Влияние факторов внешней среды

НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов, как и других живых существ, находятся в тесной зависимости от среды их обитания.

Происходящие в окружающей среде изменения так или иначе отражаются на микроорганизмах. Они могут способствовать развитию микробов, подавлять их развитие и даже привести к гибели. Может произойти изменение свойств микроорганизмов и направленность вызываемых ими биохимических процессов. Развитие микроорганизмов в свою очередь изменяет среду: в нее выделяются продукты их жизнедеятельности, из нее микроорганизмы берут необходимые для жизни вещества.

Зависимость развития микроорганизмов от условий среды можно определять путем измерения прироста живой массы – биомассы – в культуре за определенный промежуток времени.

Прирост биомассы плесневых грибов чаще определяют взвешиванием. отмытой от субстрата и отжатой сырой грибницы или грибницы, высушенной до постоянной массы. Интенсивность развития гриба оценивают и по увеличению размера его колонии, растущей на плотной питательной среде.

Прирост биомассы бактерий и дрожжей определяется обычно путем подсчета клеток (в см³ или в г субстрата), образующихся в результате размножения микроорганизмов за определенное время.

Если не добавлять питательные вещества и не удалять конечные продукты обмена, то при попадании (или посеве) бактерий на питательный субстрат развитие их во времени подчиняется известной закономерности. Отмечается несколько сменяющих друг друга в определенной последовательности стадий (фаз) развития (рис. 22), в течение которых изменяются скорость размножения, морфологические, физиологические и биохимические свойства бактерий.

В начальной стадии (рис. 22, участок кривой а) – фазе задержки роста (лагфаза¹) – бактерии, попав в новую среду, некоторое время не размножаются, как бы приспосабливаясь к ней. Клетки увеличиваются -в размере, в них возрастает содержание белка и РНК.

¹От англ. lag – отставание, запаздывание.

По мере приспособления бактерии начинают размножаться со всевозрастающей скоростью. Затем в течение определенного периода размножение идет с максимальной и характерной для каждого вида и данной среды постоянной скоростью. Этот период (рис. 22, участок кривой б) называется л о -гарифм и ческой или экспоненциальной фазой роста. Большинство клеток молодые, активные; в среде накапливается большое количество продуктов их жизнедеятельности. Показателем скорости размножения бактерий в этой стадии развития принята продолжительность генерации (g), т. е. время, за которое число клеток удваивается. Время генерации является величиной, характерной для данного вида и конкретных условий; оно может быть выражено уравнением:

где В – начальное количество бактерий в единице объема (массы) субстрата;

b – число бактерий через время t.

К концу логарифмической фазы число клеток достигает максимума и наступает максимальная стационарная фаза развития (рис. 22, участок кривой в), когда в течение некоторого времени число живых клеток остается более или менее постоянным. Число образующихся новых клеток соответствует примерно числу отмерших.

Наконец наступает фаза отмирания (рис. 22, участок кривой г), когда все большее число клеток теряет жизнеспособность и погибает. Это наступает вследствие истощения питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий.

Длительность отдельных фаз развития может значительно колебаться у разных бактерий и у бактерий одного и того же вида в зависимости от условий их роста.

Изучение влияния условий среды на микроорганизмы дает возможность выявить условия, ограничивающие или исключающие рост возбудителей порчи и отравлений на продуктах питания.

Регулируя условия существования, можно управлять развитием, подавлять или, наоборот, интенсифицировать биохимическую деятельность микроорганизмов.

Факторы или условия внешней среды, влияющие на развитие микробов, могут быть подразделены на четыре основные группы: физико-химические, физические, химические и биологические.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Влажность среды

Влажность среды оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75–85 % воды; с водой поступают питательные вещества в клетку и удаляются из нее продукты жизнедеятельности. Микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, имеющих свободную воду и не ниже определенного уровня. С понижением влажности субстрата (в пределах, допускающих развитие микробов) интенсивность размножения микробов

Рис. 22. Кривая роста бактериальной культуры:

а – лагфаза; б – логарифмическая фаза; в – стационарная фаза; г – фаза отмирания

Таблица 2

	Количество бактерий, тыс. на при температуре, °С	1 г мяса.
Срок исследования	2,2–3,3		,2–10,0
	влажного
	(мытого)		(мытого)	сухого
До хранения.....
После хранения в те-
чение:
24 ч........
48 ч.........				__,
72 ч........			Гниение
96 ч........	Посторонний запах			Посторонний запах

падает, а при удалении из субстрата влаги ниже необходимого уровня прекращается совсем (табл. 2).

Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. По величине минимальной потребности во влаге для роста различают следующие микроорганизмы: гидрофиты – влаголюбивые, мезофиты–средне-влаголюбивые и ксерофиты – сухолюбивые. Бактерии в преобладающем большинстве гидрофиты. Многие плесневые грибы и дрожжи мезофиты, но имеются гидрофиты и ксерофиты.

Для развития микроорганизмов имеет значение не абсолютная величина, а доступность содержащейся в субстрате воды, которую в настоящее время принято выражать термином «водная активность», или a_w.

Водная активность показывает отношение давления водяных паров раствора (субстрата) Ρ и чистого растворителя (воды) Р₀ при одной и той же температуре: a_w = P/Po· Водная активность выражается величинами от 0 до I¹ и характеризует относительную влажность субстрата.

Рост микроорганизмов наблюдается при значениях a_w от близких к 1,0 и примерно до 0,65–0,61. Оптимальное значение a_w.– 0,99–0,98; примерно в этих пределах находится a_w скоропортящихся пищевых продуктов (мяса, рыбы, плодов).

Большинство бактерий не развивается при a_w субстрата ниже 0,94–0,90.

Для дрожжей предельная величина a_w – 0,88–0,85, а для плесеней – 0,8. Однако некоторые дрожжи и плесени (преимущественно виды рода Aspergillus) растут, хотя и медленно, при a_w субстрата 0,75–0,62.

¹ 0–a_w абсолютно обезвоженного вещества; 1–a_w дистиллированной воды.

Таким образом, водная активность пищевых продуктов оказывает существенное влияние на их устойчивость в хранении. Продукты, у которых a_w менее 0,7, могут длительно сохраняться без микробной порчи. Перспективно с точки зрения увеличения срока хранения скоропортящихся продуктов искусственное снижение в них водной активности, т. е. создание продуктов с «промежуточной влажностью». Снижение a_w может быть достигнуто добавлением в продукт способных связывать воду веществ, которые в малых количествах не оказывают побочного влияния на качество продукта.

Эксперименты показали, что обработка поверхности охлажденной говядины 1 %-ным раствором NaCl или его смесью с 1 %-ным раствором глицерина снижает a_w говядины с 0,997 до 0,918, т. е. до уровня a_w, значительно тормозящего развитие бактерий, являющихся основными возбудителями порчи охлажденного мяса. Срок хранения говядины при 2 °С увеличивался при этом на несколько дней.

Издавна применяется хранение различных пищевых продуктов в сухом виде. Сухие продукты всегда содержат более или менее значительное количество различных микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные формы.

В высушенном состоянии многие микроорганизмы сохраняются жизнеспособными в течение длительного времени. Например, брюшнотифозные бактерии, многие стафилококки и микрококки, молочнокислые бактерии могут сохраняться в сухом виде неделями и месяцами, а уксуснокислые бактерии отмирают быстро. Устойчивы к высушиванию многие дрожжи, и особенно споры бактерий и плесневых грибов; в высушенном состоянии споры сохраняют способность к прорастанию в течение десятков лет. Увлажнение сухих продуктов в период хранения выше известного предела влечет за собой их порчу вследствие развития сохранившихся на них микроорганизмов.

Для сохранения сухих продуктов без порчи большое значение имеют относительная влажность и температура воздуха при хранении.

Продукты в связи с их гигроскопичностью могут отдавать или поглощать влагу. Между влажностью воздуха и влажностью продукта устанавливается определенное подвижное равновесие. При одной и той же относительной влажности воздуха различные продукты могут иметь разную равновесную влажность, т. е. влажность, установившуюся при данной относительной влажности воздуха. Так, сушеные овощи, которые хранились при относительной влажности воздуха 75 % и на которых при этом наблюдалось развитие плесеней (по данным С. А. Колесник), имели влажность: картофель–10%, свекла – 14, лук – 21, морковь – 26 %.

Влагосодержание в продуктах, равновесное 70%-ной относительной влажности воздуха, является нижним критическим пределом, до которого возможен рост микроорганизмов.

Большинство бактерий способно развиваться в субстратах лишь при их влажности, равновесной относительной влажности воздуха не ниже 95–90%. Для дрожжей минимум влаги в субстрате соответствует 90–85 % относительной влажности воздуха, для большинства плесеней – 80, а для некоторых ксерофитных видов пределом является относительная влажность воздуха 75–65 %.

способствует значительно лучшему сохранению их качества (витаминов, вкусовых и пищевых достоинств). Однако микроорганизмы хорошо переносят такое высушивание и даже после многолетнего пребывания в этом состоянии сохраняют жизнеспособность. Поэтому к продуктам, подвергающимся такому высушиванию, следует предъявлять строгие санитарно-гигиенические требования.