Концентрация растворенных веществ в среде

Жизнедеятель­ность микроорганизмов протекает в средах, представляющих собой более или менее концентрированные растворы веществ. Одни из микроорганизмов обитают в пресной воде, где концен­трация растворенных веществ незначительна и, следовательно, невелико осмотическое давление (обычно десятые доли атмо­сферы). Другие же микробы, наоборот, живут в условиях высо­ких концентраций веществ и значительного осмотического давления, достигающего иногда десятков и сотен атмосфер.

Большинство микроорганизмов может существовать в сре­дах со сравнительно небольшой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее ко­лебаниям.

Повышение концентрации веществ в среде и связанного с ней осмотического давления приводит к плазмолизу клетки, на­рушению обмена веществ между нею и средой и затем к гибели клетки. Однако некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность в условиях повышенной концентрации про­должительное время.

Плесневые грибы переносят повышенные концентрации ве­ществ (как и другие неблагоприятные факторы) легче, чем бактерии.

На губительном действии высоких концентраций веществ на микроорганизмы основано консервирование пищевых продуктов поваренной солью и сахаром.

Содержание в среде поваренной соли до 3% замедляет раз­множение многих микроорганизмов. Особенно чувствительны к действию поваренной соли гнилостные и молочнокислые бакте­рии. При содержании в продукте около 10% соли жизнедея­тельность этих бактерий подавляется полностью.

Малоустойчивы к действию поваренной соли многие возбу­дители пищевых отравлений, например, паратифозные бактерии и бацилла ботулизма; их развитие приостанавливается при кон­центрации соли около 9%.

Поваренную соль используют для консервирования рыбы, мяса, овощей и других продуктов.

Микроорганизмы погибают также в растворах, содержащих 60-70% сахара. С помощью сахара консервируют ягоды, фрукты, молоко и др.

Некоторые микроорганизмы, живущие обычно в условиях невысокого осмотического давления, сравнительно хорошо раз­виваются и на засоленных или засахаренных продуктах. Встре­чаются и такие микробы, которые способны развиваться нор­мально только в условиях высокой концентрации поваренной соли (например, в тузлуке). Такие микробы называются галофилами. Нередко галофилы вызывают порчу соленых продо­вольственных товаров. Консервирующее действие сахара значительно слабее, чем поваренной соли, поэтому в практике консервирования сахаром продукты подвергают еще нагреванию в герметически закупо­ренной таре.

Свет

Свет необходим для жизни только тем микробам, ко­торые используют световую энергию для обмена веществ.

Многим плесневым грибкам также требуется свет, поскольку при его постоянном отсутствии не происходит образования спор, хотя мицелий развивается нормально.

Прямой солнечный свет губителен для микроорганизмов, а рассеянный свет подавляет их развитие.

Сапрофитные бактерии менее чувствительны к действию света, чем бактерии-паразиты (болезнетворные); туберкулез­ная, брюшнотифозная, сибиреязвенная бактерии в лучах сол­нечного света погибают быстро. В связи с этим существенное санитарное значение приобретает систематическое облучение солнечным светом жилых и общественных помещений.

Бактерицидное (убивающее бактерии) действие солнечного света обусловлено прежде всего наличием в нем ультрафиоле­товых лучей. Эти лучи обладают большой химической и биоло­гической активностью. Они вызывают разложение и синтез некоторых органических соединений, свертывают белки, разру­шают ферменты, губительно действуют на клетки микроорга­низмов, растений и животных.

Созданы специальные устройства для искусственного полу­чения ультрафиолетовых лучей. С помощью этих лучей обезза­раживают питьевую воду, воздух лечебных и производственных помещений, холодильных камер и т. д.

Недостатком ультрафиолетовых лучей является малая про­никающая способность, вследствие чего их можно применять только для облучения поверхности предметов.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны имеют различную длину и частоту колебаний. Чем короче электромаг­нитная волна, тем выше частота ее колебаний. Считается, что электромагнитные волны больших длин (свыше 50 м) на мик­роорганизмы никакого действия не оказывают. Короткие (от 10 до 50 м) и особенно ультракороткие (менее 10 м) электромаг­нитные волны влияют на микроорганизмы губительно.

При прохождении через какую-либо среду эти волны обра­зуют в ней переменные токи высокой (ВЧ) и ультравысокой (УВЧ) частот, которые нагревают эту среду, причем быстро и равномерно во всей ее массе. Вода в стакане под действием таких токов нагревается до кипения за 2-3 секунды.

Токами ультравысокой частоты пользуются для стерилиза­ции продуктов при их консервировании. Такой метод консервирования имеет важные преимущества, так как не влияет на качество готового продукта.

Действием токов ультравысокой частоты можно пользо­ваться и для вытапливания жира из тканей.

Ультразвук

Звуковые колебания, частота которых состав­ляет более 20000 в секунду, называют ультразвуком. Ультра­звуковые колебания человеческое ухо не улавливает.

Ультразвуковые волны, распространяясь в среде, несут боль­шую механическую энергию, могут вызвать свертывание белков, ускорить химические реакции и произвести другие действия.

Мощные ультразвуковые колебания способны вызвать мгно­венное механическое разрушение клеток.

К воздействию ультразвуковых волн особенно чувствитель­ны бактерии, споры же их более выносливы.

Эффективность ультразвука зависит от продолжительности его воздействия, химического состава, вязкости и реакции среды, а также от температуры среды.

Природа бактерицидного действия ультразвука до конца еще не раскрыта. В какой мере ультразвук будет использо­ваться для консервирования продуктов, сказать сейчас трудно. Попытки применить энергию ультразвуковых колебаний для стерилизации молока, соков, питьевой воды пока не дали желаемого технико-экономического эффекта.

Влияние химических факторов

Химические факторы среды во многом определяют жизне­деятельность микроорганизмов. Среди химических факторов наибольшее значение имеют реакция среды и ее химический состав.

Реакция среды

Степень кислотности или щелочности среды оказывает сильное воздействие на микроорганизмы. Кислот­ность и щелочность здесь понимаются как концентрация водо­родных и гидроксильных ионов.

Под влиянием реакции среды могут изменяться активность ферментов, характер обмена веществ клетки с окружающей средой, а также проницаемость клеточной оболочки для раз­личных веществ.

Разные микроорганизмы приспособлены к обитанию в сре­дах с различной реакцией. Некоторые из них лучше разви­ваются в кислой среде, другие - в нейтральной или слабоще­лочной. Для большинства плесневых грибов и дрожжей наибо­лее благоприятна слабокислая среда. Бактерии нуждаются в нейтральной или слабощелочной среде. Изменение реакции среды на микроорганизмы действует угнетающе. Повышение кислотности среды может вызвать гибель бактерий, особенно губительна повышенная кислотность для гнилостных бактерий.

Споры бактерий более устойчивы к изменениям реакции среды, чем вегетативные клетки.

Некоторые бактерии в процессе жизнедеятельности сами вырабатывают органические кислоты. Такие бактерии (напри­мер, молочнокислые) выносливее других, однако и они после накопления в среде определенного количества кислоты посте­пенно погибают.

Встречаются микроорганизмы, способные регулировать реакцию среды, доводя ее до нужного уровня путем выделения веществ, которые подкисляют или подщелачивают среду. К по­добным микроорганизмам относятся, например, дрожжи. Для них нормальной является кислая среда, в которой и протекает спиртовое брожение. Однако, если дрожжи попадают в слабо­щелочную или нейтральную среду, то вместо спирта они обра­зуют уксусную кислоту. После того как среда приобретет бла­гоприятную для дрожжей кислую реакцию, они начинают вы­рабатывать этиловый спирт.

На подавляющем действии реакции среды на гнилостные бактерии основаны такие методы консервирования пищевых продуктов, как квашение и маринование. При квашении (молоч­ных продуктов, овощей) в продукте развиваются молочнокис­лые бактерии, образующие молочную кислоту, которая подав­ляет жизнедеятельность гнилостных бактерий.

Для маринования в продукты (овощи, рыбу) добавляют уксусную кислоту, также препятствующую развитию гнилост­ных бактерий.

Однако в теплом помещении квашеные и маринованные продукты в негерметической упаковке продолжительное время храниться не могут, так как в них начнут развиваться плесне­вые грибки и дрожжи, для которых кислая среда является бла­гоприятной.

Химический состав среды

В жизнедеятельности микроорга­низмов химический состав среды играет важную роль, так как среди химических веществ, образующих среду и необходимых микроорганизмам, могут оказаться и ядовитые вещества. Эти вещества, проникнув в клетку, соединяются с элементами про­топлазмы, нарушают обмен веществ и губят клетку.

Ядовитое действие на микроорганизмы оказывают соли тя­желых металлов (ртути, серебра и др.), ионы тяжелых метал­лов (серебра, меди, цинка и др.), хлор, йод, перекись водорода, марганцевокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, окись углерода и углекислый газ, спирты, органические кислоты и другие вещества. В практике часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Такие вещества называются антисепти­ками (противогнилостными). Антисептики обладают различ­ным по силе бактерицидным действием. Эффективность приме­нения антисептиков в значительной мере зависит также от их концентрации и продолжительности действия, температуры и реакции среды.

Микроорганизмы способны привыкать к тому или иному ан­тисептику, если концентрация его в среде от безвредного уровня будет увеличиваться постепенно.

Антисептические вещества находят широкое применение в медицине и ветеринарии. С их помощью обеззараживают поме­щения, оборудование и инструменты. Обеззараживание поме­щений, оборудования и инструментов с помощью антисептиков называется дезинфекцией, а антисептические вещества, применяющиеся при этом, - дезинфицирующими. В качестве дезинфицирующих веществ применяют карболовую кислоту (фенол), формалин, раствор сулемы, хлорную известь, крезол, сернистый газ и другие. Дезинфекцию жидкими антисептиками проводят путем опрыскивания или протирания, а газообразны­ми - путем окуривания.

В пищевых и торговых предприятиях для дезинфекции ис­пользуют хлорную известь, которую применяют в виде водного раствора или в измельченном виде. Для обеззараживания (хло­рирования) питьевой воды применяют газообразный хлор или хлорную известь.

Некоторые антисептические вещества (уротропин, бура, бен­зойная кислота, сернистый газ) используют для консервирова­ния пищевых продуктов (овощей, плодов, икры и др.). Эти ве­щества берут в незначительных, безвредных для здоровья чело­века дозах.

Дым многих древесных пород содержит антисептические вещества (формальдегид, метиловый спирт, кислоты, ацетон, фенол и смолы), на этом основано консервирование мясных и рыбных товаров путем копчения.