Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмов

Одесский  Национальный  Экономический   Университет

Индивидуальная работа

По курсу: «Микробиология»

На тему: «Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы»

 

 

 

 

 

    Жизнь микробов протекает в непрерывном взаимодействии с условиями внешней среды. Микробиология имеет много фактов, доказывающих возможность получения под влиянием воздействия факторов среды новых форм с новыми свойствами и управления процессами, вызываемыми микроорганизмами.

   Такое взаимодействие между микробами и средой представляет исключительный практический интерес, так как, зная факторы, способствующие развитию микробов или подавляющие их развитие, мы можем в значительной степени регулировать жизнедеятельность микробов в своих интересах.

      Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на жизнедеятельность микробов, можно разделить на три группы: 1) физические (влажность, температура, свет, концентрация растворенных в воде веществ); 2) химические (реакция среды, окислительно-восстановительные условия, действие различных веществ); 3) биологические (антагонизм между микробами, симбиоз, антибиотики, витамины, фаги).

 

Влажность

 При относительной  влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства  бактерий прекращается. Время их  отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион –  за 2 суток, а микобактерии –  за 90 суток). Поэтому высушивание  не используют как метод элиминации  микробов с субстратов. Особой  устойчивостью обладают споры  бактерий.

 Широко  распространено искусственное высушивание  микроорганизмов, или лиофилизация. Метод включает быстрое замораживание  с последующим высушиванием под  низким (вакуумом) давлением (сухая  возгонка). Лиофильную сушку применяют  для сохранения иммунобиологических  препаратов (вакцин, сывороток), а также  для консервирования  и длительного  сохранения культур микроорганизмов. 

 Влияние  концентрации растворов на рост  микроорганизмов опосредовано изменением  активности воды как меры доступной  для организма воды. И если  содержание солей вне клетки  окажется выше их концентрации  в клетке, то вода будет выходить  из клетки. Угнетение патогенных  бактерий хлористым натрием обычно  начинается при его концентрации  около 3%.

 

Температура

Это один из важнейших факторов внешней среды. Все микроорганизмы могут развиваться  только в определенных  пределах  температуры.

Наиболее  благоприятная для микроорганизмов  температура называется оптимальной. Она находится между крайними температурными уровнями – температурным  минимумом (низшей температурой) и температурным  максимумом (высшей температурой), при  которых еще возможно развитие микроорганизмов.

Так, для  большинства сапрофитов температурный  оптимум составляет около 30°С, температурный  минимум 10°С, максимум 55°С. Следовательно, при охлаждении среды до температуры  ниже 10°С или при нагревании ее свыше 55°С развитие сапрофитных микроорганизмов  прекращается. Этим объясняется, что  сапрофиты вызывают быструю порчу  пищевых продуктов в теплое время  года или в теплом помещении.

Для других микроорганизмов температурный  оптимум может быть значительно  ниже или выше. В зависимости от того, в каких пределах находится  оптимальная для микробов температура, все они подразделяются на три  группы: психрофилы, термофилы и  мезофилы.

Психрофилы (хладолюбивые микроорганизмы) хорошо развиваются при сравнительно низких температурах. Для них оптимум  составляет около 10°С, минимум от - 10 до 0°С и максимум около 30°С. К психрофилам  относятся некоторые гнилостные бактерии и плесени, вызывающие порчу  продуктов, хранящихся в холодильниках  и ледниках.

Психрофильные микроорганизмы живут в почве  полярных районов и водах холодных морей.

Термофилы (теплолюбивые микроорганизмы) имеют температурный  оптимум примерно в 50°С, минимум  около 30°С и максимум в пределах 70-80°С.

Такие микроорганизмы обитают в горячих водных источниках, самосогревающихся массах сена, зерна, навоза и т. д.

Мезофилы  лучше всего развиваются при  температуре около 30°С (оптимум). Температурный  минимум для этих микроорганизмов  составляет 0-10°С, а максимум доходит  до 50°.

Мезофилы  представляют наиболее распространенную группу микроорганизмов. К этой группе относится большинство бактерий, плесневых грибов и дрожжей. Возбудители  многих заболеваний также являются мезофилами.

Микроорганизмы  по-разному реагируют на колебания  температуры. Некоторые из них очень  чувствительны к отклонению температуры  от оптимальной (многие бактерии, в  том числе болезнетворные), другие же, наоборот, могут хорошо развиваться  в широких температурных пределах (многие плесневые грибы и некоторые  гнилостные бактерии). Следует заметить, что грибы вообще менее требовательны  к условиям среды, чем бактерии.

Понижение температуры  от точки оптимума на микроорганизмах  сказывается значительно слабее, чем повышение ее к максимуму.

Падение температуры  ниже минимума обычно не приводит микробную  клетку к гибели, а замедляет или  приостанавливает ее развитие. Клетка переходит в состояние анабиоза, т. е. скрытой жизнедеятельности, наподобие  зимней спячки многих животных организмов. После повышения температуры  до уровня, близкого к оптимальному, микроорганизмы вновь возвращаются к нормальной жизнедеятельности.

Некоторые плесневые  грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после продолжительного воздействия  температуры - 190°С. Споры некоторых  бактерий выдерживают охлаждение до - 252°С.

Однако далеко не всегда микроорганизмы сохраняют  жизнеспособность после воздействия  низких температур. Клетка может погибнуть  вследствие нарушения нормальной структуры  протоплазмы и обмена веществ. Особенно неблагоприятно для микробной клетки многократное замораживание и оттаивание.

Низкие температуры  широко применяются в практике хранения продовольственных товаров. Продукты хранят в охлажденном (от 10 до 2°С) и  замороженном (от 15 до 30°С) состоянии.

Сроки хранения охлажденных продуктов не могут  быть продолжительными, так как развитие на них микроорганизмов не прекращается, а только замедляется.

Замороженные  продукты сохраняются более продолжительное  время, поскольку развитие на них  микроорганизмов исключено. Однако после оттаивания такие продукты могут быстро испортиться вследствие интенсивного размножения сохранивших  жизнеспособность микроорганизмов.

Повышение температуры  от точки оптимума оказывает резкое влияние на микроорганизмы. Нагревание свыше температурного максимума  приводит к быстрой гибели микробов. Большинство микроорганизмов погибает при температуре 60-70°С через 15-30 минут, а при нагревании до 80-100°С - в течение  от нескольких секунд до 3 минут.

Споры бактерий выдерживают нагревание до 100° в  течение нескольких часов. Для уничтожения  спор прибегают к нагреванию до 120°  в течение 20-30 минут.

Причиной  гибели микроорганизмов при нагревании является, главным образом, свертывание  белковых веществ клетки и разрушение ферментов.

Губительное действие высоких температур используется при консервировании продуктов  путем пастеризации и стерилизации.

Пастеризация  представляет собой нагревание продукта при температуре от 63 до 75°С в  продолжение 30-10 минут (длительная пастеризация) или от 75 до 93°С в течение нескольких секунд (короткая пастеризация). В результате пастеризации уничтожается большинство  вегетативных клеток микробов, а споры  остаются живыми. Поэтому пастеризованные  продукты надо хранить на холоде, чтобы  предотвратить прорастание спор. Пастеризации подвергают молоко, вино, фруктовые, овощные соки и другие продукты.

Стерилизация  означает нагревание продукта при температуре 120°С в течение 10-30 минут. Во время  стерилизации, которая проводится в  специальных автоклавах, погибают все  микроорганизмы и их споры. Вследствие этого стерилизованные продукты в герметической таре могут сохраняться  годами.

Стерилизация  применяется при изготовлении мясных, рыбных, молочных, фруктовых и других консервов.

 

Излучения

Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные  виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для  дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.

УФ-лучи (в  первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют  на нуклеиновые кислоты. Микробицидное  действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью  воды и стекла.

Рентгеновское и  g-излучение в больших дозах  также вызывает гибель микробов. Облучение  вызывает образование  свободных  радикалов, разрушающих нуклеиновые  кислоты и белки с последующей  гибелью микробных клеток.  Применяют  для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.

Микроволновое излучение применяют для быстрой  повторной стерилизации длительно  хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

 

Ультразвук

 Определенные  частоты ультразвука при искусственном  воздействии способны вызывать  деполимеризацию  органелл микробных  клеток, под действием ультразвука  газы, находящиеся в жидкой среде  цитоплазмы, активируются и внутри  клетки возникает высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву  клеточной оболочки и гибели  клетки. Ультразвук используют для  стерилизации пищевых продуктов  (молока, фруктовых соков), питьевой  воды.

 

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.

 

Давление

 Бактерии  относительно мало чувствительны  к изменению гидростатического  давления. Повышение давления до  некоторого предела не сказывается  на скорости роста обычных  наземных бактерий, но в конце  концов начинает препятствовать  нормальному росту и делению.  Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм.

 В условиях  глубокого вакуума субстрат высыхает  и жизнь невозможна.

 

Фильтрование

 Для удаления  микроорганизмов применяют различные  материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают  эффективную элиминацию микроорганизмов  из жидкостей и газов. Фильтрацию  применяют для стерилизации жидкостей,  чувствительных к температурным  воздействиям, разделения микробов  и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения  вирусов.

Действие  химических веществ. Химические вещества могут оказывать различное действие на микроорганизмы: служить источниками  питания; не оказывать какого-либо влияния; стимулировать или подавлять  рост. Химические вещества, уничтожающие микроорганизмы в окружающей среде, называются дезинфицирующими. Антимикробные  химические вещества могут обладать бактерицидным, вирулицидным, фунгицидным  действием и т.д.

 

Действие химических веществ. Химические вещества, используемые для дезинфекции, относятся к различным группам, среди которых наиболее широко представлены вещества, относящиеся к хлор-, йод- и бромсодержащим соединениям и окислителям.

Антимикробным действием обладают также кислоты  и их соли (оксолиновая, салициловая, борная); щелочи (аммиак и его соли).

Стерилизация – предполагает полную инактивацию микробов в объектах, подвергшихся обработке.

Дезинфекция — процедура, предусматривающая обработку загрязненного микробами предмета с целью их уничтожения до такой степени, чтобы они не смогли вызвать инфекцию при использовании данного предмета. Как правило, при дезинфекции погибает большая часть микробов (в том числе все патогенные), однако споры и некоторые резистентные вирусы могут остаться в жизнеспособном состоянии.