Концентрация растворенных веществ

М/о обитают в субстратах с разнообразным содержанием растворённых веществ, а, следовательно, с различным осмотическим давлением. Соответственно среде обитания различно и внутриклеточное осмотическое давление у клеток м/о.

Нормальная жизнедеятельность происходит, когда осмотическое давление клетки выше осмотического давления среды > . В клетку извне поступает вода, цитоплазма плотно прилегает к стенке, слегка растягивая её. Такое состояние клетки называю тургорным.

При попадании микроорганизмов в среду с малым содержанием минеральных веществ наблюдается явление плазмопсис- цитоплазма переполняется и клеточная стенка разрывается.

Повышение осмотического давления среды вызывает явление плазмолиза, поступление веществ в неё приостанавливается. В таком состоянии некоторые клетки погибают, а некоторые сохраняют активность.

Шкала чувствительности м/о к соли

Большинство микроорганизмов чувствительно к величине осмотического давления (концентрации веществ). Повышение осмотического давления среды приводит к уменьшению водной активности .

Существует ряд микроорганизмов способных к осморегуляции, их называют осмотолерантными.

Микроорганизмы, которые нормально развиваются в среде с высоким осмотическим давлением, называют осмофильными.

Явление плазмолиза лежит в основе повышения стойкости при хранении продуктов в среде с повышенным содержанием соли и сахара.

В пищевой промышленности при консервировании используют этот фактор, изменяя содержание соли или сахара в продукте или окружающей среде. На этом основан технологический приём посола (доза соли 0,5-20%). Содержание сахара, губительно влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов 20-65%.

Возбудители пищевых отравлений – ботуллинус, сальмонеллы сохраняют жизнеспособность в состоянии анабиоза даже при 20% соли.

Подавляющая концентрация соли изменяется в зависимости от реакции среды и температуры (дрожжи в кислой среде прекращают свою жизнедеятельность при концентрации соли 14%, в нейтральной – 20%). При пониженной температуре действие соли усиливается (мицелиальные грибы угнетаются при 0ºС 8% соли, при 20ºС – 12%).

Механизм действия соли: высокое осмотическое давление, подавление дыхания, нарушение функции мембран.

Порчу соленых продуктов вызывают галофильные бактерии (заносятся с солью, для задержки развития хранят продукты на холоде). Сахаросодержащие продукты подвергаются плесневению и забраживанию (плесневые грибы и дрожжи – осмофильные, теплоустойчивые) в результате вторичного инфицирования.

Химические факторы

Химические соединения в окружающей среде должны удовлетворять потребность микроорганизмов в питательных и энергетических веществах, определять уровень pH среды и её окислительно-восстановительный потенциал.

В среде окружающей клетку кроме веществ, стимулирующих жизнедеятельность, могут присутствовать соединения, которые задерживают и угнетают рост и развитие или вызывают гибель микроорганизмов.

Вещества, губительно действующие на м/о называют анитисептиками. Такие вещества подавляют жизнедеятельность или задерживают размножение м/о. В зависимости от характера воздействия эти вещества оказывают:

- бактериостатическое действие (против бактерий);

- фунгистатическое действие (против грибов).

Химические соединения, которые вызывают гибель микроорганизмов, называют:

- бактерицидными – окислители Cl₂, I₂, H₂O₂, KMnO₄, H₂SO₃ ,HI, борная кислота;

- фунгицидными.

Эффективность воздействия химическими соединениями зависит от:

- от концентрации веществ в среде;

- от их химической природы;

- от температуры и pH среды;

- от химического состава среды;

- от физиологических особенностей микроорганизмов.

Чувствительность различных м/о к разным антисептикам различна, споры устойчивее вегетативных клеток к действию антисептиков. В малых дозах некоторые могут стимулировать размножение и биохимическую активность м/о. Например, медь в больших количествах обладает антисептическими свойствами, но при концентрации 0,001% в среде стимулирует синтез некоторых ферментов. Сильным действием обладают из неорганических веществ – соли тяжёлых металлов: золота, меди, серебра. Такое действие называют олигодинамическим.

Из органических соединений бактерицидными действиями обладают фенолы, спирты, салициловая, уксусная, бензойная, сорбиновая кислоты, эфирные масла, дубильные вещества (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин).

Механизм действия различен:

- повреждение клеточной стенки;

- нарушение проницаемости ЦПМ;

- взаимодействие с клеточными компонентами (ферментами) и нарушение биохимических и обменных процессов. Соли тяжёлых металлов, формалин, фенолы воздействуют на белки, являясь ядами ферментов; спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран.

Многие химические соединения используют в пищевых производствах, медицине, быту как дезинфицирующие и консервирующие вещества, защиты текстильных материалов, бумаги, древесины.

Применение антисептиков для консервирования продуктов ограничено и нормируется законодательством. Хим. вещества для обработки пищевых продуктов вводят в малых дозах, которые должны обладать высоким биоцидным и биостатическим действием по отношению к микроорганизмам, но одновременно должны быть безвредны для человека.

Для консервирования полуфабрикатов из плодово-ягодного сырья, рыбных консервов, кетовой икры используют бензойную кислоту и её соли. В качестве консервантов для напитков, полуфабрикатов, кулинарных изделий применяют сорбиновую кислоту и её соли. В концентрации 0,03-0,1% она задерживает на длительное время рост мицелиальных грибов, дрожжей, сальмонелл. Особенно эффективно действие при pH = 3-4,5, когда она недиссоциирована. Этот консервант используют для обработки обёрточного материала. Для обработки свежих плодов и овощей используют SO₂, H₂SO₃ и её соли. Угнетающее действие оказывает углекислый газ.

PH среды

Оказывает влияние на

- растворимость веществ в среде и поступление их в клетку,

- изменяет активность ферментов, а, следовательно, и на направление биохимических реакций;

- усиливает действие токсичных веществ;

- меняет электрический заряд поверхности клетки и проницаемость для ионов через неё.

Для каждой физиологической группы микроорганизмов существуют оптимальные пределы значений активной кислотности, выше и ниже которых задерживается их развитие, а в некоторых случаях наступает гибель. Для большинства бактерий оптимальная величина pH=6,5-7,5; для гнилостных бактерий оптимальная величина pH>7.0; для дрожжей pH=4,5-6,0; для микомицетов pH=4,0-6,0. Мицелиальные грибы способны развиваться при pH 1,2-11, а их споры прорастают в более узком интервале.

Бактерии, образующие органические кислоты, более устойчивы к снижению pH (МК стрептококк прекращает развиваться в среде с молочной кислотой при pH 4,7-4,4, а уксусно-кислые – при pH = 5,1-4,8) Изменение кислотности среды используется для регулирования биосинтеза биологически активных веществ. Например, дрожжи в кислой среде с сахаром дают большое количество спирта и незначительное количество глицерина. Дрожжи с сахаром в щелочной среде дают глицерин и следы спирта. Масляно-кислые бактерии в нейтральной среде дают масляную кислоту, а в кислой - бутанол и ацетон. Влияние pH среды используют переработке пищевых продуктов. Например, в основе квашения и мочения плодов лежит молочно-кислое брожение, в результате накапливается молочная кислота, которая препятствует развитию гнилостных бактерий. Получение кисло-молочных продуктов тоже связано с накоплением молочной кислоты.

Влияние кислотности на м/о используют в биотехнологии, при переработке и хранении пищевых продуктов. В основе квашения овощей и мочения плодов лежит молочно-кислое брожение. МК бактерии, развиваясь, образуют молочную кислоту, препятствующую развитию гнилостных бактерий. На этом же основано производство кисло-молочных продуктов.

Культивируют кислотообразующие бактерии на специальных субстратах, из которых выделяют образовавшиеся кислоты. Их затем вводят в продукты для придания стойкости при хранении как консерванты (например, маринады на основе уксусной кислоты).

Окислительно-восстановительные условия среды количественно характеризуются величиной окислительно-восстановительного потенциала

=-log

В среде, насыщенной кислородом – rH₂ = 41. В среде с высокими восстановительными условиями, соответствующим насыщением её водородом rH₂. При равновесии окислительно-восстановительных процессов в среде rH₂ = 28.

Величина окислительно-восстановительного потенциала для облигатных анаэробов 0 - 14, для факультативных анаэробов 0-30, для аэробов 12-15, а значения выше 30 неблагоприятно для них.

Величина влияет на рост, размножение и биохимическую активность клеток. Изменение можно использовать для регулирования развития той или иной группы микроорганизмов. Если ввести редуцирующие вещества, то даже в присутствие кислорода окислительно-восстановительный потенциал уменьшается, в результате активность анаэробов возрастает, а аэробы можно культивировать в анаэробных условиях, введя в состав среды вещества с окислительными свойствами.

Величина при культивировании клеток меняется из-за накопления в среде продуктов метаболизма.