Что относится к физическим факторам влияющим на микроорганизмы

Влияние физических факторов на микроорганизмы

Температура – один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность размножения микроорганизмов.

Микроорганизмы могут расти и проявлять свою жизнедеятельность в определенном температурном диапазоне и в зависимости от отношения к температуре делятся на психрофилы, мезофилы и термофилы. Температурные диапазоны роста и развития микроорганизмов этих групп приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 Деление микроорганизмов на группы в зависимости

от отношения к температуре

Разделение микроорганизмов на 3 группы весьма условно, так как микроорганизмы могут приспосабливаться к несвойственной им температуре.

Температурные пределы роста определяются терморезистентностью ферментов и клеточных структур, содержащих белки.

Среди мезофилов встречаются формы с высоким температурным максимумом и низким минимумом. Такие микроорганизмы называют термотолерантными.

Действие высоких температур на микроорганизмы. Повышение температуры выше максимальной может привести к гибели клеток. Гибель микроорганизмов наступает не мгновенно, а во времени. При незначительном повышении температуры выше максимальной микроорганизмы могут испытывать «тепловой шок» и после недлительного пребывания в таком состоянии они могут реактивироваться.

Механизм губительного действия высоких температур связан с денатурацией клеточных белков. На температуру денатурации белков влияет содержание в них воды (чем меньше воды в белке, тем выше температура денатурации). Молодые вегетативные клетки, богатые свободной водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые, обезвоженные.

Термоустойчивость – способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития.

Гибель микроорганизмов наступает при разных значениях температур и зависит от вида микроорганизма. Так, при нагревании во влажной среде в течение 15 мин при температуре 50–60 °С погибает большинство грибов и дрожжей; при 60–70 °С – вегетативные клетки большинства бактерий, споры грибов и дрожжей уничтожаются при 65–80° С. Наибольшей термоустойчивостью обладают вегетативные клетки термофилов (90–100 °С) и споры бактерий (120 °С).

Высокая термоустойчивость термофилов связана с тем, что, во первых, белки и ферменты их клеток более устойчивы к температуре, во вторых, в них содержится меньше влаги. Кроме того, скорость синтеза различных клеточных структур у термофилов выше скорости их разрушения.

Термоустойчивость спор бактерий связана с малым содержанием в них свободной влаги, многослойнойоболочкой, в состав которой входит кальциевая сольдипиколиновой кислоты.

На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также стерилизация и пастеризация. Пастеризация – процесс нагревания до 100˚С при котором происходит уничтожение вегетативных клеток микроорганизмов. Стерилизация – полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Процесс стерилизации ведут при температуре выше 100 °С.

Влияние низких температур на микроорганизмы. К низким температурам микроорганизмы более устойчивы, чем к высоким. Несмотря на то, что размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибели клеток не происходит, т.к. микроорганизмы переходят в состояние анабиоза (скрытой жизни) и остаются жизнеспособными длительное время. При повышении температуры клетки начинают интенсивно размножаться.

Причинами гибели микроорганизмов при действии низких температур являются:

• нарушение обмена веществ;

• повышение осмотического давления среды вследствие вымораживания воды;

• в клетках могут образоваться кристаллики льда, разрушающие клеточную стенку.

Низкая температура используется при хранении продуктов в охлажденном состоянии (при температуре от 10 до –2 °С) или в замороженном виде (от –12 до –30 °С).

Лучистая энергия. В природе микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Свет необходим для жизнедеятельности фототрофов. Хемотрофы могут расти и в темноте, а при длительном воздействии солнечной радиации эти микроорганизмы могут погибнуть.

Воздействие лучистой энергии подчиняется законам фотохимии: изменения в клетках могут быть вызваны только поглощенными лучами. Следовательно, для эффективности облучения имеетзначение проникающая способность лучей, которая зависит от длины волны и дозы.

Доза облучения, в свою очередь, определяется интенсивностью и временем воздействия. Кроме того, эффект воздействия лучистой энергии зависит от вида микроорганизма, характера облучаемого субстрата, степени обсемененности его микроорганизмами, а также от температуры.

Низкие интенсивности видимого света (350–750 нм) и ультрафиолетовых лучей (150–300 нм), а также низкие дозы ионизирующих излучений либо не влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, либо приводят к ускорению их роста и стимуляции метаболических процессов, что связано с поглощением квантов света определенными компонентами или веществами клеток и переходом их в электронно-возбужденное состояние.

Гибель микроорганизмов под действием ультрафиолетовых лучей связана:

• с инактивацией клеточных ферментов;

• с разрушением нуклеиновых кислот;

• с образованием в облучаемой среде перекиси водорода, озона и т.д.

Следует отметить, что наиболее устойчивыми к действию ультрафиолетовых лучей являются споры бактерий, затем споры грибов и дрожжей, далее окрашенные (пигментированные)клетки бактерий.Наименее устойчивы вегетативные клетки бактерий.

Гибель микроорганизмов под действием ионизирующих излучений вызвана:

• радиолизом воды в клетках и субстрате. При этом образуются свободные радикалы, атомарный водород, перекиси, которые, вступая во взаимодействие с другими веществами клетки, вызывают большое количество реакций, не свойственных нормально живущей клетке;

• инактивацией ферментов, разрушением мембранных структур, ядерного аппарата.

Губительное действие ультрафиолетовых и рентгеновских γ-лучей используется на практике.

Ультрафиолетовыми лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помещений, используют бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей для дезинфекции воды.

Обработка пищевых продуктов низкими дозами гамма-излуче-ний называется радуризацией.

Прохождение коротких и ультрарадиоволн через среду вызывает возникновение в ней переменных токов высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Гибель микроорганизмов в электромагнитном поле высокой интенсивности наступает в результате теплового эффекта, но полностью механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы не раскрыт.

В последние годы сверхвысокочастотная электромагнитная обработка пищевых продуктов все более широко применяется в пищевой промышленности (для варки, сушки, выпечки, разогревания, размораживания, пастеризации и стерилизации пищевых продуктов). По сравнению с традиционным способом тепловой обработки время нагревания СВЧ-энергией до одной и той же температуры сокращается во много раз, в связи с чем полнее сохраняются вкусовые и питательные свойства продукта.

Ультразвук. Ультразвуком называют механические колебания с частотами более 20 000 колебаний в секунду (20 кГц).

Природа губительного действия ультразвука на микроорганизмы связана:

• с кавитационным эффектом. При распространении в жидкости УЗ-волн происходит быстро чередующееся разряжение и сжатие частиц жидкости. При разряжении в среде образуются мельчайшие полые пространства – «пузырьки», заполняющиеся парами окружающей среды и газами. При сжатии, в момент захлопывания кавитационных «пузырьков», возникает мощная гидравлическая ударная волна, вызывающая разрушительное действие;

• с электрохимическим действием УЗ-энергии. В водной среде происходит ионизация молекул воды и активация растворенного в ней кислорода. При этом образуются вещества, обладающие большой реакционной способностью, которые обуславливают ряд химических процессов, неблагоприятно действующих на живые организмы.

Благодаря специфическим свойствам ультразвук все более широко применяют вразличныхобластях техники и технологии многихотраслей народного хозяйства. Ведутся исследования по применению УЗ-энергии для стерилизации питьевой воды, пищевых продуктов (молока, фруктовых соков, вин), мойки и стерилизации стеклянной тары.

Источник

Влияние внешней среды на микроорганизмы

Среди факторов внешней среды наибольшее значение для микроорганизмов имеют физические факторы, к которым относятся температура, свет и другие виды лучистой энергии, влажность, механические воздействия и т. д. Эти факторы могут благоприятствовать или же препятствовать развитию микробов.

Если же хотя бы один фактор будет находиться ниже минимума, организм не сможет развиваться даже при оптимальном значении всех остальных факторов среды.

Температура.

Важнейшим физическим фактором внешней среды является температура. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций процессов обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

О влиянии температуры чаще всего судят по росту и размножению микробов. Для каждого микроорганизма можно определить кардинальные температурные точки. Оказалось, что границы жизни в мире микробов гораздо шире, чем у животных и растений. Они лежат в области от нескольких градусов ниже нуля до 70-90 °С.

Широкие температурные пределы жизни имеют огромное значение для микроорганизмов. Они позволяют развиваться микрофлоре на поверхности земного шара в районах, резко различающихся своими климатическими условиями. Температурные пределы довольно широки и для отдельных видов микроорганизмов (табл. 1).

Таблица 1. Температурные пределы роста некоторых микроорганизмов.

Светящиеся бактерии северных морей

Бациллус субтилис (сенная палочка)

Бациллус антрацис (палочка сибирской язвы)

По отношению к температурным условиям микроорганизмы делят на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

В широком температурном диапазоне могут расти некоторые бактерии, например рода Бациллус (сенная палочка).

Более изучен механизм действия на микробные клетки высоких температур. Так, уже небольшое превышение температурного максимума останавливает процесс жизнедеятельности микроорганизмов.

Дальнейшее незначительное повышение температуры вызывает быстрое отмирание клеток. Причина этого в необратимых изменениях свойств белков цитоплазмы, при которых золи (растворы) переходят в гели (твердое вещество).

Термоустойчивость спор микроорганизмов представляет большую опасность при производстве различных пищевых продуктов.

Свет и другие формы лучистой энергии.

На поверхности земли все микроорганизмы подвергаются действию различных видов лучистой энергии, которые представляют собой электромагнитные колебания с различной длиной волн. Солнечная радиация приносит на поверхность Земли ультрафиолетовые, тепловые и видимые световые лучи. Часть их, поглощаемая атмосферой, теряется, остальные достигают поверхности суши и океана.

В основе действия лучистой энергии лежат химические и физические изменения, которые происходят в организмах или в окружающей среде, вследствие чего она становится непригодной для развития микробов. УФ-лучи адсорбируются белками и нуклеиновыми кислотами клеток. Это вызывает повреждение клеточных структур и химические изменения.

Тепловые (инфракрасные) лучи спектра слабо действуют на микроорганизмы и только нагревают среду.

Рентгеновские лучи (коротковолновые электромагнитные колебания) обладают высокой проникающей способностью.

Короткие и длинные радиоволны не оказывают действия на микроорганизмы, но ультракороткие радиоволны очень активны из-за нагревания среды. Ультразвуковые колебания оказывают определенное биологическое действие и полностью подавляют жизнь микроорганизмов.

Влажность.

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от воды, так как в ней растворяются питательные вещества. При отсутствии свободной воды становится невозможным питание микроорганизмов и останавливается их развитие.

Вследствие разной потребности во влаге микробы неодинаково переносят высушивание. Хорошо сохраняют жизнеспособность при высушивании споры бактерий и грибов, и в сухом виде они длительное время не теряют способности к прорастанию. Например, споры палочки сибирской язвы сохраняются в высушенном виде более 20 лет. Такая стойкость представляет очень большую эпидемиологическую опасность.

Споры и конидии грибов сохраняют способность к прорастанию в течение 2-3 лет.

Давление.

Большинство микроорганизмов развивается обычно в условиях невысокого (100-200 кПа) давления. Глубоководные микроорганизмы в морях и океанах испытывают гораздо большее давление. Вегетативные клетки бактерий, вирусы и другие микроорганизмы погибают при увеличении давления до 600-700 МПа. Споры бактерий переносят давление 2000 МПа. Поэтому для уничтожения микробов применять повышенное давление неэффективно.

Источник

Действие физических факторов на микроорганизмы

Лекция № 10

Словарик

СЫРЬЕ – сырые материалы, предназначенные для дальнейшей обработки. Лекарственное сырье.

ПАСТИ –следить за пасущимся скотом, домашними животными; сущ. Выпас.

УВЯДАТЬ –вянуть. Цветы увядают.

КАРЛИК –растение неестественно маленького роста.

ОТРАВА –ядовитое вещество.

МЫТЬ –смыть, смывать, сущ. Смыв.

ШОК –тяжелое расстройство функций организма из-за физического повреждения;

БЫСТРО ≠ МЕДЛЕННО.

Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы. Стерилизация. Методы и аппаратура. Контроль качества стерилизации. Понятие о дезинфекции, асептике и антисептике.

На микроорганизмы влияют физические, химические и биологические факторы внешней среды. Физические факторы: температура, лучистая энергия, высушивание, ультразвук, давление, фильтрация. Химические факторы: реакция среды (рН), вещества различной природы и концентрации. Биологические факторы – это взаимоотношения микроорганизмов друг с другом и с макроорганизмом, влияние ферментов, антибиотиков.

Факторы окружающей среды могут оказывать на микроорганизмы благоприятное воздействие (стимуляция роста) и отрицательное влияние: микробицидное действие (уничтожающее) и микробостатическое действие (подавление роста), а также мутагенное действие.

Действие температуры на микроорганизмы.

Температура – важный фактор, влияющий на жизнедеятельность микроорганизмов. Для микроорганизмов различают минимальную, оптимальную и максимальную температуру. Оптимальная– температура, при которой происходит наиболее интенсивное размножение микробов. Минимальная – температура, ниже которой микроорганизмы не проявляют жизнедеятельности. Максимальная – температура, выше которой наступает гибель микроорганизмов.

По отношению к температуре различают 3 группы микроорганизмов:

2. Мезофилы. Оптимум – 30-37°С. Минимум – 15-20°С. Максимум – 43-45°С. Обитают в организме теплокровных животных. К ним относятся большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Благоприятное действие оптимальной температуры используется при выращивании микроорганизмов с целью лабораторной диагностики, приготовления вакцин и других препаратов.

Тормозящее действие низких температур используется при хранении продуктов и культур микроорганизмов в условиях холодильника. Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Механизм действия низких температур – затормаживание в клетке процессов метаболизма и переход в состояние анабиоза.

Губительное действие высокой температуры (выше максимальной) используетсяпри стерилизации. Механизмдействия – денатурация белка (ферментов), повреждение рибосом, нарушение осмотического барьера. Наиболее чувствительны к действию высокой температуры психрофилы и мезофилы. Особую устойчивость проявляют споры бактерий.

Действие лучистой энергии и ультразвука на микроорганизмы.

Различают неионизирующее (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи солнечного света) и ионизирующее излучение (g-лучи и электроны высоких энергий).

Ионизирующее излучение обладает мощным проникающим действием и повреждает клеточный геном. Механизм повреждающего действия: ионизация макромолекул, что сопровождается развитием мутаций или гибелью клетки. При этом летальные дозы для микроорганизмов выше, чем для животных и растений.

Механизм повреждающего действия УФ-лучей: образование димеров тимина в молекуле ДНК, что прекращает деление клеток и служит основной причиной их гибели. Повреждающее действие УФ-лучей в большей мере выражено для микроорганизмов, чем для животных и растений.

Ультразвук(звуковые волны 20 тыс. гц)обладает бактерицидным действием. Механизм: образование в цитоплазме клетки кавитационных полостей, которые заполняются парами жидкости и в них возникает давление до 10 тыс. атм. Это приводит к образованию высокореактивных гидроксильных радикалов, к разрушению клеточных структур и деполимеризации органелл, денатурации молекул.

Ионизирующее излучение, УФ-лучи и ультразвук используются для стерилизации.

Действие высушивания на микроорганизмы.

Вода необходима для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Снижение влажности среды приводит к переходу клеток в состояние покоя, а затем и к гибели. Механизм губительного действия высушивания: обезвоживание цитоплазмы и денатурация белков.

Более чувствительны к высушиванию патогенные микроорганизмы: возбудители гонореи, менингита, брюшного тифа, дизентерии, сифилиса и др. Более устойчивы споры бактерий, цисты простейших, бактерии, защищенные слизью мокроты (туберкулезные палочки).

В практике высушивание используется для консервирования мяса, рыбы, овощей, фруктов, при заготовке лекарственных трав.

Высушивание из замороженного состояния под вакуумом – лиофилизация или лиофильная сушка.Ее используют для сохранения культур микроорганизмов, которые в таком состоянии годами (10-20 лет) не теряют жизнеспособности и не меняют свойств. Микроорганизмы находятся при этом в состоянии анабиоза. Лиофилизация используется в производстве препаратов из живых микроорганизмов: эубиотиков, фагов, живых вакцин против туберкулеза, чумы, туляремии, бруцеллеза, гриппа и др.

Действие химических факторов на микроорганизмы.

Химические вещества по-разному влияют на микроорганизмы. Это зависит от природы, концентрации и времени действия химических веществ. Они могут стимулировать рост (используются как источники энергии), оказывать микробицидное, микробостатическое, мутагенное действие или могут быть безразличными для процессов жизнедеятельности

Например: 0,5-2% раствор глюкозы – источник питания для микробов, а 20-40% раствор оказывает угнетающее действие.

Для микроорганизмов необходимо оптимальное значение рН среды. Для большинства симбионтов и возбудителей заболеваний человека – нейтральная, слабощелочная или слабокислая среда. При росте рН сдвигается чаще в кислую сторону, рост микроорганизмов при этом приостанавливается. А затем наступает гибель. Механизм: денатурация ферментов гидроксильными ионами, нарушение осмотического барьера клеточной мембраны.

Химические вещества, которые обладают противомикробным действием, используются для дезинфекции, стерилизации и консервации.

Действие биологических факторов на микроорганизмы.

Биологические факторы – это различные формы влияния микробов друг на друга, а также действие на микроорганизмы факторов иммунитета (лизоцим, антитела, ингибиторы, фагоцитоз) во время их пребывания в макроорганизме. Совместное существование различных организмов – симбиоз. Выделяют следующие формы симбиоза.

Мутуализм– такая форма сожительства, когда оба партнера получают взаимную выгоду (например, клубеньковые бактерии и бобовые растения).

Антагонизм – форма взаимоотношений, когда один организм наносит вред (вплоть до гибели) другому организму своими продуктами метаболизма (кислоты, антибиотики, бактериоцины), благодаря лучшей приспособленности к условиям среды, путем непосредственного уничтожения (например, нормальная микрофлора кишечника и возбудители кишечных инфекций).

Метабиоз– форма сожительства, когда один организм продолжает процесс, вызванный другим (использует его продукты жизнедеятельности), и освобождает среду от этих продуктов. Поэтому создаются условия для дальнейшего развития (нитрифицирующие и аммонифицирующие бактерии).

Сателлизм– один из сожителей стимулирует рост другого (например, дрожжи и сарцины вырабатывают вещества, способствующие росту других, более требовательных к питательным средам, бактерий).

Комменсализм– один организм живет за счет другого (извлекает выгоду), не причиняя ему вреда (например, кишечная палочка и организм человека).

Хищничество– антагонистические взаимоотношения между организмами, когда один захватывает, поглощает и переваривает другой (например, кишечная амеба питается кишечными бактериями).

Паразитизм – форма антагонистических отношений, когда один организм использует другой для обеспечения своей жизнедеятельности как источник питания и среду для обитания с причинением ему вреда (например, бактериофаги – паразиты бактерий).

Стерилизация – это процесс полного уничтожения в объекте всех жизнеспособных форм микробов, в том числе спор.

Различают 3 группы методов стерилизации: физические, химические и физико-химические. Физические методы:стерилизация высокой температурой, Уф облучением, ионизирующим облучением, ультразвуком, фильтрованием через стерильные фильтры. Химические методы – использование химических веществ, а также газовая стерилизация. Физико-химические методы – совместное использование физических и химических методов. Например, высокая температура и антисептики.

Стерилизация высокой температурой.

К этому методу относятся: 1) стерилизация сухим жаром; 2) стерилизация паром под давлением; 3) стерилизация текучим паром; 4) тиндализация и пастеризация; 5) прокаливание; 6) кипячение.

Стерилизация сухим жаром.

Метод основан на бактерицидном действии нагретого до 165-170°С воздуха в течение 45 мин.

Аппаратура: сухожаровой шкаф (печь Пастера). Печь Пастера – металлический шкаф с двойными стенками, обшитый снаружи материалом, плохо проводящим тепло (асбест). Нагретый воздух циркулирует в пространстве между стенками и выходит наружу через специальные отверстия. При работе необходимо строго следить за нужной температурой и временем стерилизации. Если температура будет более высокой, то произойдет обугливание ватных пробок, бумаги, в которую завернута посуда, а при более низкой температуре требуется более длительная стерилизации. По окончании стерилизации шкаф открывают только после его остывания, иначе стеклянная посуда может потрескаться из-за резкой смены температуры.

Материал и режим стерилизации:

а) стеклянные, металлические, фарфоровые предметы, посуда, завернутые в бумагу и закрытые ватно-марлевыми пробками для сохранения стерильности (165-170°С, 45 мин);

в) минеральные и растительные масла, жиры, ланолин, вазелин, воск (180-200°С, 20-40 мин).

Стерилизация паром под давлением.

Наиболее эффективный и широко применяемый в микробиологической и клинической практике метод.

Метод основан на гидролизующем действии пара под давлением на белки микробной клетки. Совместное действие высокой температуры и пара обеспечивает высокую эффективность этой стерилизации, при которой погибают самые стойкие споровые бактерии.

Материал и режим стерилизации:

в) минеральные, растительные масла в герметически закрытых сосудах (119-121°С, 120 мин);

Стерилизация текучим паром.

Метод основан на бактерицидном действии пара (100°С) в отношении только вегетативных клеток.

Аппаратура – автоклав с незавинченной крышкой или аппарат Коха.

Материал и режим стерилизации.Этим методом стерилизуют материал, который не выдерживает температуру выше 100°С: питательные среды с витаминами, углеводами (среды Гисса, Эндо, Плоскирева, Левина), желатином, молоко.

В промежутках между стерилизациями материал выдерживают при комнатной температуре для того, чтобы проросли споры в вегетативные формы. Они будут погибать при последующем нагревании при 100°С.

Тиндализация и пастеризация.

Источник