Вплив фізичних факторів
До числа фізичних факторів, що впливають на мікроорганізми, відносяться температура, вологість середовища, концентрація розчинених речовин в середовищі, світло, електромагнітні хвилі і ультразвук.
Це один з найважливіших факторів зовнішнього середовища. Всі мікроорганізми можуть розвиватися тільки в певних межах температури.
Найбільш сприятлива для мікроорганізмів температура називається оптимальною. Вона знаходиться між крайніми температурними рівнями - температурним мінімумом (нижчої температурою) і температурним максимумом (вищої температурою), при яких ще можливий розвиток мікроорганізмів.
Так, для більшості сапрофитов температурний оптимум становить близько 30 ° С, температурний мінімум 10 ° С, максимум 55 ° С. Отже, при охолодженні середовища до температури нижче 10 ° С або при нагріванні її понад 55 ° С розвиток сапрофітних мікроорганізмів припиняється. Цим пояснюється, що сапрофіти викликають швидку псування харчових продуктів в теплу пору року або в теплому приміщенні.
Для інших мікроорганізмів температурний оптимум може бути значно нижче або вище. Залежно від того, в яких межах знаходиться оптимальна для мікробів температура, всі вони поділяються на три групи: псіхрофіли, термофіли і мезофіли.
Псіхрофіли (хладолюбівие мікроорганізми) добре розвиваються при порівняно низьких температурах. Для них оптимум становить близько 10 ° С, мінімум від - 10 до 0 ° С і максимум близько 30 ° С. До псіхрофілов відносяться деякі гнильні бактерії і цвілі, що викликають псування продуктів, що зберігаються в холодильниках і льодовиках.
Психрофільні мікроорганізми живуть в грунті полярних районів і водах холодних морів.
Термофіли (теплолюбні мікроорганізми) мають температурний оптимум приблизно в 50 ° С, мінімум близько 30 ° С і максимум в межах 70-80 ° С.
Такі мікроорганізми живуть в гарячих водних джерелах, самосогреваются масах сіна, зерна, гною і т. Д.
Мезофіли найкраще розвиваються при температурі близько 30 ° С (оптимум). Температурний мінімум для цих мікроорганізмів становить 0-10 ° С, а максимум доходить до 50 °.
Мезофіли представляють найбільш поширену групу мікроорганізмів. До цієї групи належить більшість бактерій, цвілевих грибів і дріжджів. Збудники багатьох захворювань також є мезофіли.
Мікроорганізми по-різному реагують на коливання температури. Деякі з них дуже чутливі до відхилення температури від оптимальної (багато бактерії, в тому числі хвороботворні), інші ж, навпаки, можуть добре розвиватися в широких температурних межах (багато цвілеві гриби і деякі гнильні бактерії). Слід зауважити, що гриби взагалі менш вимогливі до умов середовища, ніж бактерії.
Зниження температури від точки оптимуму на мікроорганізмах позначається значно слабкіше, ніж підвищення її до максимуму.
Падіння температури нижче мінімуму зазвичай не призводить мікробну клітину до загибелі, а уповільнює або припиняє її розвиток. Клітка переходить в стан анабіозу, т. Е. Прихованої життєдіяльності, на зразок зимової сплячки багатьох тваринних організмів. Після підвищення температури до рівня, близького до оптимального, мікроорганізми знову повертаються до нормальної життєдіяльності.
Деякі цвілеві гриби і дріжджі зберігають життєздатність після тривалого впливу температури - 190 ° С. Спори деяких бактерій витримують охолодження до - 252 ° С.
Однак далеко не завжди мікроорганізми зберігають життєздатність після впливу низьких температур. Клітка може загинути внаслідок порушення нормальної структури протоплазми і обміну речовин. Особливо несприятливо для мікробної клітини багаторазове заморожування і відтавання.
Низькі температури широко застосовуються в практиці зберігання продовольчих товарів. Продукти зберігають в охолодженому (від 10 до 2 ° С) і замороженому (від 15 до 30 ° С) стані.
Терміни зберігання охолоджених продуктів не можуть бути тривалими, так як розвиток на них мікроорганізмів не припиняється, а тільки сповільнюється.
Заморожені продукти зберігаються більш тривалий час, оскільки розвиток на них мікроорганізмів виключено. Однак після відтавання такі продукти можуть швидко зіпсуватися внаслідок інтенсивного розмноження зберегли життєздатність мікроорганізмів.
Підвищення температури від точки оптимуму надає різке вплив на мікроорганізми. Нагрівання понад температурного максимуму призводить до швидкої загибелі мікробів. Більшість мікроорганізмів гине при температурі 60-70 ° С через 15-30 хвилин, а при нагріванні до 80-100 ° С - протягом від декількох секунд до 3 хвилин.
Спори бактерій витримують нагрівання до 100 ° С протягом декількох годин. Для знищення спор вдаються до нагрівання до 120 ° С протягом 20-30 хвилин.
Причиною загибелі мікроорганізмів при нагріванні є, головним чином, згортання білкових речовин клітини і руйнування ферментів.
Згубна дія високих температур використовується при консервуванні продуктів шляхом пастеризації і стерилізації.
Пастеризація є нагрівання продукту при температурі від 63 до 75 ° С протягом 30-10 хвилин (тривала пастеризація) або від 75 до 93 ° С протягом декількох секунд (коротка пастеризація). В результаті пастеризації знищується більшість вегетативних клітин мікробів, а суперечки залишаються живими. Тому пастеризовані продукти треба зберігати на холоді, щоб запобігти проростанню спор. Пастеризації піддають молоко, вино, фруктові, овочеві соки та інші продукти.
Стерилізація означає нагрівання продукту при температурі 120 ° С протягом 10-30 хвилин. Під час стерилізації, яка проводиться в спеціальних автоклавах, гинуть всі мікроорганізми і їх спори. Внаслідок цього стерилізовані продукти в герметичній тарі можуть зберігатися роками.
Стерилізація застосовується при виготовленні м'ясних, рибних, молочних, фруктових та інших консервів.
Вона грає важливу роль в життєдіяльності мікроорганізмів. У клітинах мікроорганізмів міститься до 85% води. Всі процеси обміну речовин протікають у водному середовищі, тому розвиток і розмноження мікроорганізмів можливо тільки в середовищі, що містить достатню кількість вологи.
Зменшення вологості середовища призводить спочатку до уповільнення розмноження мікробів, а потім до його повного припинення.
Розвиток бактерій зупиняється при вологості середовища, що дорівнює приблизно 25%, а цвілі - близько 15%.
У висушеному стані мікроорганізми можуть зберігати життєздатність протягом тривалого часу. Особливо стійкі до висушування суперечки, які зберігаються у висушеному стані багато років.
На висушених середовищах мікроорганізми не виявляють своєї життєдіяльності. На цьому засновано консервування харчових продуктів методом висушування. Сушінні піддають плоди, овочі, гриби, молоко, хліб, борошняні кондитерські вироби і т. Д.
При зволоженні висушених продуктів вони піддаються швидкому псуванню внаслідок бурхливого розвитку на них зберегли життєздатність мікроорганізмів. Сушені продукти мають здатність сприймати вологу з навколишнього повітря, тому при їх зберіганні треба стежити, щоб відносна вологість повітря не перевищувала певної величини.
Під відносною вологістю повітря розуміється виражене у відсотках відношення фактичної кількості вологи в повітрі до тієї кількості, яке повністю насичує повітря при даній температурі. Розвиток пліснявих грибів на сушених продуктах стає можливим, якщо відносна вологість повітря перевищує 75-80%.
Концентрація розчинених речовин в середовищі
Життєдіяльність мікроорганізмів протікає в середовищах, що представляють собою більш-менш концентровані розчини речовин. Одні з мікроорганізмів мешкають в прісній воді, де концентрація розчинених речовин незначна і, отже, невелика осмотичнийтиск (зазвичай десяті частки атмосфери). Інші ж мікроби, навпаки, живуть в умовах високих концентрацій речовин і значного осмотичного тиску, що досягає іноді десятків і сотень атмосфер.
Більшість мікроорганізмів може існувати в середовищах з порівняно невеликою концентрацією розчинених речовин і володіє значною чутливістю до її коливань.
Підвищення концентрації речовин в середовищі і пов'язаного з нею осмотичного тиску призводить до плазмолізу клітини, порушення обміну речовин між нею і середовищем і потім до загибелі клітини. Однак деякі мікроорганізми здатні зберігати життєздатність в умовах підвищеної концентрації тривалий час.
Пліснява переносять підвищені концентрації речовин (як і інші несприятливі фактори) легше, ніж бактерії.
На згубну дію високих концентрацій речовин на мікроорганізми засновано консервування харчових продуктів кухонною сіллю і цукром.
Малостійкі до дії кухонної солі багато збудники харчових отруєнь, наприклад, паратіфозние бактерії і бацила ботулізму; їх розвиток припиняється при концентрації солі близько 9%.
Кухонну сіль використовують для консервування риби, м'яса, овочів та інших продуктів.
Мікроорганізми гинуть також в розчинах, що містять 60-70% цукру. За допомогою цукру консервують ягоди, фрукти, молоко та ін.
Деякі мікроорганізми, які живуть зазвичай в умовах невисокого осмотичного тиску, порівняно добре розвиваються і на засолених або зацукрованих продуктах. Зустрічаються і такі мікроби, які здатні розвиватися нормально тільки в умовах високої концентрації кухонної солі (наприклад, в тузлуке). Такі мікроби називаються галофили. Нерідко галофили викликають псування солоних продовольчих товарів. Консервативну дію цукру значно слабкіше, ніж кухонної солі, тому в практиці консервування цукром продукти піддають ще нагріванню в герметично закупореній тарі.
Світло необхідне для життя тільки тим мікробам, які використовують світлову енергію для обміну речовин.
Багатьом цвілевих грибків також потрібно світло, оскільки при його постійному відсутності не відбувається утворення спор, хоча міцелій розвивається нормально.
Пряме сонячне світло згубний для мікроорганізмів, а розсіяне світло пригнічує їх розвиток.
Сапрофітні бактерії менш чутливі до дії світла, ніж бактерії-паразити (хвороботворні); туберкульозна, брюшнотифозная, сибиреязвенная бактерії в променях сонячного світла гинуть швидко. У зв'язку з цим істотне санітарне значення набуває систематичне опромінення сонячним світлом житлових і громадських приміщень.
Бактерицидну (вбиває бактерії) дію сонячного світла обумовлено перш за все наявністю в ньому ультрафіолетових променів. Ці промені володіють великою хімічною і біологічною активністю. Вони викликають розкладання і синтез деяких органічних сполук, згортають білки, руйнують ферменти, згубно діють на клітини мікроорганізмів, рослин і тварин.
Створено спеціальні пристрої для штучного отримання ультрафіолетових променів. За допомогою цих променів знезаражують питну воду, повітря лікувальних і виробничих приміщень, холодильних камер і т. Д.
Недоліком ультрафіолетових променів є мала проникаюча здатність, внаслідок чого їх можна застосовувати тільки для опромінення поверхні предметів.
Електромагнітні хвилі мають різну довжину і частоту коливань. Чим коротше електромагнітна хвиля, тим вище частота її коливань. Вважається, що електромагнітні хвилі великих довжин (понад 50 м) на мікроорганізми ніякого дії не роблять. Короткі (від 10 до 50 м) і особливо ультракороткі (менше 10 м) електромагнітні хвилі впливають на мікроорганізми згубно.
При проходженні через яке-небудь середовище ці хвилі утворюють в ній змінні струми високої (ВЧ) і ультрависокої (УВЧ) частот, які нагрівають цю середу, причому швидко і рівномірно у всій її масі. Вода в склянці під дією таких струмів нагрівається до кипіння за 2-3 секунди.
Струмами ультрависокої частоти користуються для стерилізації продуктів при їх консервації. Такий метод консервування має важливі переваги, так як не впливає на якість готового продукту.
Дією струмів ультрависокої частоти можна користуватися і для витоплювання жиру з тканин.
Ультразвукові хвилі, поширюючись в середовищі, несуть велику механічну енергію, можуть викликати згортання білків, прискорити хімічні реакції і провести інші дії.
Потужні ультразвукові коливання здатні викликати миттєве механічне пошкодження клітин.
До впливу ультразвукових хвиль особливо чутливі бактерії, спори ж їх більш витривалі.
Ефективність ультразвуку залежить від тривалості його впливу, хімічного складу, в'язкості і реакції середовища, а також від температури середовища.
Природа бактерицидного дії ультразвуку до кінця ще не розкрита. Якою мірою ультразвук буде використовуватися для консервування продуктів, сказати зараз важко. Спроби застосувати енергію ультразвукових коливань для стерилізації молока, соків, питної води поки не дали бажаного техніко-економічного ефекту.