и субъективных факторов между государствами могут возникать и возникают разногласия и споры.
6. В учебном пособии рассмотрены основные виды опасных и вредных факторов, влияющих на жизнь и здоровье работников в процессе трудовой деятельности.
7. Важнейшей особенностью развития Испании приведшего к этому кризису явилось как влияние мировых экономических процессов, так и политики абсолютной монархии в Испании.
8. Виды обработки металлов давлением. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла
9. Виды факторов риска по степени управляемости
10. Влияние RC- и RL-цепей на импульсы различной формы
11. Влияние автомобильного транспорта на персонал, население и окружающую среду
12. Влияние асан на психологическую установку