Значення рН середовища для окремих мікроорганізмів

Мікроорганізми	рН
мінімальне	оптимальне	максимальне
Escherichia coli	4,0–4,5	6,5–7,4	8,0–9,0
Proteus vulgaris	4,4–4,9	6,5–7,5	8,4–9,4
Bacillus subtilus	4,5	6,7	8,5
Clostridium botulinum	5,0	6,5–7,5	9,0
Streptococеcus lactis	3,5–4,0	6,8–6,9	8,0
Saccharomуces cerevisiae	3,0	5,0–6,0	7,0
Aspergillus niger	1,2	1,7–7,7	9,2–11,1

 

 

До нейтрофілів відносять гнильні бактерії, більшість патогенних мікроорганізмів, збудники харчових отруєнь. Кислотолюбними є оцтовокислі і молочнокислі бактерії, плісеневі гриби та дріжджі, лужнолюбними – представники бактерій кишкової групи, холерний вібріон, амоніфікатори, нітрат- і сульфатвідновлюючі бактерії. Спори бактерій більш стійкі до змін рН, ніж вегетативні клітини. Якщо концентрація водневих іонів у розчині виходить за звичні межі для даного виду мікроба, його життєдіяльність припиняється. У процесі росту деякі мікроорганізми самі здатні змінювати рН середовище за рахунок утворення кислих або лужних продуктів метаболізму.

Змінюючи реакцію середовища, можна регулювати біохімічну активність мікроорганізмів, характер мікрофлори і напрям мікробіо­ло­гічних процесів. Так, у кислому середовищі дріжджі утворюють етиловий спирт і незначну кількість гліцерину, а у лужному, навпаки, зменшується вихід етилового спирту і утворюється більше гліцерину. Маслянокислі бактерії в нейтральному середовищі зброджують цукри, утворюючи масляну кислоту. У кислому середовищі основ­ними продуктами бродіння є бутиловий спирт і ацетон.

Чутливість мікроорганізмів до рН середовища використовують при консервуванні харчових продуктів квашенням або мари­нуванням, де має місце кисла реакція середовища. Для бактерій кисле середовище більш несприятливе, ніж лужне.

 

Окисно-відновні умови середовища

 

Розвиток мікроорганізмів, їх фізіологічна активність і біохімічна діяльність знаходяться у тісному контакті з окисно-відновними умовами середовища. Для кількісної оцінки цих умов використовують умовний показник rH₂, який є від’ємним логарифмом тиску мо­лекулярного водню у середовищі, взятий з оберненим знаком. Величина rH₂ виражає ступінь аеробності середовища, тобто кількість у ньому кисню.

У розчині, насиченому воднем, rH₂ дорівнює 0, а киснем – 41. Шкала від 0 до 41 характеризує будь-який ступінь аеробності сере­довища. При рівновазі окиснюваних і відновлюваних процесів у середовищі rH₂ дорівнює 28. Якщо rH₂ нижчий за 28, це вказує на більшу або меншу відновлюючу здатність, а якщо вищий – на її окиснюючу здатність.

Облігатні аеробні мікроорганізми розмножуються в діапазоні rH₂ від 10 до 30. Значення rH₂ вище 30 для них є несприятливим. Облігатні анаероби розвиваються при rH₂ від 0 до 14. Факультативні аеробні і анаеробні мікроорганізми проявляють свою життєдіяльність в інтервалі rH₂ від 0 до 30.

Регулюючи окисно-відновні умови середовища, можна не тільки затримати чи прискорити розвиток певної групи мікроорганізмів, але й змінити їх активність чи характер викликаних ними перетворень. Так, дріжджі при наявності кисню у цукромістких середовищах використовують його для окиснюваних реакцій, кінцевими продук­тами яких є вуглекислий газ і вода. При нестачі кисню дріжджі викликають спиртове бродіння і у середовищі нагромаджується спирт та вуглекислий газ. Окисно-відновні умови середовища мають важ­ливе значення при зберіганні харчових продуктів, обмежуючи розви­ток одних мікроорганізмів і сприяючи розвитку інших.

 

Хімічні речовини

Відомо багато органічних і неорганічних речовин, які згубно діють на мікроорганізми. В дуже малих дозах майже всі вони (крім солей важких металів) діють як подразники і можуть стимулювати розмноження мікробів. При підвищенні концентрації хімічні речо­вини спочатку призупиняють ріст і розмноження мікроорганізмів (бактеріостатична дія), а потім викликають їх загибель (бактерицидна дія). Бактерицидна дія, яку викликає хімічна речовина, можлива тільки при безпосередньому контакті її з бактеріальною клітиною.

Хімічні речовини проникають у бактеріальну клітину в резуль­таті дифузії. Найкращим середовищем є водні розчини.

Хімічні речовини, які використовують для боротьби з мікро­організмами, називають антисептичними або дезінфікуючими.

Характер і сила дії хімічних речовин на мікроорганізми зале­жить від їхніх властивостей і структури, виду і стійкості мікро­організмів, концентрації розчину, фізико-хімічного складу середо­вища, тривалос­ті дії хімічних речовин на мікроби, температури, рН.

Із неспороутворюючих бактерій найбільш стійкими до хімічних речовин є стафілококи і туберкульозна паличка. Стійкими до хімічних речовин є спори. Це пояснюється наявністю у них щільної оболонки, через яку повільно проникає розчин, і слабкою здатністю прото­плазми вступати у реакцію з іншими речовинами, оскільки вона складається із зневоджених колоїдів і містить мало води.

Бактерицидні хімічні речовини за їхньою дією на мікроорга­нізми поділяють на поверхнево-активні речовини, солі важких металів, окис­нювачі та групу формальдегіду, феноли і їхні похідні, барвники.

Поверхнево-активні речовини нагромаджуються на межі розділу фаз і викликають різке зниження поверхневої напруги, що веде до порушення нормального функціонування клітинної стінки і цитоплаз­матичної мембрани. До бактерицидних речовин з поверхнево-актив­ними речовинами належать жирні кислоти, в тому числі і мила, які пошкоджують тільки клітинну стінку і не проникають у клітину.

Отруйними для мікроорганізмів є спирти жирного і ароматич­ного ряду: етиловий, пропіловий, бутиловий, аміловий і їхні ізомери. Завдяки своїй поверхневій активності вони вибірково адсорбуються на поверхні протоплазми, порушують її нормальну роботу і процеси дихання та азотофіксації. Крім цього, вони легко проникають у протоплазму клітини. Етиловий спирт ефективніше знищує мікроорганізми у концентрації 75–80%. Більш концентрований його розчин повільніше проникає всередину мікробної клітини.

Солі важких металів викликають коагуляцію білків клітини мікро­організмів. Такі метали як золото, срібло, мідь, цинк, олово, свинець мають бактерицидну здатність. Пояснюється це тим, що позитивно заряджені іони металів адсорбуються від’ємно зарядженою поверхнею бактерій і змінюють проникність їхньою цитоплазма­тичної мембрани. При цьому відбувається порушення живлення і розмно­ження бактерій. Так, посуд із срібла, посріблені предмети і посріб­лений пісок при контакті з водою надають їй бактерицидних влас­тивостей по відношенню до багатьох видів мікроорганізмів. Іони срібла використовують для знезараження води за допомогою фільтрів з посрібненого піску. Сполуки срібла і міді застосовують для надання тканинам антимікробних властивостей.

Солі ртуті (сулема) і азотнокислого срібла пригнічують ріст мікроорганізмів у розведенні 1:1000 і 1:500, в окремих випадках і при концентрації 0,01% (1:10000).

Сильну бактерицидну дію має 2,5%-ний розчин азотнокислого срібла в аміаку (амарген). У розведенні 1:1000 його використовують для миття м’ясних туш, рук і обладнання. Під впливом солей важких металів віруси також гинуть.

Згубно діють на мікроорганізми окиснювачі. Вони порушують дію ферментів, впливають на сульфгідрильні групи активних білків, амінні, фенольні, індольні, тіоетилові групи, взаємодіють з компо­нентами мембран, посилюють окиснювальні процеси у клітині, що призводить до загибелі мікроорганізмів.

Сильними окиснювачами є хлор, хлорамін, йод, бром, фтор, перманганат калію, перекис водню, озон, Н₂S, CO, CO₂, NH₂ та ін.

Хлор при дії на мікроби уражає ферменти гідролази, амілази, дегідрази, протеази. Він діє у концентрації навіть 1:1000000.

Хлорне вапно містить 28–38% активного хлору і при контакті з вологою утворюються хлористоводнева і хлорноватиста кислоти. Кисень, який виділяється при цьому, окиснює компоненти мікробної клітини, і вона гине. Хлорне вапно впливає на розвиток мікро­організмів у концентрації 1:1000 і вбиває їх у концентрації 1:10, а свіжогашене – 1:20.

Йод у вигляді спиртового розчину окиснює активні групи цито­плазми бактерій і викликає їхню денатурацію.

Сірководень, окис вуглецю, ціанистих і роданистих сполук легко зв’язують залізо і мідь, що входять до складу окиснюваних ферментів, і тим самим порушують дихальні процеси клітини. Їхня отруйна дія на мікроорганізми виявляється у концентрації від 0,01 до 0,001 моля.

Вуглекислий газ у концентрації 20–30% затримує ріст більшості мікроорганізмів, а у 50–80%-ній – викликає їх загибель. Зберігання охолоджених м’ясних і рибних продуктів в атмосфері 10% СО₂ при температурі -2 – +2⁰С збільшує терміни зберігання їх у 2–3 рази порівняно зі звичайними умовами. При більш високих концентраціях можлива зміна кольору продуктів.

Органічні кислоти (оцтова, саліцилова, хлороцтова, масляна, бен­зойна, сорбінова, мурашина, молочна), діетиловий ефір і ацетон розкладають поліпептидну оболонку клітин мікроорганізмів і вони гинуть.

Неорганічні кислоти (соляна, сірчана, азотна та ін.) та луги, викликаючи коагуляцію білків, є протоплазматичними отрутами для мікробів. Під впливом їдкого натрію і їдкого калію гинуть віруси. Особливо чутливими до них є віруси ящуру і чуми свиней.

Отруйними для мікроорганізмів є сірчиста, борна та хлористо­воднева кислоти.

Формалін (40%-ний розчин формальдегіду) вступає у реакцію з аміногрупами білків мікробних клітин і викликає їх денатурацію. Формальдегід вбиває вегетативні клітини, бактерії, спори, гриби, фаги і віруси. Його використовують для знезараження токсину правцю і збудника дифтерії.

Формалін вбиває бактерії в 1%-ному розчині.

Фенол (карболова кислота), крезол і їхні похідні пошкоджують клітинну стінку мікроорганізмів, а потім і білки клітини. Деякі речовини цієї групи впливають на окисно-відновні процеси.

У 2–5%-ному розчині фенолу швидко гинуть вегетативні клітини, а спори можуть зберігати життєздатність до двох тижнів.
У 5%-ному розчині фенолу спори сибірки іноді гинуть через
40 днів.

Суміш крезолу з милами (лізол) використовують для знищення мікроорганізмів, що знаходяться на поверхнях різних об’єктів.

Ріст мікроорганізмів здатні затримувати деякі барвники: бриліантовий зелений, кристалвіолет, метиленовий синій, акрифлавін, ріванол, тринафлавін та ін. Барвники використовують для надання антимікробних властивостей тканинам. Грамвід’ємні бактерії менш чутливі до деяких анілінових барвників, ніж грамдодатні.

Створено тканини, в яких молекули антимікробної речовини з’єднані з молекулами матеріалу. Бактерицидні властивості тканин зберігаються тривалий час і після багаторазового прання. Такі тка­нини використовують для виготовлення спеціального одягу для пра­цівників, що мають справу з харчовими продуктами, для медичного персо­налу, фармацевтів, хворих, для виготовлення бактерицидних фільт­рів, перев’язувальних матеріалів.

Використання антимікробних сполук є основою дезінфекції – способу знищення патогенних мікроорганізмів і технічно шкідливої небажаної мікрофлори.

Для дезінфекції питної води, стічних вод, промислових викидів, медичних приміщень широко застосовують сполуки хлору (хлорна вода, хлорамін, хлорне вапно), 1–5%-ний розчин карбо­лової кислоти, 2%-ний розчин йоду, перманганат калію. Для дезін­фекції обладнання, комунікацій, приміщень переважно викорис­товують хлорне вапно, вапняне молоко, антиформін, катапін, сульфонол, форалін, кислий ельмоцид. Дезінфекцію проводять при температурі 17–25^оС, бо при низь­ких температурах (1–5^оС) активність хімічних речовин знижується.

На харчових підприємствах для знищення мікроорганізмів найчастіше використовують 1%-ний розчин хлораміну, 1–2%-ну хлорну воду, хлорне вапно та їдкі луги. У м’ясній промисловості викорис­товують хлорне вапно, хлорамін, гіпохлорит натрію, дихлори­зо­цианурат натрію, трихлорізоцианурову кислоту, гідроксид натрію, карбонат натрію, сульфанол, тринатрійфосфат.

В разі багаторазового використання антисептичних речовин мікроорганізми можуть адаптуватися до них, в результаті чого стій­кість до антисептиків підвищується. Багато мікроорганізмів мають вибіркову чутливість до хімічних речовин.

У харчовій промисловості антисептики використовують як консерванти. Додавання їх до харчових продуктів обмежене, оскільки не всі вони безпечні для людини. Для консервування деяких плодів і ягід у слабих концентраціях застосовують бензойну кислоту і її натрієву сіль, борну і саліцилову кислоти, гліцерин, буру, а також речовини, які перед вживанням продукту легко видаляються з нього. Так, для консервації свіжих плодів, ягід і соків використовують сірчисту кислоту та її солі. Цих речовин можна позбутися кип’ятін­ням продукту або окисненням сірчистої кислоти перекиснем водню у сірчану кислоту, яку далі нейтралізують крейдою.

За принципом антисептика ґрунтується коптіння м’яса і риби, оскільки дим містить такі антисептичні речовини, як: фенол, крезол, формальдегід, смоли та ін.