Лечебный факультет

Педиатрический факультет

КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ ТГМА

Занятие № 7

ДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Цель занятия:

изучить действие на микробы физических и химических факторов; понятия «асептика» и «антисептика»; методы стерилизации и аппаратуру.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ:

Действие на микроорганизмы высоких и низких температур, давления. Понятие «стерилизация».

Понятия «асептика» и «антисептика»

Методы стерилизации, аппаратура.

Действие на микроорганизмы факторов высушивания. Лиофильное высушивание.

Действие света, ультразвука, лучистой энергии, ионизирующей радиации.

Действие химических факторов на микробы. Дезинфицирующие и антисептические вещества.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

готовить посуду к стерилизации в сухожаровом шкафу и автоклаве;

оценить результаты контроля стерильности работы автоклава и сухожарового шкафа;

оценить результаты определения чувствительности микробов к антимикробным веществам (дезинфектанты, антисептики).

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

об индексе токсичности при применении антисептиков; о режиме асептики при изготовлении лекарств; о химических консервантах крови, биопрепаратов, живых вакцин.

Методические указания

Работа № 1. Методы и режим стерилизации различных материалов

Цель: изучить методы стерилизации различных материалов.

Разработать и занести в тетрадь таблицу «Методы и режим стерилизации различных материалов».

Дано: таблица.

МЕТОДЫ И РЕЖИМ СТЕРИЛИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Метод стерилизации	Аппаратура	Температура	Время (мин)	Материал
Кипячение
Прокаливание
Автоклавирование
Сухим жаром
Пастеризация
Тиндализация
Фильтрование
Лиофильная сушка
Лучистая энергия
Ионизирующая радиация

Работа № 2. Контроль эффективности стерилизации

Цель: оценить качество работы автоклава. Объяснить механизм стерилизации.

Результат:

Работа № 3. Определение чувствительности микроорганизмов к антисептикам

Цель: оценить чувствительность микробных клеток к антисептикам. Объяснить механизм действия антисептика в каждом конкретном случае. Зарисовать. Сделать вывод.

Дано: опыт № 2 (посев кишечной палочки с внесенными антисептиками - йод, метиленовый синий, карболовая кислота, хлорамин); таблица «Классификация антисептиков по механизму действия» (см. методические рекомендации).

Результат:

Теоретическая справка

Влияние физических факторов на микроорганизмы

Температура является наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность микробов. Температура, необходимая для роста и размножения бактерий одного и того же вида варьирует в широких пределах. Различают температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум соответствует физиологической норме данного вида микробов, при которой размножение происходит быстро и интенсивно. Для большинствапатогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует37 0 С.

Температурный минимум соответствует температуре, при которой данный вид микробане проявляет жизнедеятельность .

Температурный максимум – температура, при которой рост и размножение прекращается,все процессы метаболизма снижаются и может наступить гибель.

В зависимости от температуры, оптимальной для жизнедеятельности, различают 3 группы микроорганизмов:

1) психрофильные , холодолюбивые, размножающиеся при температуре ниже 20 0 С (иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонады, вызывающие заболевания человека. Размножаясь в пищевых продуктах, они более вирулентны при низких температурах);

2) термофильные , оптимум развития которых лежит в пределах 55 0 С (в организме теплокровных не размножаются и медицинского значения не имеют);

3) мезофильные , активно размножаются при температуре 20-40 0 С, оптимум температуры развития для них 37 0 С (патогенные для человека бактерии).

Микроорганизмы хорошо выдерживают низкие температуры. На этом основано длительное сохранение бактерий в замороженном состоянии. Однако ниже температурного минимума проявляется повреждающее действие низких температур, обусловленное разрывом клеточной мембраны кристаллами льда и приостановкой метаболических процессов.

Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Это лежит в основе консервации субстратов (в частности, пищевых продуктов) холодом.

Губительное действие высокой температуры (выше температурного максимума для каждой группы) используется при стерилизации. Стерилизация – обеспложивание – это процесс умерщвления на изделиях или в изделиях или удаление из объекта микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития, включая споры (термические и химические методы и средства). Для гибели вегетативных форм бактерий достаточно действия температуры 60 0 С в течение 20-30 мин; споры погибают при 170 0 С или при температуре 120 0 С пара под давлением (в автоклаве).

Асептика – комплекс мероприятий, направленных против возможности попадания микроорганизмов в рану, ткани, органы, полости тела больного при хирургических операциях, перевязках, инструментальных исследованиях, а также на предотвращение микробного и другого загрязнения при получении стерильной продукции на всех этапах технологического процесса.

Антисептика – комплекс лечебно-профилактических мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов, способных вызвать инфекционный процесс на поврежденных или интактных участках кожи или слизистых оболочек.

Дезинфекция – обеззараживание объектов окружающей среды: уничтожение патогенных для человека и животных микроорганизмов с помощью химических веществ, обладающих антимиробным действием.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивной и активного транспорта питательных веществ в цитоплазму клетки. Снижение влажности (высушивание) приводит к переходу клетки в стадию покоя, а затем к гибели. Наименее устойчивыми к высушиванию являются патогенные микроорганизмы – менингококки, гонококки, трепонемы, бактерии коклюша, ортомиксо-, парамиксо- и герпес-вирусы. Микобактерии туберкулеза, вирус натуральной оспы, сальмонеллы, актиномицеты, грибы устойчивы к высушиванию. Особой устойчивостью к высушиванию обладают споры бактерий. Устойчивость к высушиванию повышается, если микробы предварительно замораживают. Для сохранения жизнеспособности и стабильности свойств микроорганизмов в произ­водственных целях используется метод лиофильной сушки - высушивание из замороженного состояния под глубоким вакуумом.

В процессе лиофилизации производят: 1) предварительное замораживание материала при t -40 0 - -45 0 С в спиртовых ваннах в течение 30-40 мин; 2) осуществляют сушку из замороженного состояния в вакууме в сублимационных аппаратах в течение 24-28 часов.

Процесс высушивания имеет 2 фазы: сублимация льда при t ниже 0°С и де­сорбцию - удаление части свободной и связанной воды при t выше 0°С.

Лиофилизацию используют для получения сухих препаратов, когда не проис­ходит денатурации белков и не изменяется структура материала (антисыворотки, вакцины, сухая бактериальная масса). В лабораторных условиях лиофилизированные культуры микробов сохраняются в течение 10-20 лет, причем культура остает­ся чистой и не подвергается мутациям.

Прокаливание производят в пламени спиртовки или газовой горелки. Этим способом стерилизуют бактерирологические петли, препаровальные иглы, пинцеты и некоторые другие инструменты.

Кипячение применяют для стерилизации шприцев, мелкого хирургического инструментария, предметных, покровных стекол и т.д. Стерилизацию проводят в стерилизаторах, в которые наливают воду и доводят ее до кипения. Для устранения жесткости и повышения температуры кипения к воде добавляют 1-2% бикарбонат натрия. Инструменты обычно кипятят в течение 30 мин. Данный метод не обеспечивает полной стерилизации, так как споры бактерий при этом не погибают.

Пастеризация - стерилизация при 65-70°С в течение 1 часа для уничтожения бесспоровых микроорганизмов (молоко освобождается от бруцелл, микобактерий туберкулеза, шигелл, сальмонелл, стафилококков) Хранят на холоде

Тиндализация - дробная стерилизация материалов при 56-58 0 С в течение 1 часа 5-6 дней подряд. Применяется для стерилизации легко разрушающихся при высокой температуре веществ (сыворотка крови, витамины и др.).

Действие лучистой энергии на микроорганизмы. Солнечный свет, особенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегета­тивные формы микробов в течение нескольких минут.

Инфракрасное излучение используется для стерилизации объектов, которая достигается за счет теплового воздействия температурой 300 0 С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободнорадикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки.

Для дезинфекции воздуха помещений лечебно-профилактических учрежде­ний и аптек широко используются ртутно-кварцевые и ртутно-увиолевые лампы, являющиеся источником ультрафиолетовых лучей. При действии УФЛ с длиной волны 254 нм в дозе 1,5-5 мк Вт т/с на 1 см 2 при 30-ти минутной экспозиции погибают все вегетативные формы бактерий. Повреждающее действие УФ излуче­ния вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели.

Ионизирующая радиация обладает мощным проникающим и повреждаю­щим действием на клеточный геном микробов. Для стерилизации инструментов одноразового использования (игл, шприцев) используют гамма-излучение, источ­ником которого являются радиоактивные изотопы 60 Со и 137 Сs в дозе 1,5-2 МN.рад. Этим методом стерилизуют также системы переливания крови и шовный матери­ал. Действие ультразвука в определенных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объек­тов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источ­ником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвергаются жидкие среды, в которых убиваются не только вегетативные формы, но и споры.

Стерилизация фильтрованием - освобождение от микробов материала, ко­торый не может быть подвергнут нагреванию (сыворотка крови, ряд лекарств). Используются фильтры с очень мелкими порами, не пропускающими микробы: из фарфора (фильтр Шамберлена), каолина, асбестовых пластинок (фильтр Зейтца). Фильтрование происходит под повышенным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединя­ется нагнетающий или разрежающий насос. Прибор стерилизуют в автоклаве.

В естественной среде обитания и в случае искусственного культи­вирования микроорганизмов на них влияют многочисленные факто­ры, которые условно разделяют на физические, химические и биоло­гические.

Физические, химические и биологические факторы окружающей среды оказывают различное воздействие на микроорганизмы: бактери­цидное, приводящее к гибели клетки; бактериостатическое, подавля­ющее рост и размножение микроорганизмов, и мутагенное, приводя­щее к изменению наследственных свойств микробов.

К физическим факторам относят температуру; замораживание; вы­сушивание; давление; различные виды излучений; аэронизацию; уль­тразвук; электричество.

Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру тела, поэтому их существование определяется температурой окружа­ющей среды. Для каждого вида микроорганизмов существует мини­мальная температура, ниже которой их рост не наблюдается; опти­мальная - при которой микроорганизмы растут с наибольшей ско­ростью и максимальная - выше которой роста не происходит. Данные три температурные точки называют кардинальными. Они весьма харак­терны для определенных видов и даже штаммов бактерий. Микроорга­низмы по их адаптации к определенным температурным условиям раз­деляют на следующие группы: психрофилы, мезофиллы, термофилы и экстремально-термофильные.

Психрофилы (от гр. psychros - холодный, phileo - люблю) - микро­организмы, для которых температурный минимум составляет 0 °С, оп­тимум - 15-20, максимум - 30-35 °С. Эти бактерии являются обита­телями холодных районов земного шара, горных ледников, пещер, воды колодцев и родников, сточных вод.

Для психрофилов характерна очень длительная лаг-фаза и неболь­шая скорость роста. Они могут вызывать порчу продуктов в холодиль­никах, погребах, ледниках. К психрофилам относят светящиеся бакте­рии, некоторые железобактерии, иерсинии, псевдомонады, возбудите­лей паратуберкулеза.

Мезофилы (от гр. mesos - средний, phileo - люблю) - микробы для которых температурный минимум составляет 10 °С, оптимум - 30-38, максимум - 40-45 °С. К мезофиллам относят большинство сапрофи-тов, условно-патогенных и патогенных микробов. Например, сальмо­неллы, эшерихии, возбудитель сибирской язвы и др.

Термофилы (от гр. termos - теплый, phileo - люблю) - теплолюбивые микроорганизмы, для которых температурный минимум составляет 35 °С, оптимум - 50-60, максимум - 70-75 °С. Эти микробы могут обитать в пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жар­ким климатом, в горячих источниках. Термофилов обнаруживают во всех широтах. Развиваются они очень быстро. Эти микробы участвуют в процессах самонагревания навоза, мусора, зерна, комбикорма, сена. Термофилов, образующих тепло, принято называть термогенными. Под их влиянием происходит самонагревание в основном раститель­ной массы и выделение большого количества тепла. Тепло образуется вследствие разложения органических веществ, при этом выделяются горючие газы метан и водород, что часто приводит к самовозгоранию разлагающихся масс.

Для экстремально-термофильных бактерий температурный мини­мум колеблется в пределах 25-30 °С, оптимум - 50-60, максимум - 80-93 °С.

Возможность существования термофилов при высокой температуре объясняют следующими особенностями: высоким содержанием в кле­точных мембранах длинноцепочечных С 17 -С 19 насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями; высокой термостабильностью бел­ков и ферментов; термостабильностью клеточных структур.

Постоянное место обитания термофильных бактерий - терминаль­ные (горячие) источники. В таких источниках могут развиваться эубактерии и архебактерии, аэробные и анаэробные, фототрофные, хемолитотрофные и гетеротрофные микроорганизмы, цианобактерии.

При воздействии на микробы низкой температуры они переходят в состояние анабиоза, в котором бактерии могут оставаться жизнеспо­собными в течение нескольких месяцев и даже лет. Например, листерии остаются жизнеспособными при -10 °С в течение трех лет. Микробы могут переносить температуру до-190 °С и даже-252 °С. Наибольшую опасность при замораживании представляет не сама низкая температу­ра, а кристаллы льда внутри клетки, которые могут повредить ее меха­нически. Низкая температура прерывает действие гнилостных и бродильных процессов. Недаром продукты хранят в холодильниках, пог­ребах, ледниках.

При промышленном производстве живых вакцин применяют метод лиофшшзации (от гр. lyo - растворять, phileo - люблю). При лиофилизации вода подвергается замораживанию, а затем происходит сублима­ция льда, т. е. его переход из твердого в парообразное состояние, жид­кая фаза выпадает.

Высокая температура губительно действует на микробы. В основе бактерицидного действия высокой температуры лежат угнетение фер­ментов, денатурация белков, нарушение осмотического барьера. Высо­кая температура применяется для стерилизации различных объектов.

Высушивание - обезвоживание отрицательно влияет на микробы. В высушенном состоянии они не могут расти и размножаться. Клетки переходят в анабиотическое состояние. Наиболее чувствительны к вы­сушиванию вегетативные формы микробов (особенно патогенные). Споровые формы микробов в высушенном состоянии не теряют своей жизнеспособности многие годы. Высушивание под вакуумом из замо­роженного состояния - лиофилизацию используют для получения ценных производственных и музейных штаммов культур микробов в су­хом виде, что позволяет хранить их без потери жизнеспособности и био­логических свойств в течение длительного срока (годами). Высушива­ние используют для консервирования овощей, фруктов, лекарственных трав, кормов.

Большое влияние на микроорганизмы оказывает гидростатическое и осмотическое давление. Бактерии, устойчивые к высокому давлению, называют барофильными (от гр. bams - тяжесть, phileo - люблю). На дне Тихого и Индийского океанов обитают бактерии, которые выдержива­ют давление до 11 370 Па. Большинство микробов при давлении выше 4900 Па погибают, так как давление вызывает денатурацию белков, ина­ктивацию ферментов, повышает диссоциацию. Повышенное давление в сочетании с высокой температурой используют в автоклавах с целью стерилизации различных материалов и лабораторной посуды.

Осмотическое давление определяется концентрацией растворенных в среде веществ. Оно играет важную роль в процессе питания. Бактерии питаются путем осмоса и диффузии. Осмотическое давление внутри клетки равно примерно давлению 10-20 %-го раствора сахарозы. В среде с низким осмотическим давлением вода поступает в клетку и наступает ее разрыв - плазмоптиз. В среде с высоким осмотическим давлением вода покидает клетку и происходит ее гибель - плазмолиз. Существуют микробы, способные расти и размножаться при высокой концентрации солей в среде - галофилы (любящие соль), например микрококки, сарцины, стафилококки. Их ферменты активны при повышенном содер­жании соли.

Различные виды излучений действуют на микробы бактерицидно. Степень бактерицидности зависит от вида излучения, его дозы, дли­тельности (экспозиции) воздействия на микроорганизмы. К излучени­ям относят видимый свет; невидимые инфракрасные лучи; рентгенов­ские лучи (а, в и y иуизлучения); космические лучи; невидимые ультра­фиолетовые лучи.

Видимый свет отрицательно действует на микроорганизмы, поэтому микробы выращивают на питательных средах в полной темноте в тер­мостатах. Прямые солнечные лучи губительно действуют на все виды микробов, за исключением пурпурных и зеленых серобактерий. Свет вызывает образование в клетке гидроксильных радикалов, которые и яв­ляются причиной ее гибели. Сапрофиты более устойчивы к свету, так как они эволюционно адаптированы к нему. Патогенные микробы весьма чувствительны к свету, что имеет гигиеническое значение. Уль­трафиолетовые лучи высокобактерицидны, они подавляют реплика­цию ДНК и РНК. В качестве источника ультрафиолетовых лучей слу­жат ртутно-кварцевые (ПРК) и бактерицидные (БУВ) лампы. Ультра­фиолетовые лучи используют для санации воздуха в животноводческих помещениях, стерилизации боксов в биологической промышленности, научно-исследовательских институтах, медучреждениях, ветлабораториях.

Из рентгеновских лучей наиболее бактерицидны улучи. Они пора­жают генетический аппарат, что приводит к гибели клетки. Эти лучи применяют для стерилизации хирургических инструментов, перевязоч­ного материала. Кроме того, их используют для холодной стерилиза­ции, т. е. обработки биопрепаратов. Холодная стерилизация губительно действует на микробные клетки, но не снижает качества препаратов.

Электроток ультравысокой частоты приводит в колебание молекулы всех ингредиентов клетки, происходит нагревание всей массы микро­бов, наблюдаются необратимые деструктивные изменения, что вызы­вает гибель микробов.

К числу основных физических факторов, воздействующих на микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относят температуру, свет, электричество, высушивание, различные виды излучения, осмотическое давление и др.

Температура . О влиянии температуры на микроорганизмы судят по их способностирасти и размножаться в определенных температурных границах. Для каждого вида микроорганизмов определена оптимальная температура развития. В зависимости от пределов этой температуры бактерии разделены на три физиологические группы:

· Психрофильные микроорганизмы (психрофилы) – способны расти и размножаться от 0 0 С до 30…35 0 С, а температурный оптимум составляет 15…20 0 С. Среди представителей этой группы обитатели северных морей, почвы, сточных вод.

· Мезофильные бактерии – способны расти и размножаться при температуре от 10 0 С до 40…45 0 С, температурный оптимум – 30…37 0 С. Наиболее обширная группа микроорганизмов, в нее включают большинство сапрофитов ивсе патогенные микроорганизмы.

· Термофильные бактерии – способны расти и размножаться в температурных границах от 35 0 С до 70…75 0 С, температурный оптимум – 50…60 0 С. Микроорганизмы этой группы довольно часто встречаются в природе: почве, воде, теплых минеральных источниках, пищеварительномтракте животных и человека

· Экстремально-термофильные бактерии – способны существовать при температурах от 40 до 93 0 С и выше. Возможность существования при высоких температурах обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков, ферментов и клеточных структур.

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микроорганизмы. При низких температурах клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время. Так, эшерихии сохраняют жизнеспособность при -190 0 С до 4 месяцев, возбудитель листериоза при -10 0 С до 3 лет. Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе основано сохранение продуктов в холодильниках.

Высокая температура губительно действует на микробы. Чем выше температура, тем меньшее время необходимо для инактивации микроорганизмов. В основе бактерицидного действия высоких температур лежит разрушение ферментов за счет денатурации белков и нарушения осмотического барьера.

Разные виды микроорганизмов обладают различной устойчивостью к высоким температурам, значительно отличается устойчивость спор и вегетативных клеток. Так большинство вегетативных форм патогенных микроорганизмов гибнут при температуре 80…100 0 С в течение 1 минуты, а споры возбудителя сибирской язвы выдерживают кипячение более 1 часа.

Действие видимого излучения (света) .

Видимый (рассеянный свет), имеющий длину волны 300…1000 нм, обладает способность угнетать рост и жизнедеятельность большинства микроорганизмов. В связи с этим культивирование микроорганизмов осуществляют в темноте. Видимый свет положительно влияет только на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза.

Прямые солнечные лучи действуют на микроорганизмы более активно, чем рассеянный свет. Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, разрушающих вещества, входящие в состав клетки. Например, происходит инактивация ферментов.

Микроорганизмы-сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные. Это объясняется тем, что они, чаще подвергаясь действию прямых солнечных лучей, более адаптированы к ним. В связи с этим следует отметить большую гигиеническую роль солнечного света. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение .

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 295…200 нм является бактерицидно активным, то есть способным губительно действовать на микроорганизмы. Механизм действия ультрафиолетового излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать рибонуклеиновые кислоты (особенно мРНК).

Ультрафиолетовое излучение широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях, в промышленных цехах, микробиологических боксах. Для дезинфекции воздуха промышленность выпускает различные лампы. В животноводческой практике широко применяют установки ИКУФ-1, как источник ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Ионизирующее излучение .

Ионизирующее (рентгеновское) излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,006…10нм. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, бета-излучение и альфа-излучение. Наиболее активным действие на биологические объекты отличается гамма-излучение, но даже его бактерицидные свойства значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45000 до 280000 рентген. Отдельные виды способны выживать в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2…3 млн. рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших дозгамма-излучения на патогенные микроорганизмы, способны усилить их вирулентные свойства.

Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, что приводит к гибели микробной клетки или изменению ее генетических свойств (мутации).

Электричество .

Электрический ток малой и высокой частоты уничтожает микроорганизмы. Особенно сильным бактерицидным действием обладают токи ультравысокой частоты. Они приводят в колебание молекулы всех элементов клетки, вследствие чего происходит быстрое и равномерное нагревание всей массы клетки не зависимо от температуры окружающей среды. Кроме того, установлено, что длительное воздействие токов высокой частоты приводит к электрофорезу некоторых компонентов питательной среды. Образующиеся при этом соединения инактивируют микробную клетку.

Ультразвук .

Механизм бактерицидного действия ультразвука (волны с частотой 20 000 Гц) заключаетсяв том, что в цитоплазме микроорганизмов, находящихся в жидкой среде, образуется кавитационная полость, которая заполняется парами жидкости, в пузырьке возникает давление, что приводит к дезинтеграции цитоплазматических структур. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов и дезинфекции предметов.

Аэроионизация .

Аэроионы, несущие положительный или отрицательный заряд, возникают в воздухе при искусственной или естественной ионизации. Наибольшее влияние на бактерии оказывают отрицательно заряженные ионы, действуя уже в средних концентрациях (5*10 4 в 1 см 3 воздуха). Положительно заряженные ионы обладают менее выраженным бактерицидным действием, они способны задерживать рост и развитие микроорганизмов только в больших концентрациях (10 6 в 1 см 3 воздуха). Сила действия аэроионов зависит от их концентрации, длительности экспозиции и расстояния от источника. Используют аэроионы для обеззараживания воздуха жилых помещений, цехов предприятий, медицинских учреждений.

Почти все факторы физического воздействия на микроорганизмы могут быть использованы с целью стерилизации. Стерилизация – уничтожение патогенных и непатогенных микроорганизмов, их вегетативных и споровых форм в каком-либо объекте. Стерилизации подвергают питательные среды, стеклянную посуду, инструменты, перевязочный материал, халаты. Стерилизации также подвергают воздух и предметы в микробиологических боксах.

Механизм действия различных методов стерилизации не одинаков, но в основе каждого лежит способность нарушать жизненные процессы микробной клетки (денатурация белков, угнетение функции ферментных систем).

Физические методы стерилизации:

1. Прокаливание (фламбирование). Подвергаются металлические предметы (петли, иглы, скальпель, ножницы, шпатель).

2. Стерилизация путем кипячения. Кипячением стерилизуют иглы, шприцы, пинцеты, ножницы, скальпели и другие инструменты, которые раскладывают в стерилизаторах на решетчатые вставки. В стерилизатор наливают дистиллированную воду в количестве, достаточном для полного закрывания инструментов. В воду можно добавлять 2% гидрокарбоната натрия. Кипятят в течение 25 – 30 минут.

3. Стерилизация сухим жаром. Стерилизация осуществляется при помощи сухого нагретого воздуха в сушильном шкафу с двойными стенками (печь Пастера). Снаружи шкаф облицован теплонепроницаемым материалом. Контроль температурного режима осуществляется при помощи температурного датчика. В сушильном шкафу стерилизуют чистую, предварительно высушенную стеклянную посуду, завернутую в пергаментную бумагу. Режимы стерилизации: 155…160 0 –2 часа; 165…170 0 – 1…1,5 часа; 180 0 – 1 час. Время экспозиции отмечают от момента достижения температурой заданного значения.

4. Стерилизация текучим паром. Стерилизацию проводят в аппарате Коха, который представляет собой сосуд с неплотно закрытой крышкой. На дне аппарата имеется решетчатая подставка, до уровня которой наливают воду. На подставку помещают сосуд с решетчатым дном, в котором находятся объекты, подлежащие стерилизации (питательные среды). В процессе кипения воды образуются пары, нагревающие содержимое сосуда. Время стерилизации – 30…40 минут. Однократная стерилизация уничтожает только вегетативные формы бактерий, а споры сохраняют свою жизнеспособность, стерилизацию проводят «дробно» - три дня подряд. Таким способом стерилизуют среды с углеводами, молоко, среды с желатиной, то есть субстраты, которые не выдерживают нагревания более 100 0 С, длительного действия пара или сухого жара.

5. Тиндализация – это дробная стерилизация в водяной бане при 56…58 0 С в течение 5…6 суток: в первый день прогревают в течение 2 часов, в последующие дни – по1 часу. Метод используется для стерилизации материалов, разрушающихся при температуре выше 58…60 0 С – веществ, содержащих белки (сыворотка крови).

6. Пастеризация – это метод не полной стерилизации, используемы с целью сохранения питательной ценности пищевого продукта, которая может снижаться при кипячении. Продукт нагревают при 80 0 С в течение 30 минут, а затем резко охлаждают до 4…8 0 С. Резкое охлаждение препятствует прорастанию спор и последующему размножению бактерий.

7. Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Это самый эффективный метод стерилизации. Принцип стерилизации основан на том, что чистый насыщенный водяной пар при высоком давлении, конденсируясь, повышает температуру внутри автоклава выше температуры кипения. При повышении давления пара соответственно повышается и температура в стерилизационной камере: 50,6 кПа (0,5 атм.) – 110…112 0 С, 101,3 кПа (1 атм.) – 120…121 0 С, 151,9 кПа (1,5 атм.) – 124…126 0 С, 202,6 кПа (2 атм.) – 132…133 0 С.Конструкции и объем стерилизационной камеры автоклавов могут быть различными (горизонтальные и вертикальные), но принцип действия остается таким же. В автоклаве стерилизуют питательные среды, выдерживающие температуру выше 100 0 С, стеклянную посуду, завернутую в бумагу, перевязочный материал, халаты (в биксах). Кроме того, обеззараживают микробные культуры, отработанные питательные среды, посуду. Режимы работы автоклава нуждаются в постоянном контроле. Для этого используют химические и биологические методы.

8. Стерилизация фильтрованием . Осуществляется пропускание материала через бактериологические фильтры. Фильтрация связана с механической задержкой бактерий мелкопористыми фильтрами и с адсорбционной способностью материала из которого изготовлен фильтр. Фильтрации обычно подвергают жидкости не выдерживающие нагревания. Различают фильтры:

· керамические – их изготавливают из каолина или кварцевого песка;

· асбестовые - фильтры Зейтца (пластины из смеси асбеста с целлюлозой);

· мембранные – имеют вид тонких листков белой бумаги, ихготовят из гемицеллюлозы, обработанной соответствующими реактивами, температурой и прессованием. Эти фильтры различают по диаметру и величине пор, имеют наиболее точную калибровку.

Стерильность фильтратов контролируют высевом на питательные среды с термостатированием.

9. Стерилизация ультрафиолетовым излучением. В лаборатории источником ультрафиолетового излучения обычно служат бактерицидные лампы, используемые для обеззараживания воздуха.

Стерилизация ультразвуком. С помощью ультразвука стерилизуют воду, молоко, некоторые продукты, кожевенное сырье. Стерилизующее действие ультразвука связано с разрушением бактериальной клетки под действием кавитационных полостей, возникающих в цитоплазме.

Факторы внешней среды постоянно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов. При благоприятных условиях наблюдаются быстрый рост и размножение микробов. В условиях, неблагоприятных для жизнедеятельности, развитие замедляется, и далее может наступить их гибель. Факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, подразделяют на физические, химические и биологические.

Физические факторы. К физическим факторам внешней среды, влияющим на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся температура, влажность, свет и др.

Влияние температуры. Микроорганизмы могут переносить значительные колебания температуры. Для нормальной жизнедеятельности микробной клетки необходима определенная температура. Различают три температурные точки: оптимальную, минимальную и максимальную, при которых может проявляться их жизнедеятельность различной интенсивности. Оптимальная температура та, при которой наиболее интенсивно растут и развиваются микроорганизмы. Минимальная температура - это самая низкая, при которой еще возможно развитие микробов. Ниже этой температуры микроорганизмы снижают свою биохимическую активность, но не погибают, а переходят в анабиотическое состояние, т.е. состояние скрытой жизни, напоминающее зимнее оцепенение многих хладнокровных (лягушек, змей, ящериц). Максимальная - это самая высокая температура, при которой еще возможны рост и развитие микроба. Выше максимальной температурной точки микроб погибает.

В зависимости от температуры, к которой микроорганизмы приспособились в процессе длительной эволюции, их подразделяют на психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы (холодолюбивые) способны развиваться при низкой температуре. Оптимальной для них является температура 15-20 °С, минимальной 0-10, максимальной 30-35 °С. К этой группе относятся некоторые представители кокковой микрофлоры, плесневые грибы, железобактерии и др., вызывающие порчу продуктов при хранении в холодильниках.

Мезофилы - группа микроорганизмов, которые развиваются при средних температурах. Оптимальной для них является температура 30-37 °С, минимальной 10, максимальной 43-50°С. К этой группе относятся многие плесневые грибы, дрожжи, гнилостные и все патогенные микроорганизмы.

Термофилы (теплолюбивые) - микробы, развивающиеся при сравнительно высокой температуре. Оптимальной для них является температура 50-60 °С, минимальной 35, максимальной 75-85 °С. Термофилы являются основными возбудителями порчи мясных и мясорастительных консервов, принимают участие в самонагревании силоса, влажного зерна, сена, хлопка, муки и др. Некоторые термофильные микробы (споровые палочки) сохраняют жизнедеятельность при температуре выше 85 °С.

Микроорганизмы весьма устойчивы к охлаждению и замораживанию. Некоторые виды бактерий и плесневых грибов выдерживают температуру жидкого воздуха (- 190 °С) и жидкого водорода (- 253 °С). Очень устойчивыми к низкой температуре являются вирусы. При низкой температуре все же происходит ряд изменений, которые могут привести к гибели микроба. Скорость отмирания микробов при замораживании зависит от вида микроба, температуры замораживания, кратности замораживания и оттаивания, вида и продолжительности хранения продукта в замороженном состоянии и др.

Высокая температура, вызывающая гибель микробной клетки, называется летальной. Губительное действие высокой температуры обусловливается повреждением коллоидного состояния плазмы, денатурацией белка с последующей коагуляцией его, а также нарушением ферментативных систем. Большинство неспоровых микробов погибают во влажной среде при температуре 60-70 °С за 15-30 мин, при температуре 85 °С - за 3-5 и при температуре 100°С - моментально. Весьма устойчивыми к высокой температуре являются споры бацилл. Споры некоторых микроорганизмов выдерживают кипячение от нескольких минут до нескольких часов.

Влияние влажности. Минимальная влажность, необходимая для жизнедеятельности бактерий, 30 %, для плесневых грибов - 15 %. Различные виды микроорганизмов не в одинаковой степени чувствительны к высушиванию, при котором происходит потеря воды, в результате чего наступает гибель клетки. Наиболее чувствительны к высушиванию неспорообразующие микробы. Споры обладают высокой устойчивостью к высыханию, сохраняясь в высушенном состоянии в течение нескольких лет. Высушивание используют как один из методов сохранения скоропортящихся продуктов. В мясной промышленности метод высушивания нашел широкое применение для консервирования мяса, колбас, мясокостной муки и т.д.

Лиофильная сушка (высушивание при низкой температуре и разрежении) способствует длительному сохранению микроорганизмов. Этот метод используют в промышленности для получения сухих вакцин (живых), консервирования мяса и эндокринного сырья, приготовления органопрепаратов и заквасок для кисломолочных продуктов.

Влияние света. Прямые солнечные лучи, особенно ультрафиолетовые, оказывают бактерицидное действие. Микробная клетка вегетативных форм погибает на солнечном свету через несколько минут. Рассеянный свет не оказывает столь губительного действия на микробов, но при длительном воздействии может постепенно тормозить их рост и развитие.

Ультрафиолетовое облучение применяют на предприятиях мясной промышленности для обеззараживания воздуха, поверхности оборудования и различных предметов с помощью бактерицидных ламп.

Влияние излучений. Микроорганизмы более устойчивы к воздействию рентгеновских и гамма-лучей; смертельная доза для них в сотни и тысячи раз больше, чем для животных. Рентгеновское и гамма-излучение в малых дозах и при непродолжительной экспозиции оказывают стимулирующее действие на рост и размножение микробов. Большие дозы рентгеновских лучей инактивируют ферменты, замедляют рост и предотвращают размножение микробов.

Влияние ультразвуковых волн. Ультразвуковые волны обладают значительной механической энергией, способной инактивировать ферменты, токсины, разрушать микробную клетку. Смертельное воздействие на бактерии и вирусы начинает проявляться при озвучивании среды с частотой колебаний около 100 тыс. Гц. Ультразвук может быть использован для стерилизации и пастеризации продуктов, очистки и дезинфекции оборудования, тары, сточных вод.

Влияние давления. Микроорганизмы устойчивы к высоким давлениям. Микробы обнаружены на дне глубоких морей и океанов, где давление достигает более 90 МПа (900 кгс/см 2), некоторые дрожжи, плесневые грибы выдерживают давление 300 МПа (3000 кгс/см 2).

Химические факторы. Микробная клетка реагирует на самое незначительное количество химического вещества в среде. Так, если в каплю воды, содержащую подвижные бактерии, опустить капилляр, наполненный раствором пептона (питательного для микробов вещества), то через некоторое время можно заметить скопление микроорганизмов у отверстия капилляра. Это так называемый положительный химиотаксис - бактерии движутся навстречу привлекающему их веществу. Если же капилляр будет заполнен щелочью или кислотой, то бактерии уходят от диффундирующего в воду ядовитого для них вещества, т.е. наблюдается отрицательный химиотаксис.

Действие химических веществ на микроорганизмы проявляется не в одинаковой степени. Как правило, малые концентрации не только не вызывают гибели микробов, а даже стимулируют их рост и развитие.

Большие концентрации химических веществ действуют на микроорганизмы бактериостатически или бактерицидно, вызывая их гибель. Химические вещества, вызывающие гибель микроорганизмов, получили название дезинфицирующих. Эффективность действия химических веществ зависит от химической природы этого вещества, его концентрации, температуры, реакции среды, вида микроорганизма и др. Вещества, применяемые для уничтожения микробов, должны быть в растворенном состоянии. Чем легче вещество адсорбируется микробной клеткой, тем сильнее его действие. Химические вещества в зависимости от их действия на микробную клетку можно разделить на следующие группы:

вещества, повреждающие только клеточную стенку, не изменяющие внутренней структуры микроба (мыла, жирные кислоты);

вещества, вызывающие повреждение оболочки и клеточных белков (фенол, крезол и их производные);

вещества, вызывающие денатурацию белков (формальдегид - 40%-ный раствор формалина);

вещества, вызывающие инактивацию ферментов (соли тяжелых металлов - соли ртути, меди, серебра и др.).

Наиболее чувствительными к химическим веществам являются микробы, не образующие спор, вегетативные формы. Споровые формы довольно устойчивы к воздействию различных химических веществ. Для их уничтожения необходимо готовить горячие растворы высокой концентрации химических веществ. Так, споры сибиреязвенной палочки погибают в 5%-ном растворе фенола только за 14 сут, в то время как вегетативные формы этого возбудителя гибнут от такой концентрации за несколько секунд.

При выборе дезинфицирующих веществ для уничтожения микробов необходимо учитывать вид микроорганизма. Например, вирусы очень чувствительны к щелочам, возбудитель сибирской язвы - к хлору и формальдегиду, а возбудители туберкулеза устойчивы к воздействию кислот и щелочей.

Реакция среды (рН - показатель концентрации водородных ионов) оказывает влияние на рост и развитие микроорганизмов. Жизнедеятельность различных видов микробов возможна только при определенном рН. Большинство микроорганизмов развиваются в слабощелочной среде (рН 7,2-7,6), дрожжи и плесневые грибы лучше культивируются при рН 3-6. Меняя реакцию среды, можно регулировать интенсивность развития и биохимическую активность микробов. При снижении рН до 5 гнилостные бактерии не развиваются, в то время как при такой реакции наиболее активно проявляется ферментативная активность дрожжей.

Биологические факторы. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы находятся в различных взаимоотношениях между собой и с другими организмами. Эти взаимоотношения в процессе длительной эволюции складывались в соответствии с общебиологическим законом симбиоза (сожительства) живых существ. В природе взаимоотношения между микробами и другими организмами существуют в виде различных форм симбиоза, метабиоза и антагонизма.

Комменсализм - это такая форма симбиоза, при которой один организм живет и развивается за счет другого, не причиняя ему вреда. Например, кишечная палочка, некоторые виды стафилококков, стрептококков и других микробов обитают на поверхности или в полостях человека и животного.

Мутуализм - такое сожительство, когда оба организма получают взаимную выгоду, не причиняя друг другу вреда, например сожительство клубеньковых бактерий с бобовыми растениями.

Метабиоз - такое взаимоотношение между микроорганизмами, при котором в процессе последовательного развития одних микробов создаются благоприятные условия для жизнедеятельности других.

Антагонизм - такое взаимоотношение микробов, при котором совместное существование микробных видов оказывается невозможным, т.е. один вид микроба препятствует росту другого, задерживая его развитие, либо вызывает полную гибель.



Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Микроорганизмы подвержены постоянному воздействию факторов внешней среды. Неблагоприятные воздействия могут приводить к гибели микроорганизмов, то есть оказывать микробицидный эффект, либо подавлять размножение микробов, оказывая статическое действие. Некоторые воздействия оказывают избирательный эффект на отдельные виды, другие - проявляют широкий спектр активности.

Весь живой органический мир представляет собой единство живых организмов и соответствующих условий внешней среды. Под внешней средой понимается совокупность различных факторов, воздействующих на организм. К числу таких факторов относятся, например, условия питания и дыхания, влияние других организмов и т. д.

1. Условия внешней среды

Условия внешней среды являются ведущими в развитии всего органического мира, ибо всякое живое тело возникло и продолжает строить себя из определенных условий внешней среды.

Активной стороной развития является живой органический мир. Он активно избирает из внешней среды то, что нужно ему для развития, и также активно противодействует влиянию чуждых ему условий. Какие же условия внешней среды следует считать наиболее благоприятными для живого организма? Такими условиями являются те, из которых и при которых впервые возник организм. Иными словами, каждый организм для своего индивидуального развития нуждается в тех же условиях, при которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида.

Изменение условий внешней среды в большей или меньшей степени отражается на живом организме и вызывает с его стороны активное противодействие изменяющему влиянию. В этом проявляется консерватизм живой природы, ее стремление сохранить свои наследственные свойства. Консерватизм наследственности является результатом слаженности физиологических процессов в организме, он обеспечивает устойчивость видов организмов и препятствует их изменению под влиянием условий внешней среды. Тем не менее, несоответствие внешних условий данному организму может привести либо к его отмиранию, либо к изменению его прежних свойств и приобретению новых. В последнем случае возникшие под воздействием внешних факторов изменения в организме позволяют ему приспособиться к создавшимся условиям и таким образом выжить. Эти изменения могут быть незначительными и утрачиваться при устранении вызвавшей их причины. Если изменения глубоки и значительны, а условия внешней среды продолжают поддерживать их, то новые свойства могут устойчиво закрепиться в организме и передаваться по наследству поколениям. Эти новые свойства становятся таким образом наследственными, т. е. присущими организму по природе. Приобретенными под воздействием условий среды свойствами объясняется способность одних микроорганизмов успешно развиваться в местах жаркого климата, других - в полярных широтах, третьих - в соленых озерах и т. д.

Приспособление организмов к изменившимся условиям жизни и передача вновь приобретенных признаков потомству представляют собой закон живой природы. В соответствии с ним происходит развитие всего органического мира. Опираясь на этот закон, человек путем искусственного отбора и направленного воспитания получает животные организмы, растения и микроорганизмы с различными полезными свойствами. Особенно податливы в этом отношении микроорганизмы, так как им свойственны сравнительно легкая приспособляемость к среде обитания и быстрота размножения, позволяющая за короткое время вырастить большое количество поколений.

Изучение закономерностей изменчивости микроорганизмов имеет большое практическое значение, так как с каждым годом расширяется их промышленное использование. Наряду с поисками новых микроорганизмов, находящихся в природе, и улучшением качества уже применяющихся производственных рас микроорганизмов важное значение приобретает выведение новых рас с заранее заданными свойствами.

Мичуринское учение о возможности преобразования природы в нужном для человека направлении открывает широкие перспективы в области выведения ценных рас микроорганизмов. В результате воздействия на микроорганизмы различными факторами внешней среды можно расшатать их наследственные свойства и умелым подбором соответствующих условий получить виды с нужными признаками.

Таким путем получено немало ценных для производственных целей микроорганизмов. Выведены дрожжи, более активно сбраживающие различные сахара; спиртоустойчивые дрожжи, дающие больший выход спирта; дрожжи, ведущие брожение при высоких концентрациях сахара; уксуснокислые бактерии, выдерживающие повышенную концентрацию уксусной кислоты при ее получении с помощью этих бактерий, и т. д.

Методом направленного воспитания получены культуры ряда болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевания. Из таких культур ослабленных бактерий приготавливают лечебные препараты (вакцины) против соответствующих заразных болезней (сибирской язвы, бруцеллеза, туляремии и др.). Воздействием различных факторов внешней среды на микроорганизмы можно подавить их жизнедеятельность или вызвать их гибель, что очень важно для сохранения качества продовольственных товаров.

Таким образом, изучение влияния различных факторов внешней среды на микроорганизмы имеет большое значение как с точки зрения промышленного использования микроорганизмов, так и борьбы с вредными представителями микромира.

Условия или факторы внешней среды, оказывающие влияние на жизнедеятельность микробов, подразделяются на физические, химические и биологические.

2. Влияние физических факторов

К числу физических факторов, оказывающих воздействие на микроорганизмы, относятся температура, влажность среды, концентрация растворенных веществ в среде, свет, электромагнитные волны и ультразвук.Температура - это один из важнейших факторов внешней среды. Все микроорганизмы могут развиваться только в определенных пределах температуры. Наиболее благоприятная для микроорганизмов температура называется оптимальной. Она находится между крайними температурными уровнями - температурным минимумом (низшей температурой) и температурным максимумом (высшей температурой), при которых еще возможно развитие микроорганизмов. Так, для большинства сапрофитов температурный оптимум составляет около 30°С, температурный минимум 10°С, максимум 55°С. Следовательно, при охлаждении среды до температуры ниже 10°С или при нагревании ее свыше 55°С развитие сапрофитных микроорганизмов прекращается. Этим объясняется, что сапрофиты вызывают быструю порчу пищевых продуктов в теплое время года или в теплом помещении.

Для других микроорганизмов температурный оптимум может быть значительно ниже или выше. В зависимости от того, в каких пределах находится оптимальная для микробов температура, все они подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы и мезофилы.

Психрофилы (хладолюбивые микроорганизмы) хорошо развиваются при сравнительно низких температурах. Для них оптимум составляет около 10°С, минимум от - 10 до 0°С и максимум около 30°С. К психрофилам относятся некоторые гнилостные бактерии и плесени, вызывающие порчу продуктов, хранящихся в холодильниках и ледниках. Психрофильные микроорганизмы живут в почве полярных районов и водах холодных морей.

Термофилы (теплолюбивые микроорганизмы) имеют температурный оптимум примерно в 50°С, минимум около 30°С и максимум в пределах 70-80°С. Такие микроорганизмы обитают в горячих водных источниках, самосогревающихся массах сена, зерна, навоза и т. д.

Мезофилы лучше всего развиваются при температуре около 30°С (оптимум). Температурный минимум для этих микроорганизмов составляет 0-10°С, а максимум доходит до 50°. Мезофилы представляют наиболее распространенную группу микроорганизмов. К этой группе относится большинство бактерий, плесневых грибов и дрожжей. Возбудители многих заболеваний также являются мезофилами.

Микроорганизмы по-разному реагируют на колебания температуры. Некоторые из них очень чувствительны к отклонению температуры от оптимальной (многие бактерии, в том числе болезнетворные), другие же, наоборот, могут хорошо развиваться в широких температурных пределах (многие плесневые грибы и некоторые гнилостные бактерии). Следует заметить, что грибы вообще менее требовательны к условиям среды, чем бактерии. Понижение температуры от точки оптимума на микроорганизмах сказывается значительно слабее, чем повышение ее к максимуму. Падение температуры ниже минимума обычно не приводит микробную клетку к гибели, а замедляет или приостанавливает ее развитие. Клетка переходит в состояние анабиоза, т. е. скрытой жизнедеятельности, наподобие зимней спячки многих животных организмов. После повышения температуры до уровня, близкого к оптимальному, микроорганизмы вновь возвращаются к нормальной жизнедеятельности. Некоторые плесневые грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после продолжительного воздействия температуры - 190°С. Споры некоторых бактерий выдерживают охлаждение до - 252°С.

Однако далеко не всегда микроорганизмы сохраняют жизнеспособность после воздействия низких температур. Клетка может погибнуть вследствие нарушения нормальной структуры протоплазмы и обмена веществ. Особенно неблагоприятно для микробной клетки многократное замораживание и оттаивание.

Низкие температуры широко применяются в практике хранения продовольственных товаров. Продукты хранят в охлажденном (от 10 до 2°С) и замороженном (от 15 до 30°С) состоянии. Сроки хранения охлажденных продуктов не могут быть продолжительными, так как развитие на них микроорганизмов не прекращается, а только замедляется. Замороженные продукты сохраняются более продолжительное время, поскольку развитие на них микроорганизмов исключено. Однако после оттаивания такие продукты могут быстро испортиться вследствие интенсивного размножения сохранивших жизнеспособность микроорганизмов.

Повышение температуры от точки оптимума оказывает резкое влияние на микроорганизмы. Нагревание свыше температурного максимума приводит к быстрой гибели микробов. Большинство микроорганизмов погибает при температуре 60-70°С через 15-30 минут, а при нагревании до 80-100°С - в течение от нескольких секунд до 3 минут.

Споры бактерий выдерживают нагревание до 100° в течение нескольких часов. Для уничтожения спор прибегают к нагреванию до 120° в течение 20-30 минут. Причиной гибели микроорганизмов при нагревании является, главным образом, свертывание белковых веществ клетки и разрушение ферментов. Губительное действие высоких температур используется при консервировании продуктов путем пастеризации и стерилизации.

Пастеризация представляет собой нагревание продукта при температуре от 63 до 75°С в продолжение 30-10 минут (длительная пастеризация) или от 75 до 93°С в течение нескольких секунд (короткая пастеризация). В результате пастеризации уничтожается большинство вегетативных клеток микробов, а споры остаются живыми. Поэтому пастеризованные продукты надо хранить на холоде, чтобы предотвратить прорастание спор. Пастеризации подвергают молоко, вино, фруктовые, овощные соки и другие продукты.

Стерилизация означает нагревание продукта при температуре 120°С в течение 10-30 минут. Во время стерилизации, которая проводится в специальных автоклавах, погибают все микроорганизмы и их споры. Вследствие этого стерилизованные продукты в герметической таре могут сохраняться годами. Стерилизация применяется при изготовлении мясных, рыбных, молочных, фруктовых и других консервов.

3. Влажность среды

Она играет важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. В клетках микроорганизмов содержится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому развитие и размножение микроорганизмов возможно только в среде, содержащей достаточное количество влаги. Уменьшение влажности среды приводит сначала к замедлению размножения микробов, а затем к его полному прекращению.

Развитие бактерий останавливается при влажности среды, равной примерно 25%, а плесеней - около 15%. В высушенном состоянии микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. Особенно устойчивы к высушиванию споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы. На высушенных средах микроорганизмы не проявляют своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пищевых продуктов методом высушивания. Сушке подвергают плоды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д. При увлажнении высушенных продуктов они подвергаются быстрой порче вследствие бурного развития на них сохранивших жизнеспособность микроорганизмов. Сушеные продукты обладают способностью воспринимать влагу из окружающего воздуха, поэтому при их хранении надо следить, чтобы относительная влажность воздуха не превышала определенной величины.

Под относительной влажностью воздуха понимается выраженное в процентах отношение фактического количества влаги в воздухе к тому количеству, которое полностью насыщает воздух при данной температуре. Развитие плесневых грибов на сушеных продуктах становится возможным, если относительная влажность воздуха превышает 75-80%.

4. Концентрация растворенных веществ в среде

Жизнедеятельность микроорганизмов протекает в средах, представляющих собой более или менее концентрированные растворы веществ. Одни из микроорганизмов обитают в пресной воде, где концентрация растворенных веществ незначительна и, следовательно, невелико осмотическое давление (обычно десятые доли атмосферы). Другие же микробы, наоборот, живут в условиях высоких концентраций веществ и значительного осмотического давления, достигающего иногда десятков и сотен атмосфер. Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно небольшой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям.

Повышение концентрации веществ в среде и связанного с ней осмотического давления приводит к плазмолизу клетки, нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к гибели клетки. Однако некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность в условиях повышенной концентрации продолжительное время.

Плесневые грибы переносят повышенные концентрации веществ (как и другие неблагоприятные факторы) легче, чем бактерии. На губительном действии высоких концентраций веществ на микроорганизмы основано консервирование пищевых продуктов поваренной солью и сахаром

Содержание в среде поваренной соли до 3% замедляет размножение многих микроорганизмов. Особенно чувствительны к действию поваренной соли гнилостные и молочнокислые бактерии. При содержании в продукте около 10% соли жизнедеятельность этих бактерий подавляется полностью. Малоустойчивы к действию поваренной соли многие возбудители пищевых отравлений, например, паратифозные бактерии и бацилла ботулизма; их развитие приостанавливается при концентрации соли около 9%. Поваренную соль используют для консервирования рыбы, мяса, овощей и других продуктов.

Микроорганизмы погибают также в растворах, содержащих 60-70% сахара. С помощью сахара консервируют ягоды, фрукты, молоко и др. Некоторые микроорганизмы, живущие обычно в условиях невысокого осмотического давления, сравнительно хорошо развиваются и на засоленных или засахаренных продуктах. Встречаются и такие микробы, которые способны развиваться нормально только в условиях высокой концентрации поваренной соли (например, в тузлуке). Такие микробы называются галофилами. Нередко галофилы вызывают порчу соленых продовольственных товаров. Консервирующее действие сахара значительно слабее, чем поваренной соли, поэтому в практике консервирования сахаром продукты подвергают еще нагреванию в герметически закупоренной таре.

5. Свет

Свет необходим для жизни только тем микробам, которые используют световую энергию для обмена веществ. Многим плесневым грибкам также требуется свет, поскольку при его постоянном отсутствии не происходит образования спор, хотя мицелий развивается нормально. Прямой солнечный свет губителен для микроорганизмов, а рассеянный свет подавляет их развитие. органический микроорганизм бактерия ультразвук

Бактерицидное (убивающее бактерии) действие солнечного света обусловлено прежде всего наличием в нем ультрафиолетовых лучей. Эти лучи обладают большой химической и биологической активностью. Они вызывают разложение и синтез некоторых органических соединений, свертывают белки, разрушают ферменты, губительно действуют на клетки микроорганизмов, растений и животных. Созданы специальные устройства для искусственного получения ультрафиолетовых лучей. С помощью этих лучей обеззараживают питьевую воду, воздух лечебных и производственных помещений, холодильных камер и т. д. Недостатком ультрафиолетовых лучей является малая проникающая способность, вследствие чего их можно применять только для облучения поверхности предметов.

6. Электромагнитные волны

Электромагнитные волны имеют различную длину и частоту колебаний. Чем короче электромагнитная волна, тем выше частота ее колебаний. Считается, что электромагнитные волны больших длин (свыше 50 м) на микроорганизмы никакого действия не оказывают. Короткие (от 10 до 50м) и особенно ультракороткие (менее 10 м) электромагнитные волны влияют на микроорганизмы губительно. При прохождении через какую-либо среду эти волны образуют в ней переменные токи высокой (ВЧ) и ультравысокой (УВЧ) частот, которые нагревают эту среду, причем быстро и равномерно во всей ее массе. Вода в стакане под действием таких токов нагревается до кипения за 2-3 секунды. Токами ультравысокой частоты пользуются для стерилизации продуктов при их консервировании. Такой метод консервирования имеет важные преимущества, так как не влияет на качество готового продукта. Действием токов ультравысокой частоты можно пользоваться и для вытапливания жира из тканей.

7. Ультразвук

Звуковые колебания, частота которых составляет более 20000 в секунду, называют ультразвуком. Ультразвуковые колебания человеческое ухо не улавливает. Ультразвуковые волны, распространяясь в среде, несут большую механическую энергию, могут вызвать свертывание белков, ускорить химические реакции и произвести другие действия. Мощные ультразвуковые колебания способны вызвать мгновенное механическое разрушение клеток. К воздействию ультразвуковых волн особенно чувствительны бактерии, споры же их более выносливы.

Эффективность ультразвука зависит от продолжительности его воздействия, химического состава, вязкости и реакции среды, а также от температуры среды.

Природа бактерицидного действия ультразвука до конца еще не раскрыта. В какой мере ультразвук будет использоваться для консервирования продуктов, сказать сейчас трудно. Попытки применить энергию ультразвуковых колебаний для стерилизации молока, соков, питьевой воды пока не дали желаемого технико-экономического эффекта.

8. Влияние химических факторов

Химические факторы среды во многом определяют жизнедеятельность микроорганизмов. Среди химических факторов наибольшее значение имеют реакция среды и ее химический состав.

Реакция среды

Степень кислотности или щелочности среды оказывает сильное воздействие на микроорганизмы. Кислотность и щелочность здесь понимаются как концентрация водородных и гидроксильных ионов. Под влиянием реакции среды могут изменяться активность ферментов, характер обмена веществ клетки с окружающей средой, а также проницаемость клеточной оболочки для различных веществ. Разные микроорганизмы приспособлены к обитанию в средах с различной реакцией. Некоторые из них лучше развиваются в кислой среде, другие - в нейтральной или слабощелочной. Для большинства плесневых грибов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда. Бактерии нуждаются в нейтральной или слабощелочной среде. Изменение реакции среды на микроорганизмы действует угнетающе. Повышение кислотности среды может вызвать гибель бактерий, особенно губительна повышенная кислотность для гнилостных бактерий.

Споры бактерий более устойчивы к изменениям реакции среды, чем вегетативные клетки. Некоторые бактерии в процессе жизнедеятельности сами вырабатывают органические кислоты. Такие бактерии (например, молочнокислые) выносливее других, однако и они после накопления в среде определенного количества кислоты постепенно погибают. Встречаются микроорганизмы, способные регулировать реакцию среды, доводя ее до нужного уровня путем выделения веществ, которые подкисляют или подщелачивают среду. К подобным микроорганизмам относятся, например, дрожжи. Для них нормальной является кислая среда, в которой и протекает спиртовое брожение. Однако, если дрожжи попадают в слабощелочную или нейтральную среду, то вместо спирта они образуют уксусную кислоту. После того как среда приобретет благоприятную для дрожжей кислую реакцию, они начинают вырабатывать этиловый спирт. На подавляющем действии реакции среды на гнилостные бактерии основаны такие методы консервирования пищевых продуктов, как квашение и маринование. При квашении (молочных продуктов, овощей) в продукте развиваются молочнокислые бактерии, образующие молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность гнилостных бактерий.

Для маринования в продукты (овощи, рыбу) добавляют уксусную кислоту, также препятствующую развитию гнилостных бактерий. Однако в теплом помещении квашеные и маринованные продукты в негерметической упаковке продолжительное время храниться не могут, так как в них начнут развиваться плесневые грибки и дрожжи, для которых кислая среда является благоприятной.

9. Х имический состав среды

В жизнедеятельности микроорганизмов химический состав среды играет важную роль, так как среди химических веществ, образующих среду и необходимых микроорганизмам, могут оказаться и ядовитые вещества. Эти вещества, проникнув в клетку, соединяются с элементами протоплазмы, нарушают обмен веществ и губят клетку. Ядовитое действие на микроорганизмы оказывают соли тяжелых металлов (ртути, серебра и др.), ионы тяжелых металлов (серебра, меди, цинка и др.), хлор, йод, перекись водорода, марганцевокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, окись углерода и углекислый газ, спирты, органические кислоты и другие вещества. В практике часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Такие вещества называются антисептиками (противогнилостными). Антисептики обладают различным по силе бактерицидным действием. Эффективность применения антисептиков в значительной мере зависит также от их концентрации и продолжительности действия, температуры и реакции среды.

Микроорганизмы способны привыкать к тому или иному антисептику, если концентрация его в среде от безвредного уровня будет увеличиваться постепенно. Антисептические вещества находят широкое применение в медицине и ветеринарии. С их помощью обеззараживают помещения, оборудование и инструменты. Обеззараживание помещений, оборудования и инструментов с помощью антисептиков называется дезинфекцией, а антисептические вещества, применяющиеся при этом, - дезинфицирующими. В качестве дезинфицирующих веществ применяют карболовую кислоту (фенол), формалин, раствор сулемы, хлорную известь, крезол, сернистый газ и другие. Дезинфекцию жидкими антисептиками проводят путем опрыскивания или протирания, а газообразными - путем окуривания.

В пищевых и торговых предприятиях для дезинфекции используют хлорную известь, которую применяют в виде водного раствора или в измельченном виде. Для обеззараживания (хлорирования) питьевой воды применяют газообразный хлор или хлорную известь. Некоторые антисептические вещества (уротропин, бура, бензойная кислота, сернистый газ) используют для консервирования пищевых продуктов (овощей, плодов, икры и др.). Эти вещества берут в незначительных, безвредных для здоровья человека дозах.

Дым многих древесных пород содержит антисептические вещества (формальдегид, метиловый спирт, кислоты, ацетон, фенол и смолы), на этом основано консервирование мясных и рыбных товаров путем копчения.

10. Влияние биологических факторов

В природе разные представители мира микроорганизмов обитают совместно. Между ними устанавливаются определенные взаимоотношения. В одних случаях эти взаимоотношения идут на пользу друг другу. Такое взаимополезное сожительство называется симбиозом. Симбиоз бывает между разными видами микроорганизмов, между микроорганизмами и растениями, между микроорганизмами и животными. Примером симбиоза между молочнокислыми бактериями и дрожжами является их сожительство в кефире и кумысе: молочнокислые бактерии, выделяя молочную кислоту, создают благоприятную реакцию среды для дрожжей, а дрожжи продуктами своей жизнедеятельности стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Симбионтами, т.е. взаимополезно сожительствующими организмами, являются клубеньковые бактерии и бобовые культуры. Бактерии получают от бобовых углеродистые вещества, а сами обеспечивают растения соединениями азота.

Симбиотические взаимоотношения существуют между микроорганизмами и животными, например, между бактериями и насекомыми. Так, бактерии, обитающие в пищеварительных органах молей, разлагают органические материалы, служащие пищей молям, и тем самым способствуют их усвоению.

Среди микроорганизмов широко распространен антагонизм, при котором один вид микробов подавляет развитие других или вызывает их гибель. Явление антагонизма имеет место, например, во взаимоотношениях между молочнокислыми и гнилостными бактериями. Молочнокислые бактерии выделяют молочную кислоту, которая угнетает гнилостные бактерии. Антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями используется при изготовлении квашеных овощей, кисломолочных продуктов и др. Нередко микробы выделяют в окружающую среду особые вещества, подавляющие или губительно действующие на другие микроорганизмы. Такие вещества называются антибиотиками (от греческого: анти - против, биос - жизнь). Антибиотики выделяются многими актиномицетами, бактериями и грибами. Вокруг таких микроорганизмов-антагонистов создается на субстрате стерильная зона, свободная от других микроорганизмов, так как последние погибают под действием антибиотиков.

Свойство микроорганизмов выделять антибиотики находит широкое практическое использование в медицине. В настоящее время известно большое количество антибиотиков: пенициллин, стрептомицин, биомицин, террамицин и целый ряд других. Ведутся активные поиски новых антибиотиков. Каждый из антибиотиков обладает избирательным действием, т. е. подавляет жизнедеятельность только определенных микроорганизмов. Пенициллин, например, вырабатываемый грибком из рода пенициллиум, действует губительно на многие болезнетворные бактерии, вызывающие гнойные и воспалительные процессы.

Использование антибиотиков для консервирования пищевых продуктов возможно только после выяснения безвредности таких продуктов для человека. Антибиотики находят применение в качестве стимуляторов роста организмов. Введение в рацион молодняка домашних животных и птиц небольших доз антибиотиков (пенициллина, биомицина) способствует ускорению их роста и снижению смертности. Промышленное производство антибиотиков основано на выращивании микроорганизмов, вырабатывающих нужный антибиотик, в строго определенных условиях и на специальном питательном субстрате. Накопившийся антибиотик извлекают из субстрата, а затем подвергают очистке и соответствующей обработке. Антибиотики вырабатываются также многими растениями. Впервые такие антибиотики были обнаружены советским ученым Б. П. Токиным в 1928-1929 гг. в кашице из луковицы и получили название фитонциды (фитон - по-гречески растение). Во время опыта Токин выявил, что летучие вещества, выделяемые кашицей из луковицы, в небольших порциях могут временно усилить размножение дрожжевых клеток, а в больших дозах неизменно убивают их. В дальнейшем выяснилось, что фитонциды широко распространены в мире растений. Фитонциды содержатся и в дикорастущих и в таких культурных растениях, как лук, томаты, морковь, хрен, петрушка, перец, укроп, горчица, кориандр, чеснок, корица, лавровый лист, кукуруза, свекла, салат, сельдерей и др. Особенной активностью отличаются фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы. Фитонциды многих растений действуют губительно не только на вегетативные клетки микроорганизмов, но и на их споры.

Ведутся исследования по практическому использованию фитонцидов в медицине и для консервирования пищевых продуктов. Вещества антибиотического характера вырабатываются и животными организмами. К таким веществам относятся лизоцим и эритрин. Лизоцим выделяется различными тканями и органами человека и животных. Он содержится в слюне, слезах, в выделениях кожи человека.

Список литературы

1. Жарикова, Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена [Текст] : учебник / Г.Г. Жарикова. - М. : Академия, 2005.

2. Мудрецова-Висс, К.А. Микробиология, санитария и гигиена [Текст] : учебник / К.А. Мудрецова-Висс, А.А. Кудряшова, В. П. Дедюхина. - М. : Деловая литература, 2001. - 388 с.

3. Орлов, В. И. Основы микробиологии [Текст] : учебник / В. И. Орлов. - М. : Экономика, 1965.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Характеристика физических факторов, влияющих на развитие микробов: температура, влажность, излучения, ультразвук, давление, фильтрование. Типология и механизм действия противомикробных химических веществ. Препараты, содержащие бактерии и бактериофаги.

реферат , добавлен 29.09.2009


Характер и оценка влияния разнообразных факторов внешней среды на микроорганизмы: физических, химических и микробиологических. Значение микроорганизмов в сыроделии, развитие соответствующих процессов при производстве конечного продукта, этапы созревания.

реферат , добавлен 22.06.2014


Воздействие физических факторов на регуляцию интенсивности метаболических реакций в микробах. Химические вещества, обладающие противомикробным действием и разрушающие структурные элементы микробов. Оптимальная среда обитания для большинства бактерий.

презентация , добавлен 29.05.2015


реферат , добавлен 24.11.2010


Влияние факторов среды на развитие микроорганизмов. Аэробные свободноживущие азотофиксирующие микроорганизмы, их биологические особенности. Азотобактерин (ризофил), получение, применение, действие на растение. Биопрепараты, используемые в растениеводстве.

контрольная работа , добавлен 24.11.2015


Ламарк об изменчивости наследственности. Градация Ламарка на уровне высших систематических единиц - классов. Изменение условий внешней среды как один из факторов изменчивости. Закон "упражнений и неупражнений". Закон наследования приобретенных признаков.

презентация , добавлен 13.11.2013


Фенотипические свойства микроорганизмов. Этапы и механизмы формирования биопленок и распада на поверхности раздела твердой и жидкой фазы, их регуляция. Скорость образование биопленок. Биологическое действие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы.

курсовая работа , добавлен 07.09.2012


Приоритетные загрязнители окружающей среды и их влияние на почвенную биоту. Влияние пестицидов на микроорганизмы. Биоиндикация: понятие, методы и особенности. Определение влажности почвы. Учет микроорганизмов на различных средах. Среда Эшби и Гетчинсона.

курсовая работа , добавлен 12.11.2014


Характеристика основных показателей микрофлоры почвы, воды, воздуха, тела человека и растительного сырья. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы. Цели и задачи санитарной микробиологии.

реферат , добавлен 12.06.2011


Характеристика общих представлений об эволюции и основных свойствах живого, которые важны для понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле. Обобщение гипотез и теорий происхождения жизни и этапы эволюции биологических форм и видов.