Химический состав микроорганизмов

По составу веществ клетки микроорганизмов мало чем отличаются от клеток животных и растений. В них содержится 75-85% воды, остальные 16-25% составляет сухое вещество. Вода в клетке находится в свободном и в связанном состоянии. Связанная вода входит в состав коллоидов клетки (белки, полисахариды и др.) и с трудом высвобождается из них. Свободная вода участвует в химических реакциях, служит растворителем для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена веществ.

Сухое вещество клетки состоит из органических и минеральных веществ.

Если содержание сухого вещества принять за 100%, то на долю минеральных веществ приходится 2-14%, остальная часть сухого вещества представлена органическими соединениями:

белки - до 52%,

полисахариды - до 17%,

нуклеиновые кислоты (РНК до 16%, ДНК до 3%),

липиды – до 9%

Эти соединения входят в состав различных клеточных структур микроорганизмов и выполняют важные физиологические функции. В клетках микроорганизмов находятся и другие вещества - органические кислоты, их соли, пигменты, витамины и др.

Контрольные вопросы

1. Что такое тургор?

2. Что такое диссимиляция?

3. Какие микроорганизмы называются автотрофными?

4. Что такое осмос?

5. Какие микроорганизмы называются факультативными?

6. Что такое плазмолиз?

7. в каких процессах участвуют липазы?

8. Какое количество воды входит в состав микроорганизмов?

9. Какие микроорганизмы называются паразитами?

10. Какие микроорганизмы называются анаэробными?

ТЕМА 3. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Жизнедеятельность микробов находится в зависимости от условий окружающей среды. Создавая те или иные условия в среде, где развиваются микроорганизмы, можно способствовать развитию полезных и подавлять жизнедеятельность вредных микробов. Большинство пищевых продуктов по химическому составу представляют собой благоприятную питательную среду для различных микроорганизмов. Поэтому очень важно обратить внимание на то, что пищевые продукты могут хорошо сохраняться только при создании неблагоприятных условий для развития в них вредных микробов.

Оптимум- величина, при которой лучше всего проявляются отдельные функции микроорганизма и его жизнедеятельность в целом. Максимум и минимум - верхний и нижний пределы величины фактора, выше и ниже которой жизнедеятельность микроорганизмов почти не проявляется. Пороговый эффект - неожиданно, без каких бы то ни было предупреждающих сигналов, следующее, даже небольшое изменение во влиянии фактора внешней среды может оказаться критическим.

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Влияние температуры

Температура — один из главных факторов, определяющих развитие микроорганизмов. Интервал между максимальными и минимальными значениями у разных микроорганизмов неодинаков. Например, пределы температуры развития плесневых грибов составляют от – 8ºC до 60ºC, т.е. интервал составляет почти 70ºC, тогда как у других он равен всего 1—2ºC. В зависимости от оптимальной температуры развития микробы подразделяются на группы.

Психрофилы - холодолюбивые микроорганизмы, хорошо растут при относительно низких температурах. Для них характерны: минимум (-10 - 0°С), оптимум (10-15°С), максимум (около 30°С). К ним относятся микробы, обитающие в почве полярных стран, в северных морях, на охлажденных и замороженных продуктах.

Мезофилы - микроорганизмы, для которых температурный минимум лежит около 5-10ºС, оптимум - около 25-35ºС, максимум - в пределах 40-50ºС. Представители этой группы чаще остальных вызывают порчу пищевых продуктов, хранящихся без охлаждения.

Термофилы - теплолюбивые микроорганизмы, лучше развиваются при относительно высоких температурах. Для них характерны: минимум (около 30°С), оптимум ( 50-65°С), максимум ( 70-80°С), а для некоторых и более. Обитают они в некоторых почвах, пищеварительном тракте животных, горячих источниках, в почве южных широт.

Влияние высоких температур. Температуры, превышающие максимальные, действуют на микробы губительно. Высокие температуры микроорганизмы переносят значительно хуже, чем низкие. Более устойчивы к нагреванию термофилы, обладающие повышенной термоустойчивостью.

Термоустойчивость - это способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития. Термоустойчивость связана с наличием у микроорганизмов спор. Наиболее термоустойчивыми являются споры бактерий. На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также пастеризация и стерилизация.

Стерилизация - это процесс полного уничтожения микроорганизмов, в том числе и спорообразующих, под действием высоких температур. Существует много приемов и методов стерилизации. Чаще всего ее проводят в специальных котлах-автоклавах. За счет герметизации и накапливания образующегося при нагреве пара в них создается повышенное давление и температура кипения воды повышается. При избыточном давлении в 0,5 атм. температура равна 112°С, 1 атм. - 121°С и т. д. Существуют различные способы стерилизации: термическая- кипячением, прокаливанием в пламени, горячим воздухом, насыщенным паром под давлением (автоклавирование), текучим паром; холодная- фильтрованием (через фильтры, которые задерживают бактерии). Стерилизацией пользуются при производстве мясных, рыбных, овощных и крупяных консервов и т. д.

Пастеризация - это нагревание продукта чаще при температуре 63-80ºС в течение 20-40 мин. Иногда пастеризацию проводят кратковременным (в течение нескольких секунд) нагреванием до температуры 90-100°С. При пастеризации погибают не все микроорганизмы. Некоторые термоустойчивые бактерии, а также споры многих бактерий остаются живыми. В связи с этим пастеризованные продукты следует немедленно охлаждать до температуры не выше 10°С и хранить на холоде, чтобы задержать прорастание спор и paзвитие сохранившихся клеток. Пастеризуют молоко, вино, пиво, икру, фруктовые соки и некоторые другие продукты.

Влияние низких температур. К низкой температуре микроорганизмы более устойчивы. Несмотря на то, что размножение и биохимическая aктивность микробов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибель самих клеток чаще всего не наступает, они переходят в состояние анабиоза («скрытой жизни»). В таком состоянии многие микроорганизмы, и особенно их споры, остаются жизнеспособными длительное время. При повышении температуры споры прорастают в вегетативные клетки и начинают активно размножаться. Низкие температуры используют для сохранения скоропортящихся продуктов. Их хранят либо в охлажденном состоянии - при температуре от 10°С до -2°С, либо в замороженном виде - при температуре от -12 до -30°С. При охлаждении продуктов лучше, чем при замораживании, сохраняются их натуральные свойства, однако рост на них микроорганизмов не исключается, а лишь замедляется, поэтому сроки хранения таких продуктов непродолжительны. Гибель микроорганизмов при замораживании в основном обусловлена температурой и скоростью замораживания. Особенно для микробов губительно медленное замораживание. При хранении замороженных продуктов развитие в них микроорганизмов исключительно, поэтому они сохраняются доброкачественными значительно дольше, чем охлажденные. Губительно действуют на микроорганизмы повторное замораживание и оттаивание.

Влияние влажности среды

Влажность среды оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов. Вода входит в состав из клеток (до 85%) и поддерживает тургорное давление в них. Минимальная влажность среды, при которой возможно еще развитие бактерий, равна 20-30%, а для многих плесеней 11-13%, а в отдельных случаях даже 6% (хлопковое волокно). Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. Различают микроорганизмы гидрофиты - влаголюбивые, мезофиты - средневлаголюбивые и ксерофиты - сухолюбивые. Бактерии и дрожжи в преобладающем большинстве гидрофиты.

В связи с замедлением жизнедеятельности бактерий при высушивании сушку применяют как средство консервирования зерновых, крупяных товаров, мяса, рыбы, фруктов, овощей и др. Сухие продукты всегда coдepжат более или менее значительное количество различных микроорганизмов. В высушенном состоянии они хотя и не проявляют своей жизнедеятельности, но многие сохраняют жизнеспособность в течение более или менее длительного времени. Например, брюшнотифозные и туберкулезные бактерии, многие стафилококки могут сохраняться в сухом виде неделями и месяцами, высушенные молочнокислыe бактерии сохраняются жизнеспособными годами (отсюда возможность применять сухие молочные закваски). Для сохранения сухих продуктов без порчи большое значение имеют относительная влажность, температура и соблюдение товарного соседства между продуктами при хранении, так как продукты, богатые влагой, легко ее теряют, а сухие обладают способностью поглощать влагу. Широко применяется метод леофильной сушки молочнокислыx заквасок и других культур микроорганизмов. Высушивание ведется при температуре ниже нуля. При этом микроорганизмы не гибнут, а переходят в анабиотическое состояние, в котором могут находиться продолжительное время. Одним из методов консервирования пищевых продуктов является сублимация- обезвоживание при низкой температуре и высоком вакууме, которое сопровождается испарением воды, быстрым охлаждением и замораживанием. Образовавшийся в продукте лед легко возгоняется, минуя жидкую фазу. Продолжительность сохранения пищевых продуктов более - 2 лет. Сублимационная сушка обеспечивает сохранение всех сахаров, витаминов, ферментов и других компонентов. Высушивание в вакууме при низкой температуре не убивает бактерии и вирусы.