9

1. “Вплив факторів зовнішнього середовища на
мікроорганізми”
Стабніков Віктор Петрович
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

2. ВПЛИВ ФАКТОРІВ ЗОВНІШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА НА
МІКРООРГАНІЗМИ
Умови довкілля мають велике значення для життєдіяльності
мікроорганізмів. Чим сприятливіші вони, тим інтенсивніше
розвиваються мікроби, і навпаки. Надлишок або брак вологи,
низька або висока температура, освітлення, радіоактивне
випромінювання, наявність поживних речовин тощо зумовлюють
відповідний темп розвитку мікробної клітини. Кожен організм для
свого індивідуального розвитку потребує тих же умов, при яких
протікав розвиток передуючих поколінь даного виду. Але,
розвиваючись у певних умовах довкілля прокаріоти
пристосовуються до них.
Цим і пояснюється той факт, що в південних широтах бактерії
можуть добре розвиватися при підвищеній температурі, у
північних - при пониженій, галофільні мікроорганізми - у
водоймищах з високим вмістом солей. Наприклад:

3. Термофіли здатні переносити високі
температури до 113 °C і знаходяться
навіть у воді гейзерів
Галофіли живуть у соляних
розчинах з вмістом NaCl 25-30%.
Вони знайдені в воді Мертвого моря з
вмістом мінеральних солей до 33%
Психрофіли здатні до розмноження
при порівняно низьких температурах
(-10 - +15 °C). Знайдено бактерії
навіть у глибині гренландського
крижаного щита

4. Термофіли, одні з екстремофілів, характеризуються яскравими
кольорами. Вони обумовлюють колір озера в Єлоустоунському
національному парку, США.
Дією різних чинників зовнішнього середовища на мікроорганізми
можна подавити їх життєдіяльність або визвати їх загибель.

5. Фактори зовнішнього середовища, що впливають на
життєдіяльність мікробів, підрозділяються на физичні,
хімічні і біологічні.
Фізичні фактори
До числа фізичних чинників, що чинять дію на
мікроорганізми, відносяться
•вологість середовища
•температура
•концентрація розчинених речовин в середовищі
•випромінювання
•електромагнітні хвилі
•ультразвук.

6. Вологість середовища.
У клітинах мікроорганізмів міститься до 85% води. Усі процеси обміну
речовин протікають у водному середовищі, тому розвиток і
розмноження мікроорганізмів можливо тільки в середовищі, що містить
достатню кількість вологі.
Розвиток зупиняється при вологості середовища
20 - 30% для бактерій
10-15 % для цвілевих грибів.
У висушеному стані мікроорганізми можуть зберігати життєздатність
впродовж тривалого часу. Особливо стійкі до висушування спори, які
зберігаються у висушеному стані багато років.
Наприклад, туберкульозні палички після висушування зберігають свою
життєздатність протягом кількох місяців, а спори сибірської виразки -
50 років і більше.

7. Температура
Всі мікроорганізми розвиваються у певних межах температури. При
цьому для кожного мікроорганізму існують таки три температурні
точки розвитку:
•мінімум – температура, нижче якої розвиток мікроорганізмів не
відбувається;
•оптимум – краща температура для розвитку мікроорганізмів;
•максимум – температура, вище якої розвиток мікроорганізмів не
відбувається.
По відношенню до температури мікроорганізми підрозділяються на такі
групи:
•психрофіли (холодолюбиві мікроорганізми) добре ростуть при низьких
температурах в межах від -10 до 25 °С;
•термофіли (теплолюбиві мікроорганізми) розвиваються при високих
температурах: мінімум не нижче 30, оптимум 55 - 65 °С, максимум
близько 70 - 80°С;
•мезофіли (середньо теплолюбиві) добре ростуть при невисокій
температурі, оптимальна 25 - 35°С. Багато збудників псування
харчових продуктів та збудники багатьох хвороб - мезофіли.

8. Мікроорганізми по-різному реагують на коливання температури.
Деякі з них дуже чутливі до відхилення температури від оптимальної
(багато бактерій, у тому числі хвороботворні), інші ж, навпаки, можуть
добре развиваться в широких температурних межах (багато пліснявих
грибів і деякі гнильні бактерії).
Високі температури. На згубному вплив високих температур
засновані багато прийомів знищення мікроорганізмів у харчових
продуктах: кип'ятіння, варіння, обсмажування, бланшування.
У харчовій промисловості використовують два способи впливу
високих температур на мікроорганізми: пастеризацію і стерилізацію.
Пастеризація — одноразове нагрівання рідин (здебільшого харчових
продуктів) до температури, яка нижче за температуру кипіння на
нетривалий час (від секунди до 30 хвилин), з метою
знищення бактерій, що містяться в цих рідинах. Метод
запропонований Луї Пастером у 1860-і роки та названий на його честь.

9. Стерилізацією називається повне звільнення будь-якого
продукту від живих мікроорганізмів або спор. Стерилізація означає
нагрівання продукту при тимпературе 120°С протягом 10-30
хвилин. Під час стерилізації, яка проводиться в спеціальних
автоклавах, гинуть усі мікроорганізми і їх спори. Стерилізовані
внаслідок цього продукти в герметичній тарі можуть зберігатися
роками.

10. Низькі температури.
Більшість мікроорганізмів не може розвиватися при температурі нижче
0 °С. При низькій температурі (нижче мінімальної) багато мікроорганізмів
гине. Проте багато мікроорганізмів можуть досить довго зберігати
життєздатність при зниженій температурі.
Охолодження харчових продуктів здійснюється при
температурі від +10 до - 2 о
С. Ріст мікроорганізмів лише
сповільнюється. Терміни зберігання нетривалі і залежать
від температури зберігання та вихідної контамінації
(обсіменіння) продукту психрофільними
мікроорганізмами: чим їх більше, тим менший термін
зберігання.
Заморожування харчових продуктів здійснюється при
температурі від -12 до -30 °С, при цьому швидко відмирає
значна частина мікроорганізмів, що знаходяться на них.
Але розвиток мікроорганізмів – психрофілів тільки
сповільнюється.

11. Концентрація розчинених речовин в середовищі.
Більшість мікроорганізмів можуть існувати в середах з невеликою
концентрацією розчинених речовин і має значну чутливість до її зміни.
Кухарську сіль використовують для
консервації риби, м'яса, овочів:
•3% солі в середовищі уповільнює
розмноження багатьох мікробів;
•10% солі пригнічує життєдіяльність
гнильних і молочнокислих бакте-рій,
припиняє розвиток багатьох збудників
харчових отруєнь. Галофіли можуть
викликати псування солоних продуктів.
Підвищення концентрації речовин в середовищі веде до
зростання осмотичного тиску і призводить до плазмолізу
та загибелі клітини. На згубній дії високих концентрацій
речовин на мікроорганізми заснована консервація
харчових продуктів кухарською сіллю та цукром.

12. Мікроорганізми гинуть також в
розчинах, що містять 60-70% цукру. За
допомогою цукру консервують ягоди,
фрукти. Консервуюча дія цукру
значно слабкіша, ніж кухарській солі,
тому при консервації цукром продукти
піддають ще нагріванню в герметично
закритій тарі.

13. Випромінювання.
Пряме сонячне світло за декілька хвилин або годин вбиває майже усі
бактерії. Тільки фототрофні мікроорганізми витримують вплив сонячної
радіації порівняно легко.
Бактерицидна (що вбиває бактерії) дія сонячного світла обумовлена
наявністю в нім ультрафіолетових променів (УФ) з довжиною хвилі 250-
260 нм. УФ промені поглинаються ДНК, РНК і білками та зумовлюють
зміни їхніх молекул, що призводить до пошкодження клітини.
Недоліком застосування ультрафіолетових променів є їх мала проникаюча
здатність, внаслідок чого їх можна застосовувати тільки для обробки
поверхні.
Штучні джерела УФ-променів -
бактерицидні лампи - широко
використовують для дезінфекції
повітря, холодильних камер,
лікувальних і виробничих
приміщень. УФ-промені
викликають також мутагенний
ефект.

14. Для обеззаражування очищених стічних вод
застосовують опромінювання УФ променями
замість обробки хлором та озоном. При
знезараження УФ випромінюванням
характерні нижчі, ніж при хлоруванні і, тим
більше, озонуванні експлуатаційні витрати.
На дію УФ випромінювання на мікроорганізми
не впливають рН і температура води; в
обробленій УФ випромінюванням воді не
виявляються токсичні і мутагенні з'єднання,
що роблять негативний вплив на біоценоз
водойм.
Але цей метод ефективний тільки при
наявності завислих речовин у воді до 2 мг/л.

15. Електромагнітні хвилі.
Проходження коротких (від 10 до 50 м) і ультракоротких (від 10 м до
міліметрів) електромагнітних хвиль через середовище викликає в ньому
виникнення змінних струмів високої (ВЧ) і надвисокої (НВЧ) частоти, які
швидко і рівномірно нагрівають це середовище. Вода в склянці під дією
таких струмів нагрівається до кипіння за 2-3 секунди.
Струмами НВЧ користуються для стерилізації продуктів при їх
консервації. Такий метод консервації не впливає на якість готового
продукту.
Ультразвук
(УЗ) – це механічні коливання з частотами більше 20 000 коливань в
секунду (20 кГц). Ефективність дії УЗ залежить від тривалості впливу,
хімічного складу опромінюваного середовища, температури, кількості
бактерій в об'єкті. Ведуться дослідження по застосуванню УЗ для
стерилізації питної води, харчових продуктів (молока, фруктових соків,
вин). Можливо використання ультразвукових коливань для
обеззаражування стічних вод.

16. Хімічні фактори
Серед хімічних факторів найбільше значення мають реакція середовища і
хімічні речовини.
Реакція середовища. Для кожного мікроорганізму існує своя
оптимальна зона рН, в межах якої він може розвиватися.
Більшість мікроорганізмів розвивається в нейтральному середовищі, (рН
близько 7), і відчуває пригнічення в більш кислому або більш лужному
середовищі.
Проте можуть бути лужнолюбиві і кислотолюбиві мікроорганізми.
Як загальну закономірність можна відзначити, що бактерії більше
тяжіють до нейтрального середовища, гриби – до слабокислого.
Мікроорганізми, які живуть в широкому діапазоні рН, зазвичай змінюють
свій обмін речовин в більш кислотних або лужних умовах.
У більш кислих умовах обмін речовин здійснюється таким чином, що в
середовище продукуються лужні речовини, що нейтралізують
кислотність. У більш лужних умовах багато мікроорганізмів продукують
кислоти, що зменшують лужність середовища.

17. Мікроорганізми, які добре розвиваються в лужному середовищі (рН від
8.5 і вище), алкаліфільними.
Мікроорганізми, які краще ростуть у кислому середовищі (рН 4 і нижче),
ацидофільними.
Знаючи відношення мікроорганізмів до реакції середовища і регулюючи
рН, можна пригнічувати або стимулювати їх розвиток, що має велике
практичне значення.
Несприятливий вплив кислого середовища на гнилісні мікроорганізми
використовується при зберіганні деяких харчових продуктів в
маринованому і квашеному вигляді.
При маринуванні до продукту додають оцтову кислоту.
При квашенні дають можливість розвиватися молочнокислим
бактеріям, які утворюють молочну кислоту і перешкоджають розвитку
гнильних бактерій.

18. Хімічні речовини.
Залежно від хімічного складу, концентрації, температури, тривалості дії,
виду мікроорганізму, хімічні речовини можуть чинити на мікроорганізми
стимулюючу, бактеріостатичну (пригнічуючу) і бактерицидну (викликає
загибель мікробів) дію. Речовини, які діють на мікроби токсично,
називають антисептиками, їх дуже широко використовують проти різних
шкідливих мікроорганізмів.
Антисептичні та дезінфікуючі речовини поділяють за хімічною будовою:
1. Неорганічні сполуки: галогени і галогеномісткі сполуки, окисники,
кислоти, луги, сполуки важких металів.
2. Органічні сполуки:
а) ароматичного ряду: група фенолу, барвники;
б) аліфатичного ряду: альдегіди, спирти, детергенти (поверхнево-активні
речовини);
в) антибіотики для зовнішнього застосування (мікроцид, новоіманін),
фітонциди, ефірні олії.

19. Хімічні речовини - хлорне вапно (суміш двуосновної солі гіпохлориту
кальцію, Ca(ClO)2, хлориду та гідроксиду кальцію - CaCl2 та Ca(OH)2),
гіпохлориту натрію (NaOCl) та газоподібний хлор широко
використовують для обробки питної води та очищених стічних вод з
метою знищення в них патогенних бактерій.
Хлор і його сполуки мають активну протимікробну дію широкого
спектра. Хлор у концентрації 0,02 мг/л викликає загибель різних
мікробів. Механізм бактерицидної дії хлору пов'язаний з його взаємодією
з білками цитоплазми мікроорганізмів. У молекулі білка хлор заміщує
атом водню, зв'язаний з азотом, у результаті порушується утворення
вторинної структури білка.
Деякі антисептичні речовини (уротропін, бензойна кислота, сірчистий
газ) використовують для консервування харчових продуктів (овочів,
плодів). Ці речовини беруть в незначних, нешкідливих для здоров'я
людини дозах.

20. У природних субстратах (ґрунт, водойми, рослинні та тварини
залишки, харчові продукти) мікроорганізми існують як складні
асоціації, усередині яких складаються різноманітні взаємини. Умовно
всі форми взаємин мікроорганізмів можна поділити на декілька
типів:
• симбіоз
• метабіоз
• паразитизм
• антагонізм.
Симбіоз - взаємно корисне співіснування організмів різних видів.
Прикладом є співжиття молочнокислих бактерій і дріжджів. Бактерії
утворюють молочну кислоту, яка підкислює середовище, створюючи
сприятливі умови для росту дріжджів. Останні синтезують ростові
речовини, необхідні для розвитку бактерій.
Біологічні фактори

21. Симбіотичні взаємовідносини встановлюються між
клубеньковими бактеріями і бобовими рослинами.
Використовуючи готові органічні речовини рослин,
клубенькові бактерії натомість забезпечують їх азотистими
речовинами, що синтезуються з азоту повітря.

22. Метабіоз - використання продуктів життєдіяльності одних мікробів
іншими. Наприклад, амоніфікатори розкладають білки з утворення NН3,
який використовується нітрифікуючими бактеріями.
Відносини метабіозу сприяють швидкому псуванню квашених і солоних
овочів, кисломолочних продуктів, якщо вони зберігаються відкритими.
Молочнокислі бактерії продукують молочну кислоту, її споживають
плісневі гриби і готують, таким чином, субстрат для гнильних бактерій.
Паразитизм - форма взаємовідносин, коли один з організмів
розвивається за рахунок іншого. Прикладом паразитизму можуть
служити взаємовідносини між бактеріофагами і бактеріями.
Бактеріофаги, живлячись речовинами живих бактерій, руйнують їх.
Антагонізм - це такі взаємовідносини, при яких один вид
мікроорганізмів пригнічує ріст і розвиток інших видів. На використанні
антагонізму між молочнокислими і гнильними мікробами засновано
квашення овочів, квашення молока. І. Мечників запропонував
використати молочнокислі бактерії для боротьби з гнильними
бактеріями, що мешкають у кишечнику людини і продуктами своєї
життєдіяльності постійно отруюють його.

23. Конкурентоспроможність в антагоністичних взаємовідносинах у деяких
мікроорганізмів знаходиться в тісній залежності від їх здатності
продукувати і виділяти в середу мешкання особливі речовини, сильно
пригноблюючі інші види - антибіотики("анти" - проти, "биос" - життя).
Перший антибіотик – пеніцилін – був відкритий англійським
мікробіологом А.Флемингом у 1929 р.
Характерною властивістю
антибіотиків є їх вибірковість, що
полягає в тому, що кожен з них діє
тільки на певну групу мікроорганізмів.
Є і такі, спектр дій, яких досить
широкий.
Антибіотики використовуються для
лікування великого числа інфекційних
захворювань як людей, так і тварин.
Крім того, в сільському господарстві
окремі антибіотики використовуються
як стимулятори росту тварин.
Антибіотики

24. При багаторазовому надходженні з їжею навіть у дуже малих
кількостях антибіотиків в організмі людини можуть з'явитися стійкі
форми хвороботворних мікроорганізмів за рахунок витіснення
антибіотиками корисних мікроорганізмів з нормальної мікрофлори
шлунково-кишкового тракту.
Для консервування харчових продуктів дозволено використовувати
спеціальні антибіотики, що не застосовуються у медицині, наприклад,
нізин, який пригнічує ріст стафілококів, анаеробних термофільних
спорових бактерій – збудників псування консервів і пресервів.
Дозволяється використання лише деяких антибіотиків (ністатину і
біоміцину) і тільки в обмежених випадках (транспортування на далекі
відстані сирих продуктів, наприклад м'яса, риби). Допустимий вміст
антибіотиків у продукті чітко регламентується і потрібно повне
руйнування його в процесі звичайної теплової кулінарної обробки.

25. Антибіотики - фітонциди виробляються також багатьма рослинами
Фітон (по-грецьки рослина - phyton) і цідо (caedo - вбиваю, лат.).
Фітонциди представляють собою не окремі речовини, а комплекси
з'єднань. Деякі з них отримані у чистому хімічно вигляді.
Ведуться дослідження з практичного використання фітонцидів для
консервації харчових продуктов.
В часнику міститься аліцин Рафинін міститься в насінні
редису

26. Речовини антибіотичного характеру виробляються і тваринними
організмами. До таких речовин відносяться лізоцим. Він міститься
в слині, сльозах, у травному тракті виноградного равлика