Концентрация растворенных веществ в среде 2 страница

Несмотря на то, что при температурах ниже минимальной микробы не размножаются и активная жизнедеятель­ность их приостанавливается, многие неопределенно долгое время остаются жизнеспособными, переходя в анабио­тическое состояние, т. е. состояние "скрытой жизни", подобное зимней спячке животных. При повышении темпера­туры они вновь возвращаются к активной жизни. Некоторые в таких условиях, однако, более или менее скоро погибают. Отмирание происходит значительно медленнее, чем под действием высоких температур.

Причиной гибели клеток в субстратах при температурах выше их криоскопической точки (температуры замерза­ния) является главным образом нарушение обмена веществ клеток. Инактивируются ферменты, в связи с чем снижаются скорости внутриклеточных химических реакций, при этом отдельные реакции подавляются не в одинаковой степени. Наиболее неблагоприятное действие оказывают температуры, при которых наступает замерзание среды. При неполном замерзании (помимо указанных выше причин) вымирание микроорганизмов может быть вызвано неблагоприятным действием низкой водной активности (а ,) и повышенного осмотического давления среды, повреждением клеток кристаллами льда, повышением концентрации солей в клетке за счет ее обезвоживания, при этом нарушаются структура цитоплазмы (изменяются ее вязкость, дисперсность, белково-липиодных частиц и др.), избирательная проницаемость клеточных мембран вследствие изменения физико-химических свойств их липидов. Со временем все это при­водит к необратимым нарушениям в клетке и ее гибели.

Низкие температуры широко применяют для сохранения разнообразных продуктов. Применяют два способа холо­дильного хранения: в охлажденном состоянии — при температуре от 10 до -2°С и в замороженном виде — чаще при температуре от -12 до -20° С.

При хранении натуральные свойства охлажденных продуктов сохраняются лучше, чем замороженных, однако рост на них многих микроорганизмов не исключается, а лишь замедляется. Поэтому сроки хранения охлажденных продук­тов непродолжительны и зависят от температуры хранения и исходной степени обсеменения продукта психротрофными микроорганизмами. Чем их больше, тем меньше срок хранения.

Для удлинения сроков хранения охлажденных продуктов применяют дополнительные меры воздействия на мик­роорганизмы, например: облучение ультрафиолетовыми и у-излучениями, озонирование, повышение содержания в атмосфере СО₂, создание анаэробных условий, препятству­ющих развитию холодоустойчивых аэробов — возбудителей порчи продуктов, и др.

При хранении продуктов в охлажденном состоянии большое значение имеет относительная влажность воздуха в помещении. При ее повышении микроорганизмы развиваются быстрее. На стенах, потолках и других поверхностях хо­лодильных камер постоянно находится то или иное количество разнообразных микроорганизмов. Попадают они в холодильник вместе с продуктами, тарой, заносятся с поступающим охлажденным воздухом, а также людьми. Обитая в холодильнике длительное время, микробы приспосабливаются к данным условиям существования и приобретают способность развиваться при более низких температурах. Поэтому холодильные камеры необходимо содержать в чистоте, регулярно дезинфицировать и поддерживать в них требуемый температурно-влажностный режим.

При замораживании продукта отмирает значительная часть находящихся в нем микроорганизмов. Устойчивость их к замораживанию зависит от ряда факторов: температуры и скорости замораживания, состава среды, в которой проис­ходит замораживание, вида микроорганизма и др. При пос­ледующем хранении замороженного продукта выжившие микроорганизмы постепенно отмирают, но многие сохраня­ют жизнеспособность длительное время.

Замораживание не оказывает стерилизующего действия; при замораживании могут выжить и болезнетворные формы. Сохраняются, как установлено (Е. Л. Моисеева и др.), и фи-зиолого-биохимические свойства микробов. Поэтому размороженные продукты могут быстро подвергаться порче.

При применяемых в практике хранения температурах (не выше -12°С) замороженные продукты длительно (меся­цами) сохраняются без микробной порчи. Размораживать замороженные пищевые продукты следует непосредственно перед употреблением.

Большое значение в сохранении качества продуктов имеют санитарно-гигиенические условия охлаждения про­дуктов, хранения их в холодильниках и при размораживании.

Лучистая энергия

Воздействие на микроорганизмы различных форм лучистой энергии, представляющих собой электромагнитные колебания с различной длиной волны, проявляется по-разному. Биологическое действие излучений зависит от длины волны. Чем она короче, тем в ней больше заключено энергии, тем сильнее воздействие на организм. В основе действия лежат те или иные химические и физические изменения, происходящие в клетках микроорганизмов и в окружающей среде. Изменения могут быть вызваны только поглощенными лучами. Следовательно, для эффективности облучения большое значение имеет проникающая способность лучей.ЛГиютпческис факторы

11НШСТВО болезнетворных бактерий. Некоторые микроорга­низмы временно выдерживают очень низкие температуры. Кишечная палочка и брюшнотифозная палочка в течение нескольких дней не погибают при температурах -172...-190"С. Споры бактерий сохраняют способность к прорастанию даже после 10-часового пребывания при ~2Г)2"С (температура жид­кого водорода). Некоторые мицелиальные грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после воздействия температу­ры -190"С (температура жидкого воздуха) в течение несколь­ких дней, а споры мицелиальных грибов — в течение нескольких месяцев. В трупах мамонтов, пролежавших десят­ки тысяч лет в мерзлой почве, обнаружены жизнеспособные бактерии и их споры.

Несмотря на то, что при температурах ниже минималь­ной микробы не размножаются и активная жизнедеятель­ность их приостанавливается, многие неопределенно дол­гое время остаются жизнеспособными, переходя в анабио­тическое состояние, т. е. состояние "скрытой жизни", по­добное зимней спячке животных. При повышении темпера­туры они вновь возвращаются к активной жизни. Некоторые в таких условиях, однако, более или менее скоро погибают. Отмирание происходит значительно медленнее, чем под действием высоких температур.

Причиной гибели клеток в субстратах при температу­рах выше их криоскопической точки (температуры замерза­ния) является главным образом нарушение обмена веществ клеток. Инактивируются ферменты, в связи с чем снижают­ся скорости внутриклеточных химических реакций, при этом отдельные реакции подавляются не в одинаковой степени. Наиболее неблагоприятное действие оказывают температуры, при которых наступает замерзание среды. При неполном .замерзании (помимо указанных выше причин) вымирание микроорганизмов может быть вызвано неблагоприятным действием низкой водной активности (а ,) и повышенно­го осмотического давления среды, повреждением клеток кристаллами льда, повышением концентрации солей в клет­ке за счет ее обезвоживания, при этом нарушаются структура цитоплазмы (изменяются ее вязкость, дисперсность,

Сеет. Свет необходим только для фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ас­симиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способ­ные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые сол­нечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рас­сеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Одна­ко развитие многих мицелиальных грибов при постоянном отсутствии света протекает ненормально: хорошо развива­ется только мицелий, а спорообразование тормозится. Па­тогенные бактерии (за редким исключением) менее устой­чивы к свету, чем сапрофитные.

Инфракрасные лучи (ИК-лучи) имеют сравнительно большую двину волны. Энергия этих излучений недостаточ­на, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощаю­щих их веществах. В основном она превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на микроорганизмы при термической обработке продуктов ИК-излучениями.

Ультрафиолетовые лучи — наиболее активная часть солнечного спектра, обусловливающая его бактерицидное действие. Они характеризуются высокой энергией, причем наибольшим действием обладают лучи с длиной волны 250-260 нм.

Эффективность воздействия УФ-лучей на микрооргани­мы зависит от дозы облучения, т. е. от количества поглощенной энергии. Кроме того, имеют значение свойства облучаемого субстрата: его рН, степень обсеменения микробами, а также температура.

Очень малые дозы облучения действуют даже стимулирующе на отдельные функции микроорганизмов. Более высокие, но не приводящие к гибели дозы вызывают торможение отдельных процессов обмена, изменение свойств микроорганизмов, вплоть до наследственных. Это используется на практике для получения вариантов микроорганиз­мов с высокой способностью продуцировать антибиотики, ферменты и другие биологически активные вещества. Даль­нейшее увеличение дозы приводит к гибели. При дозе ниже смертельной возможно восстановление (реактивация) нор­мальной жизнедеятельности микроорганизмов.

Различные микроорганизмы неодинаково чувствитель­ны к одной и той же дозе облучения (рис. 30, 31).

Время облучения, с

Рис 30. Отмирание бактерий под действием УФ-лучей (но данным К. А. Мудрецовий-Висс):

а — ЕясЬ. соИ; Г> — Ркеис!. Пиогезсепя; в — М1сгососсик сопсИсапя; г—Затпа Пауа; д—Вас.зиЫШв; е —Вас. гпсёа1спит

Среди бесспоровых бактерий особенно чувствительны к облучению пигментные бактерии, выделяющие пигмент в окружающую среду. Пигментные бактерии, содержащие в клетках каротиноидпые пигменты, чрезвычайно стойки, 'гак как каротиноидные пигменты обладают защитными свойства­ми против УФ-лучей.

Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки. Чтобы убить споры, требуется в 4—5 раз больше энергии (табл. 10), по данным К. А. Мудрецовой-Висс и Т. К. Сиденко. Мицелиальные грибы более устойчивы, чем вегетативные клетки бактерий, а спо­ры грибов более выносливы, чем мицелий. Дрожжи имеют такую же или незначительно более высокую резистентность, чем бактерии (А.С. Херсум, Е.Д. Холланд),

10 30, 50 70 90 Доза ультрафиолетового облучения, тыс.эрг/мм²

Рис. 31. Выживаемость дрожжей вина под влиянием различных доз облучения УФ-лучами (по данным Г. П. Авакяна):

а — Бассп. 1и(1\у1@и; б — Зассп. ут1; в — Напз. ар1си1а1а;

г — Тоги1ор51з и1Ш8; д — СапШаа тусоаегта

Таблица 10

ЕхсЬепсЫа со1| АегоЬас1ег аегойепех РхеиНотопах Лиогехсепх М1сгососсих сапЩсапх 5агста Лауа

ВасШих хиЫШх (споры) В.и.-Ши'; те;;а1спит (споры) ВасШих тусоШе-ч (споры)

Гибель микроорганизмов может быть следствием как непосредственного воздействий УФ-лучей на клетки, так и неблагоприятного для них изменения облученного субст­рата.

УФ-лучн ипактииируют ферменты, они адсорбируются важнейшими веществами клетки (белками, нуклеиновыми кислотами) и вызывают изменения — повреждения их молекул. В облучаемой среде могут образоваться вещества (пе­рекись водорода, озон и др.), губительно действующие па микроорганизмы.

В настоящее время УФ-лучи довольно широко применяют на практике. Искусственным источником ультрафиолетового излучения служат в основном аргоно-ртутные лампы низкого давления, называемые бактерицидными (БУВ-15, БУВ-30, БУВ-60).

Ультрафиолетовыми лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помеще­ний. При обработке УФ-лучами в течение 6 ч уничтожается до 80% бактерий и мицелиальных грибов, находящихся в воздухе. Такие лучи могут быть использованы для предотвращения инфекции извне при розливе, фасовке и упаковке пищевых продуктов, лечебных препаратов, а также для обеззараживания тары, упаковочных материалов, оборудо­вания, посуды (на предприятиях общественного питания).

В последнее время бактерицидными свойствами УФ-лучей пользуются для дезинфекции питьевой воды.

Стерилизация пищевых продуктов с помощью УФ-лучей затруднена вследствие их низкой проникающей способности, в связи с чем действие этих лучей проявляется только на поверхности или в очень тонком слое. Тем не менее известно, что облучение охлажденных мяса, мясопродуктов удлиняет срок их хранения в 2-3 раза.

Предлагается применять УФ-лучи для стерилизации плодовых соков и вин (в тонком слое). При таком "холодном" способе стерилизации вино получается лучшего качества и сохраняется без порчи дольше, чем пастеризованное.

Для некоторых продуктов (например, для сливочного масла, молока) стерилизация УФ-лучами неприемлема, так как в результате облучения ухудшаются вкусовые и пищевые свойства продуктов.

Лазерное излучение. Это излучение представляет собой фокусированное в виде пучка электромагнитное излу-

чение в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового спектров. Оно обладает очень большой энергией и способ­но вызывать сильное биологическое воздействие. Этот вид излучения получают при помощи технических устройств — лазеров — оптических квантовых генераторов.

Под влиянием лазерного излучения повышается температура биологических тканей, происходят коагуляция бел­ков и разрушение клеток. Повреждающее действие зависит от длины волны, длительности импульсов, мощности излу­чения, а также свойств и структуры облучаемых объектов.

В настоящее время влияние этого рода излучений на микроорганизмы изучено еще мало.

Проведенные исследования (А. А. Кудряшова) показы­вают, что реакция на воздействие лазерного излучения у различных видов микроорганизмов может различаться зна­чительно, при этом споры более устойчивы, чем вегетатив­ные клетки. Выявлено, что ультрафиолетовый спектр ла­зерного излучения обладает более высоким антимикробным действием, чем синий и красный.

В зависимости от природы спектра, мощности излуче­ний и продолжительности облучения можно получить как стимулирующий, так и повреждающий (подавление роста) и летальный эффекты.

Это направление использования лазерного излучения представляет теоретический и практический интерес.

Радиоактивные излучения, а-лучи, р-лучи (высоко­скоростные электроны) и у-лучи (коротковолновые рентге­новские лучи) обладают высокой энергией, в связи с чем химически и биологически чрезвычайно активны.

Особенностью радиоактивных излучений является их способность вызывать ионизацию атомов и молекул, кото­рая сопровождается разрушением молекулярных структур.

Микроорганизмы значительна радиоустойчивее, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений.

Эффективность действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения и многих других факторов. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздей­ствуя на их ферментные системы. Они вызывают наслед­ственные изменения свойств микробов, приводящие к появ­лению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели. При дозе ниже смер­тельной может восстановиться нормальная жизнедеятельность облученных клеток.

Различные виды микроорганизмов обладают неодинаковой чувствительностью. Чувствительны к действию иони­зирующих излучений многие ферментные системы, мемб­ранные структуры, ядерный аппарат, особенно ДНК, что отражается при облучении на функции размножения.

Радиоустойчивость различных видов и даже штаммов микроорганизмов колеблется в широких пределах (табл. 11). Наиболее радиоустойчивы микроорганизмы с повышенной карбогидразной и протеолитической активностью, содержащие в клетках большее количество магния и кальция, а также обладающие высоким уровнем защитных метаболических реакций. Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей, многие бактерии рода Рзеисютопаз — распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью. Весьма радиоустойчивы споры бактерий и грибов. Высока радиоустойчивость вирусов; у некоторых она превосходит даже устойчивость бактериальных спор.

А.А. Кудряшовой предложено распределить по этому признаку микроорганизмы на следующие группы: радиочув­ствительные — с летальной дозой до 5 кГр; относительно радиоустойчивые — до 10; мезорадиоустойчивые — до 15; радиоустойчивые — до 20 и весьма радиоустойчивые — более 20 кГр.

При одной и той же поглощенной дозе радиопоражае-мость микроорганизмов одного и того же вида изменяется в зависимости от возраста клеток, состава среды, температу­ры, а также мощности дозы — дозы облучения в единицу времени.

Таблица 11

Международной организацией по стандартизации в качестве единицы измерения поглощенной дозы ионизирующей радиации принят грей (Гр) вместо прежней внесистемной единицы радиан (рад). Энергия 100 эрг на 1 г облучаемого объекта соответствует 1 рад; 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг;

1 кГр (килогрей) = 100 000 рад.

Влияние мощности у-излучения радиоактивного '"'Со на микроорганизмы плодов и овощей (поглощенная доза 3 кГр), по данным А. А. Кудряшовой, показано в табл. 12.

По реакции на воздействие мощности дозы у-излуче-ния микроорганизмы подразделяются на: не реагирующие на изменение мощности дозы; эффективнее повреждающи­еся при ее увеличении; эффективнее повреждающиеся при

ее понижении.

При адекватных поглощенных дозах излучения многие анаэробные споровые бактерии, в том числе и С1о51пашт

Таблица 12

' Мощность дозы выражается в греях в единицу времени (Гр/с, 1 р/мин

и т. д.).

² Среднее из десятков определений.

Ьо1иИпит, не реагируют на изменение мощности дозы в пределах от сотых долей до десятков Гр/с. Аэробные споро-образующие бактерии сильнее повреждаются при сниже­нии мощности дозы,, а большинство неспорообразующих бак­терий — при увеличении ее. При облучении мицелиальных грибов эффект усиливается с увеличением мощности дозы.

Установлено, что микроорганизмы способны восстанав­ливать лучевые повреждения. Темп и характер репарации определяются видовыми особенностями микроорганизмов, их физиологическим состоянием, а также величиной поглощен­ной дозы и мощностью дозы ,-излучения.

В'настоящее время диапазон использования ионизиру­ющих излучений все расширяется. Так,их используют для задержки прорастания картофеля и овощей, дезинфекции зерна и зернопродуктов, сухофруктов; ускорения или за­медления созревания плодов и в других целях.

Наиболее приемлемы для этих целей у-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызыпа-ющие при облучении появления в продукте "наведенной" радиации.

Источником излучения для радиационной обработки про­дуктов служат преимущественно радиоактивные изотопы ""Со и '"Сз.

При обработке пищевых продуктов радиобиологический эффект зависит от состава микрофлоры, ее численности, химического состава и агрегатного состояния продукта, по­глощенной дозы и мощности дозы.

Применительно к радиационной обработке МЛГАТЭ' предложены специальные термины: радисидация (4—(1 кГр), радуризация (6-10 кГр) и радаппертизация (10-50 кГр). Радисидация —-. это обработка пищевых продуктов в дозах, достаточных для гибели патогенных для человека микроор­ганизмов. Радуризация применяется для снижения числен­ности микроорганизмов, вызывающих порчу и потерн массы пищевых продуктов. Радаппертизация осуществляется для промышленной стерилизации пищевых продуктов в услови­ях, исключающих повторное инфицирование микроорганизмами.

По решению Объединенного комитета экспертов, ряда Международных организаций (ФАО, МАГАТЭ, ВОЗ²) в об­лученных пищевых продуктах не должно быть патогенных микроорганизмов и микробных токсинов, а также токсичес­ких веществ, которые могут образовываться в результате облучения.

Международными организациями утвержден перечень пищевых продуктов, которые разрешено подвергать радиа­ционной обработке. В нашей стране в каждом отдельном слу­чае разрешение выдают органы здравоохранения.

В необходимых случаях для повышения эффекта об­лучение можно сочетать с другими факторами воздейст-

' МАГАТЭ — Международное агентство по атомной энергии при ООН. '-' ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения при ООН, ФЛО -Продовольственная и сельскохозяйственные организации при ООН.

вия (холодом, нагреванием, химическими консервантами и др.).

В нашей стране проведение в настоящее время радиа­ционной обработки продуктов сдерживается отсутствием достаточного количества стационарных и передвижных ус­тановок, а также специалистов нужной квалификации для управления этой новой технологией хранения пищевых про­дуктов. Кроме того, нельзя не принимать во внимание и

определенную настороженность потребителя к облученным продуктам питания.

Радиоволны. Короткие электромагнитные волны дли­ной от К) до 50 м ультракороткие длиной от Юм до милли­метров обладают стерилизующим эффектом. Это объясня­ется тем, что при прохождении коротких и ультрарадио­волн через среду возникают переменные токи высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты. В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Характер нагревания в СВЧ-поле отличается от харак­тера нагрева при обычных способах и обладает рядом пре- . имуществ: объект нагревается быстро и равномерно по всей массе. Например, воду в стакане можно довести до кипения в течение 2—3 с. Рыба (1 кг) варится до готовности в тече­ние 2 мин, мясо (1 кг) — 2,5, курица — 6—8 мин. Нагрев может происходить избирательно, т. е. отдельные части об­лучаемого неоднородного объекта в зависимости от их элек­трофизических свойств нагреваются в разной сте-пени.

Гибель микроорганизмов в СВЧ-поле наступает в ре­зультате теплового эффекта, но полностью механизм дей­ствия СВЧ-энергии на микроорганизмы пока не раскрыт. Некоторые исследователи считают, что существует специ­фическое воздействие электромагнитных волн. Установле­но, что СВЧ-поля малой интенсивности, не вызывающей нагревания среды, влияют на некоторые физиологические и биохимические свойства микробных клеток. Имеются дан­ные о гибели некоторых бактерий и дрожжей в СВЧ-поле при 35—40"С (А. И. Педенко и др.).

Благодаря специфическим особенностям перспективно применение этого способа нагревания для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов, в частности плодово-нгид-ных консервов. По сравнению с обычной паровой стерилиза­цией в автоклавах время нагревания СВЧ-энергией до од­ной и той же температуры -сокращается во много даз, по­этому полнее сохраняются вкусовые и питательнее свой­ства продукта, а эффект воздействия на его микрофлору практически одинаков. Остаточной микрофлоры — не более чем в продукте, обработанном при той же температуре тра­диционным способом; в составе ее преобладают споронос­ные бактерии и микрококки.