Серед факторів зовнішнього середовища найбільше значення для мікроорганізмів мають фізичні фактори, до яких відносяться температура, світло та інші види променевої енергії, вологість, механічні дії і т. Д. Ці фактори можуть сприяти або ж перешкоджати розвитку мікробів.
При впливі кожного фізичного чинника розрізняють три кардинальні точки: мінімум, оптимум і максимум. Мінімум означає найменше значення будь-якого фактора, нижче якого розвиток мікроба неможливо, оптимум - найбільш сприятливі умови і максимум - найбільш високе значення фактора. Розвиток мікроорганізму можливо між максимальними та мінімальними межами (кордонами), поза якими життя даного організму неможлива. При найкращих (оптимальних) умовах всі процеси життєдіяльності цього організму протікають найбільш інтенсивно.
Якщо ж хоча б один фактор буде перебувати нижче мінімуму, організм не зможе розвиватися навіть при оптимальному значенні всіх інших факторів середовища.
Найважливішим фізичним чинником зовнішнього середовища є температура. Вона визначає швидкість розмноження мікроорганізмів, а також інтенсивність протікання хімічних реакцій процесів обміну речовин в клітинах. При переході до крайніх температур життєві процеси спочатку сповільнюються, а потім або зовсім припиняються і життя переходить в приховану форму, або взагалі припиняються.
Про вплив температури найчастіше судять по зростанню і розмноженню мікробів. Для кожного мікроорганізму можна визначити кардинальні температурні точки. Виявилося, що кордони життя в світі мікробів набагато ширше, ніж у тварин і рослин. Вони лежать в області від декількох градусів нижче нуля до 70-90 ° С.
Широкі температурні межі життя мають величезне значення для мікроорганізмів. Вони дозволяють розвиватися мікрофлорі на поверхні земної кулі в районах, різко відрізняються своїми кліматичними умовами. Температурні межі досить широкі і для окремих видів мікроорганізмів (табл. 1).
Таблиця 1. Температурні межі зростання деяких мікроорганізмів.
По відношенню до температурних умов мікроорганізми ділять на три групи: псіхрофіли, мезофіли і термофіли.
Псіхрофіли - холодостійкі мікроорганізми, здатні розмножуватися і проявляти хімічну активність при низьких температурах. При цьому ступінь холодостойкости різних мікроорганізмів різна. Психрофільні мікроби становлять небезпеку для продуктів, що знаходяться в холодильниках. Серед Психрофільні мікроорганізмів відомі паличкоподібні бактерії, мікрококи, цвілеві гриби. Псування охолоджених продуктів пов'язана головним чином з розмноженням Психрофільні бактерій родини псевдомонас і Ахромобактер. Деякі псіхрофіли здатні до розмноження навіть при температурі від -5 до -9 ° С, утворюючи на продуктах спочатку окремі колонії, а потім слизові плівки.
Мезофіли - широко поширені форми мікроорганізмів, які мають оптимум близько 30 ° С, мінімум близько 0 ° С і максимум 42 ° С. Серед них відомі багато шкідливі для харчової промисловості мікроорганізми, що викликають псування продуктів, а також корисні.
Термофіли - теплолюбні мікроорганізми з оптимумом 50-60 ° С, мінімумом 30 ° С і максимумом близько 70-85 ° С. Вони можуть розвиватися в місцях з підвищеною температурою: в гарячих джерелах, в верхніх шарах грунту жарких країн, в самосогреваются скупченнях гною, вологого сіна, зерна та ін. Серед Термофіли відомо багато збудників псування харчових продуктів, наприклад в цукровому, консервному і рибному виробництвах.
При такому розподілі мікроорганізмів залишається ще кілька додаткових груп. Прикладом можуть служити патогенні мікроби, які пристосувалися до життя в тілі теплокровних тварин і людини. Їх оптимум точно збігається з температурою тіла господаря - у людини 37 ° С, ссавців 38-39 ° С, птахів 40-43 ° С. Так, туберкульозна паличка має оптимальні умови для розвитку при 37 ° С, дуже близько до нього розташований максимум і дуже високий мінімум (вище 30 ° С).
В широкому температурному діапазоні можуть рости деякі бактерії, наприклад роду Баціллус (сінна паличка).
Не завжди відбувається відмирання клітин при температурі нижче мінімуму розвитку. Стійкість до низької температури велика у мікроорганізмів, а в деяких випадках вони зберігають життєздатність навіть поблизу абсолютного нуля. Так, суперечки деяких бактерій проростали після перебування в рідкому водні при температурі -252 ° С протягом 10 год. Таку ж стійкість мають багато дріжджі і цвілеві гриби. Однак механізм цієї стійкості вивчений недостатньо.
Більш вивчений механізм дії на мікробні клітини високих температур. Так, вже невелике перевищення температурного максимуму зупиняє процес життєдіяльності мікроорганізмів.
Подальше незначне підвищення температури викликає швидке відмирання клітин. Причина цього в незворотні зміни властивостей білків цитоплазми, при яких золі (розчини) переходять в гелі (тверда речовина).
Стійкість до підвищених температур неоднакова у різних мікробів. Вегетативні клітини бактерій, спори дріжджів, конідії цвілевих грибів швидко гинуть при температурі 60-80 ° С. Стійкі до впливу високих температур спори бактерій - найстійкіші в цьому відношенні живі освіти на Землі. Серед бактерій відомі багато з надзвичайно високою термостійкістю суперечка - вони витримують тривале кип'ятіння і гинуть лише при нагріванні до температури 120-130 ° С. При цьому нагрівання в сухому стані виявляється менш ефективним, ніж у вологому. Мабуть, в термоустойчивости суперечка відіграє значну роль хімічний склад оболонки.
Термостійкість спор мікроорганізмів становить велику небезпеку при виробництві різних харчових продуктів.
Світло і інші форми променевої енергії.
На поверхні землі все мікроорганізми піддаються дії різних видів променевої енергії, які представляють собою електромагнітні коливання з різною довжиною хвиль. Сонячна радіація приносить на поверхню Землі ультрафіолетові, теплові і видимі світлові промені. Частина їх, що поглинається атмосферою, втрачається, інші досягають поверхні суші і океану.
Сонячні промені пригнічують розвиток всіх мікроорганізмів. Подібна дія обумовлена ультрафіолетовою частиною сонячного спектра - електромагнітними коливаннями з довжиною хвилі 250-260 нм. Ультрафіолетові промені мають сильну бактерицидну дію, тому УФ-лампи використовують як засіб, стерилізуючий повітря і предмети. Багато патогенні мікроби, зокрема тифозні і туберкульозні бактерії, дуже чутливі до дії УФ-променів. Палички сибірки під дією сонячного світла гинуть за 10 хв. Однак бактерицидну дію світла поширюється на дуже тонкий шар грунту - всього 2-3 мм. Ефективність дії сонячних променів у воді зменшується в міру збільшення її каламутності, і в митних (забруднених) водах міститься найбільша кількість мікробів.
В основі дії променевої енергії лежать хімічні і фізичні зміни, які відбуваються в організмах або в навколишньому середовищі, внаслідок чого вона стає непридатною для розвитку мікробів. УФ-промені адсорбуються білками і нуклеїновими кислотами клітин. Це викликає пошкодження клітинних структур і хімічні зміни.
Теплові (інфрачервоні) промені спектру слабо діють на мікроорганізми і тільки нагрівають середу.
Рентгенівські промені (короткохвильові електромагнітні коливання) мають високу проникаючу здатність.
Короткі і довгі радіохвилі не чинять дії на мікроорганізми, але ультракороткі радіохвилі дуже активні через нагрівання середовища. Ультразвукові коливання чинять певний біологічну дію і повністю пригнічують життя мікроорганізмів.
Життєдіяльність мікроорганізмів залежить від води, так як в ній розчиняються поживні речовини. При відсутності вільної води стає неможливим харчування мікроорганізмів і зупиняється їх розвиток.
За потреби у воді мікроорганізми ділять на три групи: гидрофіти - вологолюбні, мезофіти - средневлаголюбівие і ксерофіти - стійкі до висушування. Гідрофітамі є більшість бактерій і дріжджів і деякі гриби. Пліснява - гидрофіти вимагають відносної вологості повітря 80-98%, а при вологості 70-75% розвиток сповільнюється. Серед цвілевих грибів багато є мезофітамі, але є і ксерофіти. Вони здатні рости при меншому вмісті вологи в порівнянні з бактеріями і дріжджами. Гранична для розмноження дріжджів вологість повітря 65%. Для більшості бактерій і дріжджів потрібна вологість не менше 85-90%, деяким достатньо вмісту вологи 80-85%. Вологість повітря залежить від його температури, так як зі зниженням температури влагоудерживающая здатність повітря знижується.
Внаслідок різної потреби у волозі мікроби неоднаково переносять висушування. Добре зберігають життєздатність при висушуванні спори бактерій і грибів, і в сухому вигляді вони тривалий час не втрачають здатності до проростання. Наприклад, суперечки палички сибірської виразки зберігаються у висушеному вигляді більше 20 років. Така стійкість представляє дуже велику епідеміологічну небезпеку.
Спори і конідії грибів зберігають здатність до проростання протягом 2-3 років.
Вегетативні клітини неспорообразующих бактерій переносять висушування по-різному. Наприклад, оцтовокислі бактерії при висушуванні гинуть через кілька годин. Висушені молочнокислі бактерії довго зберігають життєздатність і застосовуються в деяких виробництвах як сухих заквасок. Сухі хлібопекарські дріжджі залишаються життєздатними протягом року. Досить стійкі до висушування і патогенні мікроби. Так, холерний вібріон переносить висушування протягом 24 год, паличка чуми - до 8 діб, черевнотифозні бактерії - до 70 діб, туберкульозна паличка і стафілокок - до 90 діб.