как и какие факторы внешней среды влияют на микроорганизмы
Внешняя среда микроорганизмов
Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы
Изменение условий внешней среды оказывает воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды могут ускорять или подавлять развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.
К факторам среды, оказывающим наиболее заметное действие на микроорганизмы, относятся влажность, температура, кислотность и химический состав среды, действие света и других физических факторов.
Влажность
Микроорганизмы могут жить и развиваться только в среде с определенным содержанием влаги. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов, для нормального осмотического давления в микробной клетке, для сохранения ее жизнеспособности. У различных микроорганизмов потребность в воде не одинакова. Бактерии относятся в основном к влаголюбивым, при влажности среды ниже 20 % их рост прекращается. Для плесеней нижний предел влажности среды составляет 15%, а при значительной влажности воздуха и ниже. Оседание водяных паров из воздуха на поверхность продукта способствует размножению микроорганизмов.
При снижении содержания воды в среде рост микроорганизмов замедляется и может совсем прекращаться. Поэтому сухие продукты могут храниться значительно дольше продуктов с высокой влажностью. Сушка продуктов позволяет сохранять продукты при комнатной температуре без охлаждения.
Некоторые микробы очень устойчивы к высушиванию, некоторые бактерии и дрожжи в высушенном состоянии могут сохраняться до месяца и более. Споры бактерий и плесневых грибов сохраняют жизнеспособность при отсутствии влаги десятки, а иногда и сотни лет.
Температура
Температура — важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:
Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.
Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.
При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С — через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.
Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.
При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.
Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.
Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.
Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах — автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.
Реакция среды
Концентрация соли и сахара
Поваренная соль и сахар издавна используются для повышения стойкости продуктов к микробной порче и лучшей сохранности пищевых продуктов.
Повышение содержания растворенных веществ (соли или сахара) в питательной среде сказывается на величине осмотического давления внутри микроорганизмов, вызывает их обезвоживание. При повышении концентрации поваренной соли в субстрате более 3-4 % размножение многих, в том числе гнилостных, микроорганизмов замедляется, при концентрации более 7-12% — прекращается.
Некоторые микроорганизмы нуждаются для своего развития в высоких концентрациях соли (20 % и выше). Их называют солелюбивыми, или галофилами. Они могут вызывать порчу соленых продуктов.
Высокие концентрации сахара (выше 55-65 %) прекращают размножение большинства микроорганизмов, это используется при приготовлении из плодов и ягод варенья, джема или повидла. Однако эти продукты тоже могут подвергаться порче в результате размножения осмофильных плесеней или дрожжей.
Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмов. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия. Воздействие этих лучей применяют при тепловой обработке продуктов. Негативное воздействие на микроорганизмы могут оказывать электромагнитные поля, ионизирующие излучения и другие физические факторы среды.
Химические факторы
Некоторые химические вещества способны оказывать на микроорганизмы губительное действие. Химические вещества, обладающие бактерицидным действием, называют антисептиками. К ним относятся дезинфицирующие средства (хлорная известь, гипохлориты и др.), используемые в медицине, на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.
Некоторые антисептики применяются в качестве пищевых добавок (сорбиновая и бензойная кислоты и др.) при изготовлении соков, икры, кремов, салатов и других продуктов.
Биологические факторы
Между различными микроорганизмами могут устанавливаться разные взаимоотношения: симбиоз- взаимовыгодные отношения; метабиоз — жизнедеятельность одного за счет другого без принесения вреда; паразитизм — жизнедеятельность одного за счет другого с причинением ему вреда; антагонизм — один из видов микроорганизмов угнетает развитие другого, что может привести к гибели микробов. Например, развитие молочнокислых бактерий угнетает рост гнилостных, эти антагонистические взаимоотношения используют при квашении овощей или для поддержания нормальной микрофлоры в кишечнике человека.
Антагонистические свойства некоторых микроорганизмов объясняются способностью их выделять в окружающую среду вещества, обладающие антимикробным (бактериостатическим, бактерицидным или фунгицидным) действием, — антибиотики. Антибиотики продуцируются в основном грибами, реже бактериями, они оказывают свое специфическое действие на определенные виды бактерий или грибов (фунгицидное действие). Антибиотики применяются в медицине (пенициллин, левомицетин, стрептомицин и др.), в животноводстве в качестве кормовой добавки, в пищевой промышленности для консервирования пищевых продуктов (низин).
Антибиотическими свойствами обладают фитонциды — вещества, обнаруженные во многих растениях и пищевых продуктах (лук, чеснок, редька, хрен, пряности и др.). К фитонцидам относятся эфирные масла, антоцианы и другие вещества. Они способны вызывать гибель патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий.
В яичном белке, рыбной икре, слезах, слюне содержится лизоцим — антибиотическое вещество животного происхождения.
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
1.1.6. Влияние внешних факторов на микроорганизмы
Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов находятся в прямой зависимости от условий внешней среды: чем благоприятнее условия, тем быстрее развиваются микроорганизмы (рис. 1.14). Регулируя условия существования микроорганизмов, можно управлять их жизнедеятельностью и даже подвергать их селекции.
Высушивая продукт, предохраняют его от микробиальной порчи. Метод лиофильной сушки (вакуум при низкой температуре) широко используется с целью сохранения культур, высушивания живых вакцин.
Метод нагревания выше температурного максимума также дает положительные результаты, поскольку каждый вид микроорганизмов может существовать в определенном температурном диапазоне. Различают три группы по приспособленности к температурному режиму (табл. 1.2).
Видная роль в изучении групп микроорганизмов принадлежит А. А. Имшенецкому, Е. Н. Мишустину, Б. Л. Исаченко и др. Эти ученые не ограничились разработкой только теоретической стороны проблемы явления термофилии, и их исследования имели важное практическое значение.
Таблица 1.2
Температурные диапазоны микроорганизмов
Рентгеновские и гамма-лучи действуют на микроорганизмы, минусом является их малая активность, поэтому необходимо применять очень высокие дозы. Механические воздействия, ультразвук способствуют разрушению бактерий.
Изменяя реакцию среды, можно добиться изменения состава микрофлоры продукта, изменения микробиологических процессов. Так в кислой среде не развиваются гнилостные микроорганизмы, зато дрожжи увеличивают выход этилового спирта. Эти примеры указывают на важное практическое значение при соответствующем использовании достижений науки.
Внесение некоторых химических веществ, называемых антисептическими, в небольших концентрациях приводит к угнетению деятельности микробов. Это соляная, серная кислоты, едкий натр, хлор, ром, йод, фенол и некоторые другие. На мясоперерабатывающих предприятиях чаще всего используют хлорную воду 1 2%. Перспективной группой дезинфицирующих веществ являются поверхностно-активные вещества, относящиеся к четвертичным соединениям и амфолитам, обладающие бактерицидными, моющими свойствами и низкой токсичностью (ниртан, амфолан и др.).
Еще И. И. Мечников заметил, что одни микробы способны угнетать другие за счет выделения специфических веществ, тормозящих развитие антагонистов и приводящих их к гибели. Эти вещества называют антибиотиками. В настоящее время их выделено достаточно большое количество, изучено и промышленное производство поставлено на широкую ногу. Отрицательной стороной использования антибиотиков является привыкание к ним и развитие толерантности.
Для борьбы с возбудителями некоторых заболеваний используются бактериофаги вирусы, паразитирующие на бактериях. Хотя бактериофаги открыли почти 100 лет назад, однако они незаслуженно отодвинуты и редко применяются. По-настоящему применяют их только в Грузии, где подбором фагов, специфичных для каждого микроба, занимается институт. В России в больницах до сих пор применяют бактериофаги, но не занимаются их подбором. Между тем и бактерии, и фаги постоянно изменяются под влиянием различных условий. В этом и состоит неудобство применения фагов, хотя некоторое время назад фаги широко использовались в отечественной медицине и ветеринарии.
В науке постоянно открываются все новые свойства микроорганизмов, история их возникновения и этапы эволюции.
Температура. Все микробы имеют максимальную, оптимальную и минимальную температуру своего развития. Оптимальная температура для большинства микробов 25-35 °С. Поэтому продукты в этих условиях быстро портятся.
Максимальная температура (45-50 °С) также приостанавливает размножение микробов. Дальнейшее повышение ведет к гибели.
Влажность. Повышенная влажность увеличивает количество растворимых питательных веществ, следовательно, способствует питанию и развитию микробов. Поэтому пищевые продукты, содержащие большое количество влаги (молоко, мясо, рыба, овощи, плоды), быстро портятся. Надежным способом сохранения продуктов от порчи является их сушка.
Свет. Прямой солнечный луч губит микробы, в том числе и болезнетворные. Губительны ультрафиолетовые лучи солнца и специальных ламп БУ В, используемых для дезинфекции воды, воздуха.
Химические вещества. Многие химические соединения губительно действуют на микробы и используются для их уничтожения. Так, хлорную известь применяют для дезинфекции рук.
ЛЕКЦИЯ. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ИХ В ПРИРОДЕ
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Микрофлора тела человека. На коже человека и во внутренних органах постоянно обитают микробы. В результате общения с природой и с людьми у человека происходит «обменивание» микрофлорой. В организм человека микробы поступают с пищей, водой, из воздуха.
Несмотря на большое многообразие окружающей микрофлоры, у каждого человека имеет место индивидуальная специфичность ее.
Очень многообразна микрофлора полости рта. Температура, влажность, щелочная реакция слюны, остатки пищи — все это благоприятствует развитию различных микроорганизмов. Во рту много микрококков, стрептококков, стафилококков, вибрионов, спирохет, палочек, дрожжей и др. У больных людей, бактерионосителей обнаруживаются туберкулезная палочка, дифтерийная палочка, менингококки и др. Обильно обсеменены микробами зубной налет, зубы, пораженные кариесом, миндалины.
Ежедневная чистка зубов на ночь и утром, полоскание рта после приема пищи, здоровые зубы — все это убережет человека от многих заболеваний.
Органы дыхания постоянной микрофлоры не имеют и полностью зависят от содержания микробов во вдыхаемом воздухе.
Микрофлора желудочно-кишечного тракта обильна и многообразна. Ежедневно человек выделяет из кишечника сотни миллиардов микроорганизмов. В кишечнике постоянно обитают кишечная палочка, некоторые кокки, протеи и многие другие сапрофиты. У больных и бактерионосителей обнаруживают дизентерийную и брюшнотифозную палочки, сальмонеллы и др. Поэтому все работники общественного питания систематически подвергаются обследованию на бактерионосительство.
Руки человека загрязняются микробами из окружающей среды (воздух, предметы) и со всех других частей тела. На руках обнаруживаются различные микробы опасные для здоровья человека, вызывающие дизентерию, брюшной тиф, гепатит, сальмонеллез и др. Наличие на руках кишечной палочки свидетельствует о низкой санитарной культуре человека, не соблюдающего санитарные правила личной гигиены (не моет руки перед едой, перед приготовлением пищи, после туалета), о неудовлетворительных санитарно-гигиенических условиях труда и быта.
Поддержание нормального состояния здоровья, чистота рук, всего тела, ротовой полости необходимы для всех людей, особенно работников общественного питания.
Лекция.Пищевые вещества и их значение.
Питание — процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ (нутриентов), необходимых для покрытия пластических и энергетических нужд организма, образования его физиологически активных веществ.
Различают питание естественное и искусственное (клиническое парентеральное и зондовое энтеральное). Выделяют также лечебное и лечебно-профилактическое питание.
Естественное питание имеет многие национальные, ритуальные особенности, привычки, моду.
Биологическая ценность животных белков выше, чем растительных (например, у белков пшеницы 52—65 %). Усвояемость белков животного происхождения составляет в среднем 97 %, а растительных — 83—85 %, что зависит также и от кулинарной обработки пищи.
Считают, что при биологической ценности белков смешанной пищи не менее 70 % людей имеют белковый минимум в сутки 55—60 г. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85—90 г белка в сутки (не менее 1 г белка на 1 кг массы тела). У детей, беременных и кормящих грудью женщин эти нормы выше (см. далее).
Л и п и д ы поступают в организм человека в составе всех видов животной, а также растительной пищи, особенно ряда семян, из которых для пищевых целей получают многие виды растительных жиров.
Биологическая ценность пищевых липидов определяется наличием в них незаменимых жирных кислот, способностью переваривания и всасывания в пищеварительном тракте (усвоения). Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93—98 %, говяжий — на 80—94 %, подсолнечное масло — на 86—90 %, маргарин — на 94—98 %.
Основное количество углеводов поступает в организм в виде полисахаридов растительной пищи. После гидролиза и всасывания углеводы используются для удовлетворения энергетических потребностей. В среднем за сутки человек принимает 400— 500 г углеводов, из которых 350—400 г составляет крахмал, 50— 100 г моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.
Витамины должны быть непременным компонентом пищи. Нормы их потребности зависят от возраста, пола, вида трудовой деятельности, ряда других факторов
Большое физиологическое значение макро- и микроэлементов определило обязательные нормы их потребления для разных групп населения.
Лекция Особенности питания детей и подростков.
Теоретические основы питания
Каждый организм сочетает в себе биохимические признаки, характерные только для него, и признаки, общие для данной биологической группы (вид, род, семейство). Это значит, что нет идеальной диеты (диета — рацион и режим питания), если она рассчитывается на весь вид, даже при учете возраста, пола, климата, вида трудовой деятельности. Каждому человеку необходим индивидуальный набор компонентов рациона (рацион — порция пищи на определенный срок), отвечающий индивидуальным особенностям его обмена веществ. Однако на современном этапе развития науки и практики индивидуальный рацион питания внедрить нельзя. Для оптимизации питания людей объединяют на однородные по большому числу признаков группы. Полагают, что разнообразие рационов позволяет человеку самому отбирать необходимые ему вещества, поэтому смешанный рацион создает возможности для приспособления питания к индивидуальным биохимическим особенностям обмена веществ.
Потребности организации питания, недостаточность конкретных знаний об «идеальном» или даже рациональном питании вынуждают рекомендовать некие усредненные нормы и принципы питания, в основе которых лежат соответствующие теории.
В питании детей важное значение имеют легкоусвояемые углеводы, источником которых являются фрукты, ягоды, соки, молоко, сахар, печенье, конфеты, варенье. Количество Сахаров должно составлять 25% общего количества углеводов. Однако избыток углеводов в питании детей и подростков приводит к нарушению обмена веществ, ожирению, снижению устойчивости организма к инфекциям.
В связи с процессами роста потребность в витаминах у детей повышена.
Особое значение в питании детей и подростков имеют витамины A, D как факторы роста. Источниками этих витаминов служат молоко, мясо, яйца, рыбий жир. В моркови, помидорах, абрикосах содержится провитамин А — каротин. Витамин С с витаминами групп В стимулирует процесс роста, повышает сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям.
Минеральные вещества в детском организме обеспечивают процесс роста и развития тканей, костной и нервной системы, мозга, зубов, мышц. Особое значение имеют кальций и фосфор.
Режим питания детей и подростков.
Соблюдение режима питания детей и подростков имеет большое значение для усвоения организмом пищевых веществ. Детям дошкольного возраста рекомендуют принимать пищу четыре раза в день, через каждые 3 ч, в одно и то же время, распределяя рацион питания следующим образом: завтрак — 25 %, обед — 35 %, полдник — 15 %, ужин — 25 %.
Четырехразовый режим питания школьников и учащихся ПУ устанавливают в зависимости от распорядка занятий. Для младших школьников завтраки организуют во вторую перемену, а для старших — в третью.
1. Основные принципы питания.
2. Режим питания.
3. Последствия недостаточного потребления пищевых веществ.
Влияние условий внешней среды на микроорганизмы
Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от среды их обитания. Чем благоприятнее условия жизни, тем интенсивнее развиваются микроорганизмы, и наоборот, чем условия менее благоприятны, тем медленнее происходит их развитие.
Знание основных условий взаимодействия между средой и микроорганизмами позволяет разработать мероприятия по успешной борьбе с ним или по эффективному использованию микроорганизмов в производственных процессах. Регулируя условия внешней среды, можно не только управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, но и вызвать у них желаемые изменения, получить новые, более полезные формы микроорганизмов.
На развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.
Физические факторы
К физическим факторам относятся температура, влажность среды, концентрация в ней растворенных веществ, осмотическое давление, свет.
Температура. Это один из главных факторов, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов. Каждый из видов микроорганизмов может развиваться лишь при определенных пределах температуры. Для одних видов микроорганизмов эти пределы сравнительно узки, для других — относительно широки (десятки градусов).
Наименьшая температура, при которой еще могут развиваться микроорганизмы, называется минимальной. Температура, при которой развитие микроорганизмов идет наиболее интенсивно, называется оптимальной. Наивысшая температура, при которой еще происходит развитие микроорганизмов, называется максимальной. При переходе температурных условий за границы минимальной и максимальной температур развитие микроорганизмов прекращается. При понижении температуры вплоть до глубокого замораживания происходит замедление и прекращение их жизнедеятельности. Однако после размораживания при повышении температуры до оптимальной микробы вновь начинают размножаться. Поэтому в замороженных и оттаявших или охлажденных и вновь нагревшихся молочных продуктах может происходить интенсивное размножение микроорганизмов, приводящее к быстрой порче продуктов. При повышении температуры выше максимальной микроорганизмы погибают. Температура, при которой происходит гибель микроорганизма, называется смертельной.
Для временного прекращения или замедления микробиологических процессов при транспортировании и хранении молочные продукты охлаждают и замораживают, для уничтожения нежелательной микрофлоры — нагревают до высоких температур.
Основными методами термической обработки молока являются пастеризация и стерилизация. В процессе пастеризации погибает значительная часть живых клеток микроорганизмов, но остаются споры и термостойкие бактерии. При стерилизации уничтожаются все микроорганизмы, в том числе и споры.
По отношению к температуре микроорганизмы обычно разделяют на следующие группы: психотрофные, мезофильные и термофильные.
Мезофильные микроорганизмы развиваются при средних температурах. Температурный минимум для них 0—10 °С, оптимум 25—35 °С, максимум 40—50 °С. Эта группа микроорганизмов наиболее широко распространена в природе. В нее входит большинство микроорганизмов, встречающихся в молоке и молочных продуктах, — мезофильные молочнокислые стрептококки и палочки, бактерии группы кишечной палочки, уксуснокислые, маслянокислые и пропионовокислые бактерии, дрожжи и др.
Термофильные микроорганизмы развиваются при повышенной температуре. Температурный минимум их развития 25—30 °С, оптимум 50—60 °С, максимум 70—80 °С. Отдельные виды этих бактерий не размножаются при температуре ниже 45 °С, хотя некоторые из них могут развиваться и при 25 °С. Из этой группы в молоке наиболее часто встречаются термофильные молочнокислые стрептококки и палочки, а также споровые бактерии.
Указанные температурные границы развития для разных групп микроорганизмов установлены в условиях, когда микроорганизм размножался в чистой культуре. В природе и в производственных условиях одни микроорганизмы обычно развиваются вместе с другими. В этих случаях температурные границы развития для отдельных микроорганизмов могут заметно изменяться. Так, термофильные молочнокислые палочки, которые в чистой культуре при 30 °С развиваются очень медленно, при совместном развитии с мезофильными молочнокислыми стрептококками размножаются достаточно интенсивно, что часто приводит к возникновению в молочных продуктах порока — излишняя кислотность.
Влажность среды. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75—85 % воды. Питательные вещества поступают в клетку с водой, с ней же удаляются из клетки продукты ее жизнедеятельности. Вода поддерживает необходимое натяжение клеточной оболочки. Поэтому развитие микробов возможно только при наличии в субстрате определенного количества доступной для них воды. С уменьшением влажности субстрата интенсивность размножения микробов понижается, а при удалении влаги из него (ниже определенного уровня) совсем прекращается. Развитие бактерий приостанавливается обычно при влажности среды около 25 %, плесеней — около 15 %.
В высушенном состоянии жизнедеятельность микроорганизмов обычно заметно не проявляется, но она сохраняется в течение длительного времени. Особенно устойчивы споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы. Увлажнение высушенных продуктов при хранении и транспортировании ведет к их порче в результате возобновления развития оставшихся микроорганизмов.
В молочной промышленности влагу из молока и молочных продуктов удаляют отжиманием (масло, творог), сепарированием (творог), выпариванием (сгущенное молоко), высушиванием (сухое молоко). Удаление влаги отжиманием микроорганизмы переносят лучше, чем выпариванием или сушкой. Это объясняется тем, что в первом случае концентрация оставшейся влаги не изменяется и в ней микроорганизмы могут попрежнему развиваться. При выпаривании и высушивании повышается концентрация веществ в оставшейся влаге и соответственно повышается осмотическое давление, что неблагоприятно сказывается на развитии микроорганизмов.
Концентрация растворенных в среде веществ. Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно невысокой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям. Повышение концентрации веществ в среде приводит к нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к прекращению жизнедеятельности клетки или ее гибели. Некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнедеятельность в условиях повышенной концентрации растворенных веществ длительное время. Плесени переносят повышение концентрации веществ, как и другие неблагоприятные воздействия среды, лучше, чем бактерии.
Губительное воздействие на микроорганизмы среды с высокой концентрацией веществ используется в молочной промышленности при консервировании молочных продуктов солью и сахаром. При содержании в среде поваренной соли до 3 % замедляется развитие некоторых микроорганизмов. При концентрации в продукте около 5 % соли полностью подавляется жизнедеятельность молочнокислых, а при 10 % — гнилостных бактерий. Малоустойчивы к воздействию поваренной соли многие возбудители пищевых заболеваний, например сальмонеллы и бациллы ботулизма. Зато коагулазоположительные стафилококки более устойчивы по отношению к соли, чем молочнокислые бактерии.
Концентрация соли в молочных продуктах редко достигает величин, способствующих полному подавлению развития микроорганизмов, однако в какойто мере она, безусловно, играет роль консерванта (соленое масло, творожные изделия, сыры).
Жизнедеятельность микроорганизмов замедляется также при концентрации в среде сахара (60—70 %). Этот способ консервирования применяют при производстве сгущенного молока с сахаром, в котором концентрация сахара достигает 63,5—64 %. Однако консервирующее действие сахара и при этих концентрациях не всегда оказывается полным, поэтому его сочетают с одновременным нагреванием продукта в процессе производства.
Свет. Прямой солнечный свет губителен для большинства микроорганизмов, рассеянный свет лишь подавляет их развитие. Особенно чувствительны к воздействию света болезнетворные микроорганизмы. Внутрь молока и молочных продуктов свет не проникает.
Наиболее активной частью солнечного света являются ультрафиолетовые лучи. Специальные бактерицидные лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, используют для стерилизации воздуха производственных помещений (заквасочные отделения, микробиологические боксы и т. д. Если лампы включены, люди не должны находиться в помещении. При обработке ультрафиолетовыми лучами молока (в тонком слое) отмечается ухудшение его вкусовых и снижение питательных свойств.
Химические факторы
К химическим факторам относятся реакция и окислительно-восстановительные условия среды, наличие в ней необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов веществ, а также веществ, подавляющих их развитие, присутствие кислорода воздуха.
Реакция среды. Степень кислотности или щелочности среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Большинство бактерий лучше развивается при нейтральной, дрожжи и плесени — при кислой реакции среды. В молоке и молочных продуктах чаще всего протекают процессы, в результате которых реакция среды становится кислой. Это происходит в результате развития молочнокислых бактерий, вырабатывающих молочную кислоту.
Окислительно-восстановительные условия среды. Эти условия характеризуются способностью среды восстанавливать или окислять находящиеся в ней вещества, в результате чего может изменяться направление брожения и образование конечных его продуктов. Так, в закваске для масла аромат образуется только в том случае, если закваска обладает слабыми восстанавливающими свойствами.
При активном размножении микроорганизмов в молоке накапливаются восстановительные ферменты (так называемые редуктазы) и оно приобретает способность к восстановлению веществ. Если к такому молоку добавить вещество, цвет которого при восстановлении меняется, то по скорости обесцвечивания можно косвенно определить примерное количество микроорганизмов. Это свойство используют в молочной промышленности для определения обсемененности сырого молока микробами. В качестве веществ, подвергающихся восстановлению, при проведении редуктазной пробы применяют метиленовый голубой и резазурин.
Вещества, необходимые для развития микроорганизмов. Молоко является прекрасной средой для развития многих микроорганизмов. В нем имеются необходимые для питания азотистые соединения (белки, пептоны, пептиды, аминокислоты), витамины, лактоза (молочный сахар) как основной энергетический материал, молочный жир, который некоторые микроорганизмы также способны использовать в качестве энергетического материала.
Из всей микрофлоры молока и молочных продуктов наибольшие требования к наличию питательных веществ в молоке предъявляют молочнокислые бактерии. Многие из них нуждаются в наличии свободных аминокислот и витаминов. Содержание этих веществ может меняться под влиянием ряда факторов — периода года, лактации, кормления животных.
Потребности в источниках питания у молочнокислых бактерий могут меняться в зависимости от стадии их развития. Так, молочнокислые палочки в начале своего размножения в среде нуждаются в наличии дополнительных питательных веществ (аминокислот, витаминов). В дальнейшем они способны разлагать белок молока на составные части и получать необходимые аминокислоты и полипептиды самостоятельно. Молочнокислые стрептококки обладают меньшей способностью к протеолизу белков молока, но в начале своего развития требуют меньшего содержания аминокислот и витаминов. В целом протеолитическая активность молочнокислых бактерий в молоке сравнительно невелика, однако для самих микроорганизмов она имеет очень большое значение.
Способность молочнокислых бактерий к разложению казеина, т. е. к добыванию питательных веществ, определяет возможность их активного развития в молоке и энергичного кислотообразования. Установлено, что культуры молочнокислых палочек и стрептококков, обладающие более высокой протеолитической активностью (способностью к разложению казеина), накапливают в молоке больше кислоты. При совместном развитии молочнокислых бактерий с другими микроорганизмами, например дрожжами, уксуснокислыми бактериями, способными к протеолизу белка и синтезу витаминов, происходит активизация жизнедеятельности молочнокислых бактерий.
Белки молока служат для молочнокислых бактерий не только источником необходимых питательных веществ, но оказывают на них и определенное защитное воздействие, связывая образующуюся молочную кислоту. Этим объясняется тот факт, что по мере обогащения продуктов белком повышается способность молочнокислых бактерий сбраживать лактозу. Так, если в молоке молочнокислые стрептококки могут перерабатывать лишь около 1 % молочного сахара, то при производстве творога его сбраживается уже до 2 %. При развитии молочнокислых стрептококков предельная кислотность сыворотки достигает 70-80 °С, молока 120, творога около 200 °С и выше.
Вещества, подавляющие развитие микроорганизмов. Среди химических веществ в среде могут оказаться и ядовитые вещества. Проникнув в клетку, они соединяются с элементами цитоплазмы, нарушают обмен веществ, клетка гибнет. На микроорганизмы оказывают ядовитое воздействие соли тяжелых металлов (ртути, серебра и пр.), хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, углекислота, спирты, органические кислоты, антибиотики и другие соединения.
В молочной промышленности часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Этиловый спирт применяют для обработки микробиологических инструментов и материалов при культивировании кефирных грибков, кислоты и щелочи — для мойки оборудования молочной промышленности. Хлорсодержащие (хлорная известь, гипохлориты) и йодсодержащие (йодофор) соединения оказывают сильное бактерицидное (убивающее воздействие на микроорганизмы. Четырехзамещенные аммонийные соединения относятся к поверхностно-активным веществам, некоторые из которых обладают, активным бактерицидным действием.
Перекись водорода уничтожает значительную часть (до 85 %) микрофлоры молока, разлагаясь при этом. Остатки перекиси водорода разрушаются в молоке при добавлении к нему фермента каталазы. Однако введение любых посторонних химических веществ в молоко нежелательно, поэтому перекись водорода не находит широкого применения в молочной промышленности.
Кислоты, образующиеся в молоке, или добавленные в него, оказывают сильное угнетающее воздействие на многие микроорганизмы. Молочная кислота, накапливающаяся в результате молочнокислого брожения, подавляет развитие многих микроорганизмов, вызывающих порчу молока и молочных продуктов, в первую очередь гнилостных. Добавление сорбиновой кислоты к молочным продуктам — плавленым сырам, молочным консервам, творогу — задерживает развитие плесени.
Диоксид углерода оказывает заметное подавляющее воздействие на развитие плесеней.
Антибиотики — это вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами (плесенями — пенициллин, актиномицетами; бактериями), которые подавляют развитие других микроорганизмов. Эти вещества широко применяют в медицине для лечения многих заболеваний. Широко применяют антибиотики и в ветеринарии, в частности, при лечении маститов. Антибиотики в течение периода их применения и нескольких дней после этого выделяются вместе с молоком из вымени животного. Антибиотики могут попадать в молоко также при скармливании коровам кормов, предназначенных для других животных, например свиней. В такие корма они вводятся специально. Молоко, содержащее антибиотики, на предприятия молочной промышленности не сдают. Наличие антибиотиков в молоке приводит к нарушению процесса сквашивания при производстве заквасок, сыров и кисломолочных продуктов.
Микроорганизмы молока проявляют различную чувствительность по отношению к антибиотикам, содержащимся в молоке. Термофильные молочнокислые палочки и стрептококки примерно в 10 раз более чувствительны по отношению к антибиотикам, чем мезофильные молочнокислые стрептококки. Коагулазоположительные стафилококки проявляют по отношению к антибиотикам значительно большую устойчивость, чем молочнокислые стрептококки.
В молоко могут попадать и другие вещества, применяемые в ветеринарии, — формалин, хлорная известь и др. Они также оказывают подавляющее воздействие на молочнокислые бактерии и вредны для здоровья человека. Все эти вещества, включая антибиотики, называют ингибирующими. Для их определения, применяют специальные методы, основанные на использовании чувствительных микроорганизмов.
Биологические факторы
В природе и в производственных условиях микроорганизмы никогда не развиваются в чистой культуре. Развитие одного вида микробов протекает обычно одновременно с развитием других видов. Под влиянием совместного развития с другими микроорганизмами у микроба данного вида могут изменяться отдельные важные свойства — отношение к температуре, питательным веществам, способность к образованию тех или иных продуктов обмена и т. д.
Взаимоотношения между микроорганизмами при их совместном развитии носят разнообразный характер. В микробиологии говорят о симбиозе, если два или более различных вида микроорганизмов развиваются в совместной культуре и способствуют взаимному развитию. Часто микроорганизмы при совместном развитии приобретают способность к развитию в условиях, в которых каждый в отдельности не может развиваться. Примером симбиотических взаимоотношений между представителями микрофлоры молока является кефирный грибок, в котором совместно развиваются несколько видов молочнокислых бактерий, дрожжи, уксуснокислые бактерии. Симбиотический характер носят взаимоотношения молочнокислых бактерий и дрожжей, применяемых при производстве молочных продуктов, молочнокислых и уксуснокислых бактерий, между разными видами молочнокислых бактерий, например, между некоторыми видами стрептококков и палочек.
Если взаимная польза не выражена столь отчетливо, но сожительство не приносит вреда микроорганизмам, то говорят о комменсализме. Примером может служить нормальная микрофлора кишечника человека.
Между микроорганизмами очень распространены взаимоотношения, когда жизнедеятельность одних микробов способствует развитию других, расщепляя, например, недоступные для них продукты на более простые или образуя необходимые для них соединения. Этот тип взаимоотношений называют метабиозом.
Между микроорганизмами распространены также антагонистические взаимоотношения, когда продукты жизнедеятельности одного вида микробов неблагоприятно действуют на другой или даже вызывают его гибель. Случаи антагонизма могут сводиться к потреблению одним микробом питательных веществ, необходимых другому, выделению одним микробом продуктов обмена, вредных для развития другого, выделению одним микробом специфических веществ, убивающих другие микроорганизмы. Например, молочная кислота, являющаяся продуктом обмена молочнокислых бактерий, оказывает резкое угнетающее воздействие на гнилостные, болезнетворные и другие микроорганизмы молока.
Специфические вещества, выделяемые микроорганизмами и оказывающие губительное воздействие на другие, называются антибиотиками. Среди молочнокислых бактерий имеются виды, образующие специфические антибиотические вещества, угнетающие развитие ряда микроорганизмов. Так, ацидофильные бактерии вырабатывают вещества, подавляющие развитие возбудителей дизентерии и брюшного тифа, дрожжи, сбраживающие лактозу, туберкулезную палочку, некоторые мезофильные молочнокислые стрептококки вырабатывают антибиотическое вещество низин, угнетающий развитие маслянокислых, а также некоторых молочнокислых бактерий.
Среди микроорганизмов встречаются также паразитические взаимоотношения, когда один микроорганизм использует для питания живые вещества другого. Примером паразитизма может служить развитие бактериофага в бактериальной клетке.
Наследственность и изменчивость микроорганизмов
Природа микроорганизмов — их потребности, свойства и признаки — исторически сложилась в определенных условиях внешней среды. У микроорганизмов, как и у высших организмов. из поколения в поколение наследуются специфические свойства и признаки; от родителей к потомкам передается генетический материал — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называют наследственностью.
Каждый микроорганизм для своего роста и развития нуждается в определенных условиях, в которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида. Если микроорганизм не встречает нужных ему условий, он погибает или приспосабливается к необычным для него условиям. При этом организм изменяется. Вначале вновь приобретенное свойство обычно бывает неустойчивым и утрачивается при возвращении организма к прежним условиям. При длительном сохранении условий, вызывающих изменение, вновь приобретенное свойство закрепляется и начинает передаваться новым поколениям — становится наследственным.
Под воздействием сильнодействующих факторов (лучистой энергии, ядовитых веществ и т. д.) наследственные изменения могут возникать значительно быстрее; происходят глубокие изменения свойств, получаются так называемые мутанты.
Наследование приобретенных новых свойств возможно, лишь когда произойдут изменения в генном аппарате клетки — хромосоме, т. е. когда изменится структура ДНК, в которой записана генетическая информация.
Для микроорганизмов, особенно бактерий, характерна легкая приспособляемость к условиям внешней среды. Быстрота их размножения дает возможность получать большое количество поколений за сравнительно короткое время. Под влиянием внешних условий меняются многие свойства микроорганизмов, но одни из них изменяются легче, другие значительно труднее. Сравнительно легко у микробов меняется способность к сбраживанию отдельных углеводов, приобретается устойчивость по отношению к антибиотикам и дезинфицирующим веществам. С другой стороны, привыкание к повышенным температурам развития происходит медленно.
В ряде производств, связанных с получением биологически активных веществ — ферментов, антибиотиков, широко ведется работа по искусственному получению высокопроизводительных культур микроорганизмов с измененными в нужном направлении свойствами. Большое значение имеют специально выведенные культуры некоторых болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевание (авирулентные расы). Такие культуры служат для изготовления живых вакцин, используемых при предохранительных прививках против соответствующих заразных болезней.
Для молочной промышленности представляет большой интерес получение новых форм молочнокислых бактерий — мутантов, обладающих повышенной энергией кислотообразования, способностью вырабатывать ароматические вещества (диацетил), устойчивостью по отношению к антибиотикам и т. д.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.