Химические вещества

Среди химических веществ могут быть такие, которые способны задерживать развитие микроорганизмов и даже

вызывать их гибель.

Вещества, губительно действующие на микроорганизмы, называют антисептиками. Характер действия их разнообразен. Одни подавляют жизнедеятельность или задерживают размножение чувствительных к ним микробов, такое действие называют бактериостатическим (в отношении бактерий) или фунгистатическим (в отношении мицелиальных грибов). Другие вещества вызывают гибель мик­роорганизмов, оказывая на них бактерицидное или фунги-цидное действие. В очень малых дозах многие химические яды оказывают даже благоприятное действие, стимулируя размножение или биохимическую активность микробов.

Помимо концентрации, эффективность действия химических веществ на микроорганизмы зависит от природы ве­щества, биологических особенностей микроорганизма, про­должительности воздействия на него, температуры, состава и рН среды.

Чувствительность различных микроорганизмов к одно­му и тому же антисептику неодинакова. Споры устойчивее вегетативных клеток.

Из неорганических соединений наиболее сильнодействущими являются соли тяжелых металлов. Ионы некоторых тяжелых металлов, золота, меди и особенно серебра присутствуют в растворах в ничтожно малых концентрациях, не поддающихся непосредственному определению, оказывают тем не менее губительное действие на микроорганиз­мы. Это специфическое действие называется олигодинами-чсским (оИ§оз — малый, ашатез — сила). Олигодинамические свойства серебра можно использовать для дезинфекции питьевой воды. Различные препараты серебра и посеребрен­ные материалы применяют в медицинской практике.

Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый ка­лий); минеральные кислоты (сернистая, борная, фтористоводородная).

Воздействуют на микроорганизмы сероводород, окись углерода, сернистый газ.

Многие органические соединения ядовиты для микробов. В различной степени губительно воздействие' фенолов, альдегидов, особенно формальдегида, спиртов, некоторых органических кислот (салициловая, уксусная, бензойная, сорбиновая). Воздействие этих кислот связано главным образом не со снижением рН cреды, а с проникновением в клетку недиссоциированных молекул этих кислот. Бактерицидным действием обладают эфирные масла, смолы, ду-

бильные вещества, многие красители (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин).

Среди микроорганизмов имеются формы, очень устойчивые к действию клеточных и метаболических ядов, а некоторые обладают способностью даже использовать их. Примерами могут служить фенол, Н₂S, окись углерода.

Механизм действия антисептиков различен. Многие из них повреждают клеточные стенки, нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны. Проникая в клетку, они вступают во взаимодействие с теми или иными компонентами ее, в результате чего значительно нарушаются обменные процессы. Соли тяжелых металлов, формалин, феноды воздействуют на белки цитоплазмы, являются ядами для ферментов. Спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран.

Многие антисептические вещества используют в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и в быту как дезинфицирующие средства для борьбы с болезнетворными микробами. Широко применяют хлор и его соединения для дезинфекции питьевой воды, тары, оборудования, инвентаря.

Антисептические вещества используют для защиты от микробных поражений текстильных материалов, древеси­ны, бумаги и изделий из нее и других материалов и объектов.

Применение антисептиков для консервирования продуктов ограничено и строго нормируется санитарным законо­дательством.

При выборе тех или иных химических веществ для обработки сырья, готовой продукции исходят из цели обработ­ки, назначения продукции.

Химические вещества применяются для обработки пищевых продуктов в малых дозах, поэтому они должны обла­дать высоким биоцидным или биостатическим действием на микроорганизмы, но одновременно должны быть безвред­ными для человека, не оказывать отрицательного влияния на продукты, легко удаляться из них перед употреблением. Они не должны вступать в реакции с веществами продукта, трои, митррни.пами технологической аппаратуры. Кроме того, они должны быть экономически выгодными и доступ­ными для использования.

В нашей стране разрешено использовать немногие хи­мические консерванты в малых дозах (от сотых до одной-двух десятых процента) и только для некоторых пищевых продуктов.

Для консервирования полуфабрикатов из плодово-ягод-ного сырья, рыбных консервов, кетовой икры используют бензойную кислоту и ее натриевую соль. Бензойная кислота находится в бруснике, чернике; по-видимому, этим можно объяснить повышенную стойкость этих ягод и продуктов переработки.

В последние годы и у нас, и за рубежом в качестве консерванта многих пищевых продуктов (безалкогольных и алкогольных напитков, полуфабрикатов, маринадов, кули­нарных изделий) все более широко применяют сорбиновую кислоту и ее соли. Эта кислота менее токсична, чем бензой­ная и сернистая, и более активно воздействует на микроор­ганизмы. В небольших количествах она находится в ягодах рябины. В дозах, допускаемых для консервирования пище­вых продуктов (0,03—0,1%), эта кислота на длительное вре­мя задерживает рост мицелиальных грибов, дрожжей и не­которых бактерий (группы кишечных палочек, сальмонелл), и при этом она безвредна для людей, не придает продукту посторонних привкусов и запахов. Однако на рост многих бактерий (например, молочно-кислых, уксусяо-кислых) сор-биновая кислота в указанных концентрациях заметного дей­ствия не оказывает. Особенно эффективно действие сорби-новой кислоты в кислой среде (рН 3-4,5), когда она нахо­дится в недиссоциированном виде.

Этот консервант вводят непосредственно в продукт или обрабатывают им поверхность продукта, оберточные мате-риалы»-

Для борьбы с картофельной болезнью хлеба, для пре­дотвращения его плесневения рекомендуется введение в тесто солей пропионовой кислоты или обработка ими обер-

точной бумаги, что дает хорошие результаты. Этот консер­вант можно применять и для некоторых рыбных продуктов.

Для обработки свежих плодов, овощей, плодово-ягод-ных полуфабрикатов используют сернистый ангидрид (50.,), сернистую кислоту и ее соли. Бисульфит калия и натрия, метабиеульфит калия в виде гранул, таблеток закладывают в массу продукта или в упаковочный материал. Консервиру­ющим началом является 80 , выделяющийся из антисепти­ка постепенно.

Еще в 1913 г. работами Я. Я. Никитинского, а позже его учеников и ряда других исследователей была доказана эффективность хранения многих скоропортящихся продуктов в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа.

Развитие многих мицелиальных грибов — возбудителей порчи продуктов — значительно тормозится при концентра­ции СО₂ около 20%, а при 40-50%-ной концентрации они совсем не растут (В. С. Загорянский).

Бактерии, по данным Ф. М. Чистякова, к нему более устойчивы. Заметное угнетающее действие на многие гни­лостные формы проявляются лишь при содержании СО₂, около 40-50%, а некоторые анаэробные спорообразующие бак­терии развиваются даже при концентрации его 60-80% и более. Такое высокое содержание в атмосфере углекислого газа ухудшает качество некоторых продуктов. Наиболее це­лесообразно применять СОд в сочетании с охлаждением про­дуктов.

Срок хранения мяса, птицы, колбас и других продуктов при температуре около 0°С в атмосфере, содержащей 10-15% СО₂ превышают сроки обычного хранения при такой же температуре в 2-3 раза (М. А. Габриэльянц). В настоя­щее время на этом принципе базируется хранение некоторых плодов и овощей в регулируемой газовой среде (РГС), искусственно создаваемой в промышленных условиях, и в модифицированной газовой среде (МГС).

Эффективно хранение некоторых продуктов (полукопченых колбас, сыров, копченой рыбы) при периодическом озонировании их небольшими дозами озона непосредственно в холодильных камерах или в камерах, озонированныхперед загрузкой продукта. Так, срок хранения полукопче-ных колбас при температуре от -3 до -5 °С в периодически (дважды в неделю по 4 ч) озонируемых камерах при кон-цент-рации озона 3—5 мг/м^ увеличивается более чем в 2 раза (М. А. Габриэльянц, Г. Я. Резго).

Хранение овощей (лука, моркови, белокочанной капусты) при периодическом озонировании воздуха в овощехра­нилищах также дает положительные результаты (В. С. Колодязная и др.)

По отношению к озону микроорганизмы проявляют различную чувствительность, при этом мицелиальные грибы более чувствительны, чем бактерии. Эффект воздействия озона, как и других губительно действующих на микроорга­низмы факторов, зависит от численности и видового состава микрофлоры продукта.

За рубежом для консервирования плодов, ягод, соков применяют диэтиловый эфир пироугольной кислоты в кон­центрации 0,05-0,1%. Препарат представляет собой бесцветную жидкость со слабо выраженным фруктовым ароматом. В продукте этот антисептик распадается на безвредные для человека вещества — этиловый спирт и СО₂

Одним из эффективных химических препаратов, применение которого для обработки пищевых продуктов перспективно, является йодинол. Он обладает широким спект­ром антимикробного действия, безвреден, довольно дешев. В состав этого препарата входят кристаллический йод, йо­дистый калий и поливиниловый спирт.

Действие йодинола на микроорганизмы выявлено (А. А. Кудряшова, Е. В. Шевченко, В. Я. Рожукалне) в опытах с чистыми культурами ряда мицелиальных грибов, дрож­жей и бактерий, а также на микробных ассоциациях све­жих плодов, овощей, специй, тары. Большинство микроор­ганизмов, выделенных с различных плодов и овощей, поги­бают при температуре 20°С после 5-минутного воздействия стандартного раствора йодинола.

Эффективность действия раствора йодинола зависит от степени обсеменения объектов микроорганизмами, продолжительности контакта с препаратом и концентрации раствора.

На принципе антисептики основано копчение мясных и рыбных продуктов. При копчении продукты пропитываются летучими антисептическимийеществами дыма или анало­гичными антисептиками коптильной жидкости, котору]р-применяют вместо дыма. Исследования (В. П. Курко.Ингрэм и др.) показали, что из компонентов коптильного дыма наибольшим бактерицидным и фунгицидным действием обладают формальдегид, фенолы и органические кислоты.

При копчении на микрофлору продукта оказывают влияние и другие факторы. Так, при холодном копчении — некоторое обезвоживание продукта (при сушке) и повышенное содержание соли; при горячем копчении— высокая температура.

Реакция среды

Реакция среды (рН), т. е. степень ее щелочности или кислотности, оказывает большое влияние на жизнедеятель­ность микроорганизмов. Физиологически действующим на­чалом в кислых и щелочных субстратах является концент­рация водородных и гидроксильных ионов (Н₂ и ОН~).

Под влиянием рН среды может изменяться активность ферментов, а в связи с этим биохимическая активность микробов и направленность осуществляемых ими биохимических превращений. Так, одни и те же дрожжи в кислой среде образуют из сахара большое количество этилового спирта и незначительное количество глицерина; в щелочной среде содержание глицерина резко увеличивается, а выход спирта снижается. У гнилостных бактерий наибольшая протеолитическая активность проявляется при рН выше 7,0. Изменение реакции среды может влиять на электрический заряд поверхности клетки, что обусловливает изменение прони­цаемости клетки для отдельных ионов. При колебаниях рН среды может изменяться степень диссоциации веществ в среде, что в свою очередь отражается на обмене веществ клетки.

Жизнедеятельность каждого вида микроорганизмов воз­можна при прочих благоприятных условиях лишь в более или менее определенных границах рН среды, выше и ниже которых она угнетается. Для большинства мицелиальных гри­бов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда с рН Г)-—(». Большинство б.пггррнп лучше растет и зоне рН, равной 0,8-7,3, т. е. в нейтральной или слабощелочной сре­де. За небольшим исключением, они не развиваются при рН ниже 4,0 и выше 9,0, но многие длительно сохраняются жизнеспособными. Мицелиальные грибы могут развиваться в более широком диапазоне при рН от 1,2 до 11,0. Споры грибов прорастают в более узком интервале рН по сравне­нию с развитием мицелия.

Для некоторых видов бактерий кислая среда губительнее щелочной. Вегетативные клетки обычо менее устойчи­вы, чем споры. Особенно неблагоприятна кислая среда для гнилостных бактерий и бактерий, вызывающих пищевые отравления. Бактерии, которые в процессе жизнедеятельности образуют кислоту, более выносливы к снижению рН. Одни микроорганизмы, например молочно-кислые бактерии, при накоплении в среде известного количества кислоты постепенно погибают. Другие способны регулировать реакцию среды, образуя в таких условиях соответствующие вещества, которые либо подкисляют, либо подщелачивают среду, препятствуя сдвигу рН в сторону, неблагоприятную для их развития. Некоторые мицелиальные грибы, например, при росте на белковых средах образуют щавелевую кислоту, которая препятствует повышению щелочности субстрата.

В табл. 3 приведены данные, характеризующие отношение некоторых микроорганизмов к рН среды. Указанные предельные значения рН могут значительно колебаться в зависимости от других условий среды. В кислой среде уси­ливается действие других неблагоприятных факторов.

Губительное действие на микроорганизмы некоторых органических кислот (например, уксусной, бензойной, масляной) может быть обусловлено не только неблагоприятной концентрацией водородных ионов, но и токсичностью недиссоциированных молекул кислот. Установлено, например, что уксусная кислота в количестве 0,5—2% оказывает бактерицидное действие. Молочно-кислый стрептококк прекращает размножаться в субстрате, содержащем молочную кислоту, при рН 4,7-4,4, а в присутствии уксусной — при рН 5,1—4,8.

Табл. ица 3

Неодинаковое отношение микроорганизмов к реакции среды является одной из причин наблюдаемой в природных условиях смены одних форм микроорганизмов другими. Зная отношение различных микроорганизмов к реакции среды и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение. Так, неблагоприятное действие кислой среды на гнилостные бактерпи положено в основу хранения некоторых пищевых продуктов в маринованном и квашеном виде.

Окиспитепьно-восстановнтет^ные условия среды

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит и от окис­лительно-восстановительных условий среды, которые коли­чественно характеризуются величиной окислительно-восста­новительного потенциала г11.,'. В среде, окислительные свой­ства которой соответствуют насыщению ее кислородом, гН., равен 41. В среде с высокими восстановительными условия­ми, соответствующими насыщению среды водородом, гН„ равен 0. При равновесии окислительных и восстановитель­ных процессов в среде гН., равен 28. Если гН.^ ниже 28, то это указывает на большую или меньшую восстановитель­ную способность среды, а выше 28 — на ее окислительную способность.

Облигатные анаэробы живут при гН., от 0 до 12—14;

факультативные анаэробы — при гН от 0 до 20—30.

Для аэробов нижний предел гН, около 12—15, а значе­ние гН„ выше 30 неблагоприятно и для них.

Окислительно-восстановительный потенциал среды вли­яет не только на рост и размножение микроорганизмов, но и на их биохимическую активность.

Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно затормозить или вызвать активное развитие той или иной группы микроорганизмов. Возможно, напри­мер, вызвать рост анаэробов в присутствии воздуха путем добавления [дедуцирующих веществ, снижающих окислитель­но-восстановительный потенциал среды. И наоборот, можно культивировать аэробов в анаэробных условиях, повысив гН„

среды, вводя в нее вещества, обладающие окислительными свойствами.

' Показатель гН. прсдстаплж-г соооп птрпцатглып.т логарифм /иш.чгция молскуллрпого водорода и сргде, и.чятып с обратным знаком.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы могут изменять окислительно-восстановительный потенциал сре­ды, выделяя в нее различные продукты обмена.