Вплив ЕКОЛОГІЧНИХ факторів на мікроорганізми

 

Екологічні фактори (умови зовнішнього середовища) суттєво впливають на розвиток мікроорганізмів. При їхній сприятливій дії мікроби активно ростуть‚ поглинаючи із середовища необхідні речовини і викликаючи різні біохімічні процеси, а також синтезуючи певні продукти.

Регулюючи умови життя мікроорганізмів, можна інтенсифі­кувати біохімічну діяльність корисних видів бактерій‚ грибів чи дріжджів і пригнічувати розвиток небажаної шкідливої мікрофлори.

Чим сприятливіші умови середовища для даного мікроорга­нізму, тим інтенсивніше протікає його розвиток та життєдіяльність.

Екологічні фактори є різними і мінливими, тому мікроорганізми постійно пристосовуються до них (адаптуються) і регулюють свою життєдіяльність стосовно їх змін. Інтенсивна та тривала дія неспри­ятливих факторів призводить до загибелі мікроорганізмів. Екологічні фактори поділяють на:

· абіотичні екологічні фактори, до яких відносять фізико-хімічні умови середовища, а саме: температуру, відносну вологість повітря, осмотичний тиск, різні види променевої енергії, концентрацію водневих іонів (рН), кисню;

· біотичні фактори, зумовлені різними формами взаємовідносин мікро­організмів, а також з іншими живими організмами (рослинами, тваринами та людьми);

· антропогенні фактори, зумовлені різними формами діяльності людського суспільства, що призводять до зміни екологічних факторів існування мікроорганізмів.

 

 

Вплив фізичних факторів довкілля на мікроорганізми

Температура

 

Нормальна життєдіяльність мікроорганізмів проходить у певних температурних межах, від яких залежить швидкість їх розмноження‚ інтенсивність протікання процесів обміну речовин у клітинах. По відношенню до дії температури мікроорганізми поділяють на три групи: термофіли‚ психрофіли і мезофіли.

Термофіли – це найбільш теплолюбні мікроорганізми. Темпе­ра­турний максимум для них складає 70–85°С‚ оптимум – 50–60°С‚ мінімум – 30°С. Із гарячих джерел виділено бактерії‚ що живуть при температурі 105°С (екстремальні термофіли).

Здатність термофільних мікроорганізмів розвиватися при відносно високих температурах пояснюється низьким вмістом у їхніх клітинах вільної та зв’язаної води‚ підвищеною кількістю іонів кальцію та калію‚ стабільністю ферментів при високих температурах‚ високою механічною стійкістю клітинної мембрани‚ що містить ліпіди‚ багаті насиченими жирними кислотами.

Психрофіли – це холодолюбні мікроорганізми, для яких ха­рактерні температурний максимум біля 30°С‚ оптимум у межах
10–15°С і мінімум – 0–10°С. У них ферменти мають низький рівень активації‚ у клітинних мембранах переважають ненасичені жирні кислоти‚ внаслідок чого вони залишаються напіврідкими і не замер­зають. Мезофіли найкраще розвиваються при температурі від 20
до 40°С. Температурний максимум для них складає 40–50°С‚ опти­мум – 25–35°С‚ мінімум – 5–10°С.

Багато мікроорганізмів можуть проявляти стійкість до тих зна­чень температури‚ при яких їхній ріст проходити не може. Кардинальні температурні точки одних і тих же мікроорганізмів можуть бути різними в залежності від їхнього фізіологічного стану.

Високі температури є згубними для мікроорганізмів‚ оскільки вони викликають денатурацію білків та руйнування ферментів. Більшість безспорових бактерій гине при 60°С через 30 хвилин‚ при 80–100°С через 1–2 хвилини. Плісеневі гриби і дріжджі гинуть при 50–60°С. Найбільш термостійкими є спори бактерій‚ особливо термофільних. Вони витримують нагрівання до 100°С і вище впро­довж кількох годин (табл. 1).

 

Таблиця 1

Термостійкість спор бактерій

Назва	Час відмирання спор при нагріванні до 100°С‚ хв
Bac. mycoides	5–10
Bac. subtilis	120–18
Clostridium botulinum	300–350
Bac. mesentericus	15–16

 

У вологому середовищі спори бактерій гинуть при 120–130°С‚ у сухому стані – при 160–170°С через 1–2 години. Спори більшості плісеневих грибів і дріжджів менш стійкі до нагрівання, порівняно зі спорами бактерій, і гинуть при 65–80° С. Так, спори деяких плісеней витримують нагрівання до 100° С. Їхня висока термостійкість обумовлена низьким вмістом у них вільної води‚ наявністю діпіколінової кислоти і кальцію.

Згубну дію високих температур на мікроорганізми широко використовують у різних галузях для боротьби з ними (стерилізація‚ пастеризація‚ тривале кип’ятіння‚ автоклавування‚ фламбування‚ тин­да­лізація тощо).

У харчовій промисловості широко застосовують пастеризацію і стерилізацію.

Пастеризація – це термічна обробка продукту при температурі нижчій за 100°С‚ найчастіше при 65–80°С. Іноді пастеризацію проводять нагріванням при 90–100°С впродовж кількох секунд. При пастеризації гинуть не всі мікроорганізми. Деякі термофільні бактерії і спори можуть залишитися живими. У зв’язку з цим пастеризовані продукти слід зберігати на холоді‚ щоб затримати проростання спор і розвиток вегетативних клітин.

Стерилізація – це термічна обробка при температурі, вищій за 100°С впродовж часý‚ який необхідний для знищення всієї мікро­флори‚ тобто вегетативних клітин і спор. Стерилізацію консервів проводять переважно в автоклаві при температурі 112–125°С впродовж 20–40 хвилин. Підвищення тиску пари в автоклаві на
0‚5 атм відповідає температурі 110‚8°С‚ на 1 атм – 120‚6°С‚
на 2 атм – 132‚2°С.

Ефективність пастеризації чи стерилізації залежить від кількісного та якісного складу мікрофлори продукту‚ його хімічного складу‚ термостійкості мікробів‚ умов проведення (температури‚ тиску‚ тривалості) тощо. Наприклад‚ чим більше солі у продукті і вища його кислотність‚ тим швидше гинуть мікроорганізми.

Низькі температури мікроорганізми переносять краще‚ ніж високі. Деякі бактерії і дріжджі можуть рости при температурі -5°С‚ плісеневі гриби при -8°С. Бактерії черевного тифу зберігають життєздатність впродовж 2 годин при 252°С‚ кишкової палички –
20 годин при -172°С – -190°С‚ туберкульозу – 8 днів при -180°С. Більшість мікроорганізмів не здатні розвиватися при температурі нижче нуля. Деякі молочнокислі бактерії вже не ростуть при 10° С.

Причиною загибелі мікроорганізмів при низьких температурах є порушення обміну речовин у клітинах‚ інактивація ферментів‚ під­вищення осмотичного тиску середовища в результаті вимерзання з нього води. Зустрічаються мікроорганізми‚ які при температурі, нижчій за мінімальну, переходять впродовж тривалого часу у стан "прихованого життя". При підвищенні температури вони знову активно розмножуються.

Низькі температури широко використовують для зберігання продовольчих товарів‚ особливо тих, що швидко псуються. Харчові продукти зберігають в охолодженому стані при 10 – -2°С і у замороженому при -12 – -30°С. В охолоджених продуктах краще зберігаються їхні натуральні властивості‚ але ріст мікроорганізмів не припиняється‚ а тільки сповільнюється. У зв’язку з цим терміни їхнього зберігання обмежені. При заморожуванні відмирає значна кількість мікроорганізмів‚ але деякі все ж таки зберігають життє­здатність тривалий час. Стійкість мікроорганізмів до заморожування залежить від їхнього виду‚ температури і швидкості заморожування‚ складу сере­довища. У практиці заморожені продукти зберігаються впродовж тривалого часу (місяцями) без ознак мікробного псування. Значний вплив на збере­ження якості харчових продуктів при низьких температурах мають санітарно-гігієнічні умови проведення їх охолодження і утримання в холодильниках. Холодильні камери слід утримувати в чистоті‚ періодично дезінфікувати і підтримувати в них відповідний температурно-вологий режим.

Після розморожування (дефростації) мікроорганізми можуть почати швидко розмножуватися і викликати псування продуктів. Тому заморожені харчові продукти рекомендують розморожувати безпосередньо перед їх вживанням.

Вологість середовища

Життєдіяльність мікроорганізмів здійснюється лише в умовах достатньої вологості. З водою у бактеріальну клітину потрапляють поживні речовини і видаляються продукти життєдіяльності. Вода створює оптимальні умови для розчинення мінеральних солей і для багатьох реакцій обміну‚ які відбуваються у клітинах. Мікроорга­нізми можуть розвиватися тільки у субстратах‚ які містять необхідну кількість вільної води. Для кожного мікроорганізму існує критична межа, нижче якої його розвиток припиняється. При цьому мікроорганізми переходять в анабіотичний стан‚ а деякі навіть гинуть.

За потребою у воді мікроорганізми поділяють на гідрофіти – волого­любні‚ мезофіти – середньовологолюбні і ксерофіти – сухолюбні.

Для розвитку мікроорганізмів важливим є не загальний вміст вологи у субстраті, а її доступність. В колоїдах клітини (полісаха­ридах‚ білках та ін.) вода є хімічно зв’язаною і недоступною для мікроорганізмів. Доступність вологи називають активністю води (а w). Цей показник виражає відношення тиску парів води над даним субстратом Р до тиску парів води над чистою водою Р0при одній і тій же температурі: а w = Р/ Р0. Значення активності води знаходиться в інтервалі від 0 до 1 і характеризує відносну вологість субстрату. Активність дистильованої води дорівнює 1‚ абсолютно зневодненої речо­вини – 0.

Показник активності води є надійнішою характеристикою вологи‚ яка необхідна для розвитку мікроорганізмів‚ ніж вологість субстрату‚ яка змінюється залежно від відносної вологості повітря. Мікроорганізми живуть за активності води 0‚999–0‚62. Нижча активність їхній ріст затримує. Оптимальне значення активності води для багатьох мікроорганізмів складає 0‚99–0‚98. Більшість бактерій не розвивається за активності води у субстраті нижче 0‚94–0‚90‚ дріжджів – 0‚88–0‚85‚ плісеневих грибів – 0‚8. При нестачі вологи втрачається різниця між осмотичним тиском всередині клітини і в оточуючому середовищі‚ припиняється транспортування поживних речовин.

Внаслідок різної потреби у волозі мікроорганізми неоднаково переносять висушування. Так‚ оцтовокислі бактерії при висушуванні гинуть через кілька годин‚ молочнокислі бактерії зберігають життє­здатність до кількох років і використовуються у сухих заквасках для виготовлення кисломолочних продуктів‚ а сухі дріжджі зберігають активність до двох років. Досить стійкими до висушування є пато­генні бактерії. Холерний вібріон переносить висушування впродовж 48 годин‚ збудники черевного тифу – 70 діб‚ стафілококи і мікрококи – 90 діб. Патогенні стрептококи були життєздатними через 25 років після зберігання висушеними‚ збудники туберкульозу – через 17 ро­ків‚ дифтерії – через 5 років. Висушені спори бактерій зберігають здатність до проростання впродовж 2–3 років‚ спори бацил сибірської язви – до 10 років‚ деяких плісеневих грибів – до 20 років. Живі мікроорганізми знаходили у римських гробницях через 1800 років.

Висушування з давніх часів використовують для зберігання таких харчових продуктів, як: м’ясо‚ риба‚ овочі‚ плоди‚ гриби тощо. У сухому виді зберігають зерно‚ борошно‚ крупи‚ макаронні вироби‚ харчові концентрати‚ борошняні кондитерські вироби‚ лікарсько-технічну сировину‚ інші матеріали та товари. У сухому середовищі мікроорганізми повністю не гинуть.

При зниженні температури повітря зменшується його волого­утримуюча здатність‚ і навпаки. У зв’язку з цим кількість водяних парів у повітрі може бути вищою за межу їхнього насичення‚ що призводить до зволоження товарів і сприяє розвитку на них мікро­організмів. Встановлено‚ що найменша відносна вологість повітря, за якої можливий ріст мікроорганізмів, становить 65–70 %. Можли­вість розвитку мікроорганізмів у продуктах і на непродовольчих товарах можна встановити і за величиною активності води. Значення активності води помножене на 100 відповідає відносній вологості повітря‚ вираженій у відсотках‚ якщо система товар – повітря зна­хо­диться у рівновазі. За час зберігання і транспортування товарів необхідно дотримуватися встановлених режимів‚ пакувати їх у спе­ціальну тару‚ щоб запобігти зволоженню.