Отношение микроорганизмов к высоким температурам

Повышение температуры среды по сравнению с оптимальной оказывает на микроорганизм более неблагоприятное воздействие, чем ее понижение. Отношение различных микроорганизмов к температурам, превышающим максимальную для их развития, характеризует их термоустойчивость, которая у разных микроорганизмов неодинакова. Температуры, превышающие максимальную, вызывают явление «теплового шока». При таком непродолжительном воздействии клетки микроорганизмов могут реактивироваться, а при длительном - наступает их гибель.

Механизм губительного действия температур еще недостаточно ясен. С одной стороны, известно, что нагревание вызывает денатурацию белков. Гибель микроорганизма при этом неизбежна, так как невозможно восстановить свойства белков цитоплазмы, ЦПМ, рибосом и других структур клетки; активность ферментов, которые тоже являются белками, также необратимо теряется. С другой стороны, установлено, что на температуру денатурации белка очень сильно влияет содержание в нем воды. Чем меньше в нем воды, тем более высокие температуры необходимы для его свертывания. Поэтому молодые вегетативные клетки, богатые свободной водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые, частично обезвоженные. Одной из причин высокой термоустойчивости спор бактерий является малое содержание в них свободной воды, так как большая часть воды в спорах находится в связанном состоянии.

Высокую устойчивость термофилов связывают с тем, что белки и ферменты их клеток более устойчивы к температуре по сравнению с мезофилами, благодаря чему скорость синтеза различных клеточных структур превышает скорость их разрушения под действием высоких температур.

Термоустойчивость одних и тех же микроорганизмов может изменяться в зависимости от химического состава обрабатываемой среды, ее рН, a_w, присутствия защитных веществ. Например, жиры, белки предохраняют микроорганизмы от воздействия тепла.

На губительном действии высоких температур основаны многие приемы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах, например, кипячение, варка, бланширование, обжарка (см. главу 10). В пищевой промышленности и в практической микробиологии широко применяют два способа воздействия высоких температур на микроорганизмы - пастеризацию и стерилизацию.

Пастеризация - это процесс уничтожения вегетативных клеток микроорганизмов путем нагревания продукта до 50-60⁰С в течение 15-30 мин или до 70-80⁰С в течение 5-10 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным нагреванием до 90-1000^С. При пастеризации остаются жизнеспособными некоторые термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов. Пастеризуют многие пищевые продукты: молоко, вино, пиво, икру осетровых рыб, фруктовые соки и др.

Одним из важнейших и необходимых приемов в микробиологической практике и в пищевой промышленности является стерилизация. Слово «стерилизация» в переводе с латинского означает «обеспложивание». Под стерилизацией понимают полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Не может быть состояния «частичной» или «неполной» стерилизации. Выбор способа стерилизации определяется особенностями материала, подлежащего стерилизации, его физическими свойствами и химическим составом.

Различают термическую и холодную стерилизации. Термическую стерилизацию осуществляют либо путем воздействия на объект «сухого жара» при 160-180⁰С в течение 1-2 ч в сушильных шкафах, либо насыщенным паром под избыточным атмосферным давлением при температуре 112-125⁰С в течение 20-60 мин в специальных приборах - автоклавах. Так стерилизуют баночные консервы, многие предметы и материалы, используемые в медицинской и микробиологической практике.

Для обеспложивания объектов, портящихся под действием температуры выше 100⁰С, применяют дробную стерилизацию (тиндализацию). Этот прием был предложен английским ученым Тиндалем. Принцип тиндализации заключается в том, что продукт обрабатывают в парах кипящей воды - «текучим паром», при нормальном атмосферном давлении несколько раз. В период между прогреваниями обработанный продукт термостатируют с целью прорастания в нем жизнеспособных спор микроорганизмов. Предполагается, что проросшие из спор вегетативные клетки погибают при последующей обработке, не успев образовать новые споры.

В тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания (витамины, антибиотики, белоксодержащие среды и др.), применяют методы «холодной стерилизации». Это обеспложивание субстратов с применением мембранных фильтров, обработка разных видов электромагнитных излучений и применение химических дезинфицирующих средств.