Вплив екологічних факторів на мікроорганізми

і иои,л иїиша ушив іиьпішньиги сереоовища на мікроорганізми

ЦЕНТРАЛЬНА СПІЛКА СПОЖИВЧИХ ТОВАРИСТВ УКРАЇНИ

(УКООПСПІЛКА)

Хмельницький кооперативний торговельно-економічний інститут

Розглянуто та затверджено на засіданні

кафедри товарознавства та торговельного підприємництва

протокол № __ від _______ 20__ р.

Завідувач кафедри

_____________ к. т. н., доцент Кулик В. М.

Спеціальність: 6.140101 Готельно-ресторанна справа Курс I

Дисципліна: "Мікробіологія"

Лекція 3

Лекція-презентація

Тема. Вплив екологічних факторів на мікроорганізми.

Навчальна мета: Розкрити основні фактори довкілля, які впливають на життєдіяльність бактерій, дати поняття про основні принципи будови та життєдіяльності бактерій.

Виховна мета: Формувати якості особистості студентів та пізнавальний інтерес.

Розвивальна мета: Спонукати до пізнавальної, наукової, творчої діяльності; розвивати самостійність та творче мислення.

Методична мета: Використання презентації на занятті як засобу активізації процесу навчання.

План

1. Вплив фізичних факторів довкілля на мікроорганізми.
2. Хімічні фактори та їх вплив на мікроорганізми.

3. Вплив на мікроорганізми біологічних факторів.

Наочність:

• Тематична презентація в Power Point.
• Уривок навчального відефільму

Міждисциплінарні зв’язки:

Забезпечувані: Товарознавство продовольчих товарів, Санітарний контроль,

Забезпечуючі: харчова хімія, хімія, екологія.

Література:

Основна

1. Рудавська Г. Б., Демкевич Л. І. Мікробіологія: Підручник. –-ге вид., перероблене та доповнене. –К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2005. –с.

. Малигіна В. Д. Мікробіологія та фізіологія харчування. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів І –ІV рівня акредитації. –К.: Кондор, 2009. –с.

Додаткова

3. Білоруська Й. С. Основи мікробіології, санітарії та гігієни: Навч. Посібник. –К.: Техніка, 2003. –с.

. Векірчик К. М. Мікробіологія з основами вірусології: Підручник. –К.:Либідь, 2001.- 312 с.

. Азаров В. М. Основи мікробіології та санітарії: Підручник. –Москва: Економіка, 1986. –с.

1. Вплив фізичних факторів довкілля на мікроорганізми.

Життєдіяльність мікробів залежить від умов існування. Сприятливими умовами існування є вологість, температура, наявність поживних речовин. Гальмують розвиток мікроорганізмів висушування, кисле середовище, низькі температури, відсутність поживних речовин та ін.

Штучно регулюючи умови існування мікробів, можна припинити розмноження мікробів або знищити їх.

Більшість харчових продуктів за хімічним складом є сприятливим середовищем для існування мікробів. Тому слід вважати, що зберігати харчові продукти можна лише за несприятливих умов до мікроорганізмів.

Умови зовнішнього середовища, які впливають на розвиток мікроорганізмів, можна поділити на три основні групи : фізичні, хімічні та біологічні.

До фізичних умов (чинників) належать: температура: вологість середовища; концентрація речовин, розчинених у середовищі; випромінювання.

Вплив температури

Розвиток усіх мікроорганізмів можливий за певної температури. Відомі мікроорганізми, здатні існувати за низькими (—° і нижче) і підвищеними температурами, наприклад, мешканці гарячих джерел витримують температуру 80—°С. Більшість мікробів надає перевагу температурам у межі 15-35°С.

Розрізняють: оптимальну, найбільш сприятливу для розвитку температуру; максимальну, за якої припиняється розвиток мікробів даного виду і мінімальну, нижче за якої мікроби припиняють розвиток. По відношенню до рівня температури мікроорганізми поділяють на три групи: психрофіти, мезофіли і термофіли.

ТЕМПЕРАТУРА РОЗВИНЕННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

Група мікроорганізмів

Температура, °С

мінімальна	оптимальна	максимальна
Психрофіти	-2	-25	-35
Мезофіли	10	-37	-45
Термофіли	35	45-60

Мікроби порівняно швидко пристосовуються до значних змін температури. Тому незначне зниження або підвищення рівня температури не гарантує припинення розвитку мікроорганізмів.

Вилив високих температур. Температури, значно вищі за максимальні, викликають загибель мікроорганізмів. У воді більшість вегетативних форм бактерій при нагріванні до 60°С гинуть за годину; до 70°С —за 10—хвилин, до 100°С —за декілька секунд; у повітрі загибель мікроорганізмів настає за значно вищою температурою —до 170°С і вище протягом 1-2 годин.

Спорові форми бактерій значно стійкіші до нагрівання, вони можуть витримувати кип'ятіння протягом 4-5 годин.

Методи пастеризації і стерилізації засновані на властивості мікробів гинути під дією високих температур.

Пастеризація —здійснюється при температурі 60-90°С, при цьому гинуть вегетативні форми клітин, а спорові залишаються життєздатними. Тому пастеризовані продукти слід швидко охолоджувати і зберігати в умовах охолоджування.

Стерилізація —це повне знищення всіх форм мікроорганізмів у об'єктах зовнішнього середовища навіть спорових. Стерилізацію здійснюють при температурі 110—°С з підвищеним тиском. Проте спори не гинуть миттєво. Навіть при і 20°С загибель їх настає за 20-30 хвилин.

Стерилізують харчові консерви, деякі медичні матеріали, субстрати, на яких вирощують мікроорганізми у лабораторіях. Ефект стерилізації залежить від кількісного й якісного складу мікрофлори об'єкта стерилізації, його хімічного складу, консистенції, об'єму, маси та ін.

Вплив низьких температур. Найчастіше дія низьких температур пов'язана не з загибеллю мікроорганізмів, а з гальмуванням і припиненням їх розвитку. Низьку температуру мікроорганізми переносять значно краще. Багато хвороботворних мікробів, що потрапляють у навколишнє середовище, здатні переносити суворі зими, не втрачаючи хворобоздатності. Найбільш негативно на розвиток мікроорганізмів впливає температура, за якої замерзає середовище клітини.

Гальмуючу дію низьких температур на мікроби використовують для зберігання різних харчових продуктів у охолодженому вигляді при температурі 0-4°С, та замороженому —за температурою —-20°С і нижче.

Дію низьких температур у заморожених продуктах підсилює вплив підвищеного осмотичного тиску. Оскільки більша частина води перейшла в лід, у рідкому стані води опинились усі розчинені речовини, що містилися по всій масі вільної води продукту. Це викликає підвищений осмотичний тиск, який, у свою чергу, гальмує розвиток мікробів.

Замороження використовують для зберігання м'яса, риби, плодів, овочів напівфабрикатів, кулінарних виробів, готових страв і ін.

Припинення розвитку мікробів діє лише доти, доки триває дія низької температури. При підвищенні температури починається бурхливий розвиток і розмноження мікробів, що викликає псування харчових продуктів.

Отже, низька температура лише уповільнює біохімічні процеси, не маючи стерилізуючого ефекту.

Багаторазове замороженім одних і тих самих продуктів сприяє швидкому пристосуванню мікробів до низьких температур і підсилює їх житгєздатність. Через це треба запобігати коливанню температури під час збереження продуктів.

Вплив вологості середовища

Мікроорганізми здатні існувати й розмножуватися тільки за наявності у середовищі води в крапельно-рідинному стані. Це пояснюється тим, що живильні речовини можуть потрапляти в мікробну клітину лише в розчиненому стані. Із зменшенням вмісту води в субстраті розвиток мікробів уповільнюється і може припинитися зовсім, якщо її вміст виявиться нижчим за межу їх розвитку. Мінімальна межа для бактерій стає 20-30%. Менш вимогливі плісняві гриби: вони можуть розвиватися на товарах і матеріалах, вологість яких 15-17%, а в окремих випадках навіть 6% (бавовняне волокно).

Розрізняють: гідрофіти —мікроорганізми, що полюбляють воду; мезофіти —здатні розвиватися за зниженою вологістю; ксерофіти —мікроорганізми, що розвиваються на відносно сухих субстратах. Бактерії і дріжджі переважно належать до гідрофітів, деякі плісняві гриби —ксерофіти, але зустрічаються і мезофіти, і гідрофіти.

Чутливість до зменшення вологості субстрату в різних видів бактерій неоднакова. Наприклад, нітрифікуючі та оцтовокислі бактерії гинуть при висушуванні дуже швидко, збудники черевного тифу —за декілька тижнів, молочнокислі бактерії зберігаються життєздатними в висушеному стані роками. Різні мікроби, у тому разі хвороботворні, можуть також досить довго (тижнями і місяцями) зберігатися на паперових грошах, папері, пластмасах.

Висушування використовують під час консервування харчових товарів: висушують зерно-круп'яні і борошняні товари, м'ясо, рибу, овочі, фрукти, ягоди тощо. Висушування не знищує мікробів, тому висушені продукти треба зберігати при низькій відносній вологості повітря і запобігати коливанню температури, що викликає утворення крапель вологи. Краплі вологи осідають на товари, зволожують їх і роблять доступними для росту мікроорганізмів.

Під час зберігання товарів вологість їх може змінюватись. Наприклад, вологі товари, легко її втрачають, а сухі —можуть поглинати її. Це залежить від хімічного складу, фізичних властивостей і будови продуктів. Гігроскопічні товари активно поглинають вологу з навколишнього середовища. До гігроскопічних товарів належать продукти з розвиненою поверхнею, наприклад, борошно, цукор, яєчний порошок, крохмаль та інші.

Вплив концентрації речовин, розчинених у середовищі

Концентрація розчинених у воді речовин впливає на розвиток мікроорганізмів. Розчин у невеликій кількості розчинених речовин має назву гіпотонічного, з великою —гіпертонічного. Гіпертонічні розчини мають великий осмотичний тиск. У природному середовищі мікроорганізми існують за умов різного осмотичного тиску. Наприклад, вода прісних водойм має осмотичний тиск, який не перевищує десятих часток атмосфери; вода солоних озер, морів має осмотичний тиск, який досягає десятків і сотень атмосфер.

Відносно до середовища існування внутрішньоклітинний осмотичний тиск у різних мікроорганізмів коливається в широких межах, наприклад, внутрішньоклітинний тиск деяких пліснявих грибів досягає до 200 атм, у бактерій —-80 атм, а в інших —-15 атм.

Більшість мікроорганізмів дуже чутливі до підвищення концентрації речовин, розчинених у субстрат", j до зміни осмотичного тиску. У субстратах із високим осмотичним тиском у мікроорганізмів порушується нормальний обмін речовин. Значна частина води з цитоплазми клітини дифундує у гіпертонічний розчин, мікробна клітина збезводнюється і наступає стан плазмолізу. У такому життєздатному, але не життєдіяльному стані мікробні клітини здатні існувати досить тривалий час. Найбільша чутливість до підвищеної концентрації речовин спостерігаються у збудників гниття, бактерій кишкової групи. Наприклад, концентрація кухонної солі вища за 3%, несприятлива до більшості мікробів, підвищення до 7-10% —припиняє розмноження мікроорганізмів.

Однак поряд з мікроорганізмами, чутливими до зміни осмотичного тиску, є мікроби, що прилаштувались до нього, існують мікроби, здатні розвиватись за достатньо високим осмотичним тиском, вони мають назву осмофільних.

Окрема група мікроорганізмів, здатних існувати у розчинах із підвищеним вмістом солі (20% і вище), має назву галофіли (що полюбляють сіль).

Консервуюча дія солі і цукру здавна використовується при зберіганні харчових товарів. Консервують сіллю м'ясо, рибу, гриби, овочі тощо. За допомогою цукру припиняють розвиток мікробів, коли консервують вариво, джем, повидло, конфітюри, сиропи і ін.

Консервуюча дія розчинених речовин пов'язана з хімічною природою речовини, її будовою, молярною масою, здатністю до дисоціації та іншими властивостями. Наприклад, сіль припиняє розвиток мікробів у концентрації 10—%, в той час як концентрація цукру повинна бути близько 60 —%.

Щоб підсилити консервуючу дію солі або цукру, продукти треба зберігати при низькій температурі (0—°С).

Вплив випромінювань

Енергія випромінювання здатна впливати на стан мікроорганізмів. Вплив енергії випромінювання значно залежить від глибини проникнення у субстрат.

Розсіяне сонячне світло на відміну від прямих сонячних променів мало впливає на розвиток мікроорганізмів. Особливо помітну бактерицидну дію мають хвилі з короткою довжиною —ультрафіолетові промені (УФП).

Використання УФП з метою знищення мікроорганізмів обмежено невеликою глибиною проникнення у субстрат. УФП використовують для обробки поверхні харчових продуктів, наприклад, м'яса, ковбас, напівфабрикатів. Бактерицидними лампами обробляють поверхню стелі, стін, підлогу, повітря виробничих приміщень, складські приміщення, медичні приміщення та ін.

УФП стерилізують вина, напої, соки (у тонкому шарі). Така «холодна» стерилізація зберігає якість напоїв і підвищує термін зберігання.

Промені Рентгена і радіоактивні випромінювання в малих дозах майже стимулюють розвиток мікробів, але великі дози знищують їх. Через несприятливий вплив на властивості харчових продуктів використання енергії радіоактивного випромінювання вкрай обмежене.

Ширше використовують енергію радіохвиль, особливо енергію коротких та ультракоротких електромагнітних хвиль. Мікробні клітини поглинають електромагніті хвилі, електрична енергія перетворюється на теплову і викликає швидке підвищення температури, що, в свою чергу, призводить до загибелі мікроорганізмів.

Нагрівання у полі високої (ВЧ) і надвисокої (НВЧ) частоти є перспективним засобом стерилізації плодово-ягідної продукції.

Використання приборів ВЧ і НВЧ на підприємствах харчування покращує санітарно —гігієнічні і технічні умови праці.

2. Хімічні фактори та їх вплив на мікроорганізми.

Серед хімічних чинників, що мають вплив на існування мікроорганізмів, виділяють реакцію середовища (рН), його окисно—відновну дію, наявність отруйних речовин.

Вплив реакції середовища (рН)

Реакція середовища або концентрація іонів Н+ і ОН- у розчині має великий вплив на існування мікроорганізмів. Це пов'язано з чутливістю мікробних ферментів до концентрації цих іонів. Наприклад, одні й ті ж самі дріжджі у кислому середовищі утворюють із цукру певну кількість етанолу і незначну кількість гліцерину, в той час, як у лужному середовищі вміст гліцерину значно підвищується, а вихід етанолу зменшується.

Існування кожного виду мікроорганізмів пристосоване до певної концентрації іонів, за межами якої воно пригнічується.

ВПЛИВ рН СЕРЕДОВИЩА НА ІСНУВАННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

Найменування мікроорганізмів

рН середовища

	мінімум	оптимум	максимум
Молочнокислий стрептокок	,0-4,7	,0-6,5	,9-8,5
Кишкова паличка	,4-5,0	6,5-7,5	,8-9,0
Паличка протея	,4-4,9	6,5-7,5	,4-9,4
Картопляна паличка	5,3	,3	,5
Паличка ботулізму	,0	,6-7,5	,0
Плісняві гриби	,5	,0-6,5	,0-11,0
Дріжджі	,5-30	,0- 6,0	,5

Для більшості мікроорганізмів сприятливим є нейтральне або слабо лужне середовище; дріжджі, плісняві гриби, молочнокислі бактерії віддають перевагу кислому середовищу. Більшість бактерій, здатних викликати гниття та багато хвороботворних збудників, є чутливими до підвищення іонів водню у розчині, кисле середовище знижує їх розвиток. У кислому середовищі підсилюється дія інших несприятливих чинників.

Регулюючи рН середовища, можна впливати на розвиток мікроорганізмів, сприяти їх розмноженню або гальмувати розвиток.

Несприятливу дію кислого середовища на бактерії, що викликають гниття, використовують в умовах зберігання деяких харчових продуктів за допомогою оцтової, лимонної, молочної та інших органічних кислот. Однак, органічні кислоти, що містяться в маринадах та розсолах, можуть використовуватися як поживні речовини іншими мікроорганізмами. Це призводить до зміни рН середовища і псування продуктів, тому законсервовані в такий спосіб харчові продукти треба зберігати при низькій температурі.

Вплив окисно-відновних умов середовища

Мікроорганізми розрізняються за відношенням до умов аерації: одні існують за наявністю кисню (аеробні), інші —за його відсутністю (анаероби). Озон є сильним окислювачем, який може порушувати окисно-відновні біохімічні реакції мікробної клітини. Концентрація озону 3—мг на 1 м3 повітря гальмує розвиток мікробів, підвищення концентрації —викликає їх загибель, але водночас озон впливає на органолептичні властивості харчових продуктів, змінюючи їх. Тому озон переважно використовують для знищення мікробів у приміщеннях, наприклад, зерносховищах, холодильних камерах, складських приміщеннях. Термін зберігання харчових продуктів (ковбас, сирів, рулетів), що зберігаються за таких умов, збільшується у декілька разів.

Дія отруйних речовин

Проникнення в бактеріальну клітину отруйних речовин викликає порушення її функцій. Дія, що викликає загибель мікроорганізмів, має назву бактерицидний ефект.

Спирти, естери, феноли, формалін, хлор, солі важких металів, сірчаний газ, вуглекислота, бензойна, саліцилова, сорбінова та багато інших хімічних речовин мають шкідливу дію на мікроорганізми. Такі речовини мають назву антисептики або дезінфікуючі. їх вплив на мікроорганізми залежить від хімічної природи, концентрації, терміну дії, температури.

Чутливість мікробів до різних речовин різна.

У зв'язку з тим, що деякі з них надають продуктам неприємного смаку й запаху, і що більшість дезінфікуючих речовин певною мірою отруйні, то для людини застосування їх для обробки харчових товарів обмежене. Дезінфікуючі речовини застосовують переважно для обробки обладнання, приміщень, тканин, відпрацьованої промислової води, питної води та ін.

Іони деяких важких металів —золота, міді, цинку і особливо срібла, шкідливо впливають на мікроорганізми, навіть у дуже розведеному стані. Бактерицидну дію мають також деякі окисники: хлор, йод, пероксид водню, перманганат калію та інші.

Дія антисептиків пов'язана з впливом на біохімічні процеси, які відбуваються за життям мікробної клітини. Наприклад, дія важких металів пов'язана з денатурацією ферментів, спирти і естери руйнують ліпіди клітинних мембран, хлор і озон порушують окисно-відновні реакції, притаманні мікроорганізмам.

Бензойну, саліцилову, сорбінову та інші органічні речовини використовують як консерванти для обробки харчових продуктів у дуже обмеженій кількості.

В Україні використовують харчові консерванти здебільшого при переробці фруктів та ягід (пюре, соки, джеми, повидло, сиропи, пасти, фруктово-ягідні напої та ін.). При виготовленні молочних продуктів застосовують сорбінову кислоту, ковбасний сир обробляють коптильною рідиною «Вахтоль», до молока при виробництві твердих сирів додають вуглекислі або лимоннокислі солі, селітру, хлорид кальцію. Вміст консервантів у харчових продуктах нормується й ретельно контролюється відповідними організаціями.

Перспективним методом є використання штучного газового середовища з підвищеним вмістом вуглекислого газу для зберігання свіжих фруктів. Консервуюча дія С02 пов'язана з гальмуванням процесів окислення під час дозрівання фруктів, що підтримує їхній природний імунітет. Вміст вуглекислого газу в концентрації 5—% пригнічує розвиток пліснявих грибів і бактерій, що здатні псувати плоди і овочі.

На антисептичних властивостях диму, що містить альдегіди, кетони, феноли, спирти, смоли, кислоти та інші речовини, застосовано коптіння м'яса, риби та виробів з них. Бактерицидна дія диму та коптильної рідини зберігається тривалий час, вона підсилюється впливом підвищеної температури, збезводненням продукту і впливом кухонної солі. Все це сприяє тривалому зберіганню копчених виробів.

3. Вплив на мікроорганізми біологічних факторів.

У природі мікроорганізми взаємопов'язані один з одним. Розрізняють взаємини, що мають назву симбіоз, паразитизм, метабіоз та антагонізм.

Якщо взаємовідносини сприяють розвитку різних груп мікроорганізмів при сумісному існуванні, то такі взаємини називаються симбіозом.

Прикладом симбіозу є взаємовідносини, які існують між бобовими рослинами та бульбочковими бактеріями, що містяться на коріннях цих рослин. Бактерії одержують від рослин необхідний їм вуглець, а самі синтезують азотовмісні речовини, які необхідні рослинам. Симбіотичні взаємовідносини існують також між деякими молочнокислими бактеріями і дріжджами. Молочнокислі бактерії синтезують молочну кислоту, що є поживною речовиною дріжджам, які, у свою чергу, надають бактеріям корисні вітаміни.

Якщо сумісне існування сприятливе лише одному виду мікроорганізмів, а іншому шкодить, то таку форму існування називають паразитизмом. Паразитами для людей, тварин чи рослин є хвороботворні мікроорганізми, а для бактерій —бактеріофаги, що руйнують клітини бактерій.

Серед мікроорганізмів поширені взаємовідносини, що мають назву метабіоз, коли продукти обміну речовин однієї групи мікроорганізмів є джерелом енергії та їстівними речовинами для інших. Наприклад, бактерії, що руйнують білки до більш подрібнених пептидів, створюють сприятливі умови існування мікроорганізмів, які не мають змоги самі подрібнити їх, і застосовують білки лише в подрібненому стані, або дріжджі, що утворюють етанол під час бродіння, створюють умови для існування оцтовокислих бактерій, які використовують його, як енергетичну речовину, окислюючи етанол до оцтової кислоти, а плісняві гриби, в свою чергу, оцтову кислоту перетворюють на вуглекислий газ і воду.

Метабіозом поясняється швидка мінералізація всіх органічних речовин, що потрапляють у грунт. Основу кругообігу речовин у природі складає принцип метабіозу.

Серед мікробів поширені і так звані антагоністичні взаємовідносини, що формуються під час конкурентної боротьби за існування, за вміст кисню, або поживних речовин. Деякі бактерії, плісняві гриби, актиноміцети утворюють специфічні біологічно —активні речовини, що мають назву антибіотиків, які здатні пригнічувати розвиток

мікробів і викликати їх загибель. Антагоністичні взаємовідносини між мікроорганізмами використовують під час сквашування овочів, виготовлення кисломолочних продуктів тощо. Молочна кислота здатна призупиняти розвиток бактерій, що спричиняють гниття.

Бактерицидна дія антибіотиків використовується в медицині. Відомо багато антибіотиків (пеніцилін, біоміцин, стрептоміцин, окситетрациклін та інші), що застосовуються як ліки. Це високоефективні і специфічні ліки, але нераціональне їх використання призводить до зниження лікувального ефекту і навіть до ускладнень перебігу хвороби.

Інколи антибіотики додають до харчових продуктів як консерванти (до м'яса, риби, ікри тощо). Вміст антибіотиків регламентується і контролюється відповідно до нормативних актів'.

Не лише мікроорганізми, а й рослини та тварини здатні утворювати антибіотичні речовини.

Антибіотичні речовини, що утворюються рослинами, мають назву фітонциди. Фітонциди утворюють гірчиця, часник, цибуля, хрін та інші. Хвойні рослини випромінюють фітонциди у повітря, тому у хвойних лісних масивах повітря дуже чисте й містить невелику кількість мікроорганізмів.

До антибіотичних речовин тваринного походження належать лізоцим, ерітрин, екмолін та інші. Ці речовини відіграють захисну роль у взаєминах живих істот з мікроорганізмами.

Вплив екологічних факторів на мікроорганізми