logo
logo

Химическая природа веществ и их концентрация в питательной среде оказывают большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов: они определяют качественное распределение микроорганизмов в природе и направленность вызываемых ими биохимических процессов. Особенно большое влияние оказывают реакция среды, молекулярный кислород и различные химические вещества.

Реакция среды. Под реакцией среды подразумевается степень ее кис­лотности или щелочности. Этот фактор имеет важное значение в жизни мик­роорганизмов. Наибольшей активностью в отношении микроорганизмов обладают водородные и гидроксильные ионы, на которые диссоциируют кислоты и щелочи в растворе. Чем выше кислотность среды, тем больше концентрация ионов водорода в растворе.

Различные микроорганизмы по отношению к реакции среды резко от­личаются друг от друга. Для одних пределы колебания рН, в кото­рых возможна их жизненедятельность, довольно узки, другие — сравнитель­но легко переносят как подкисленные, так и щелочные среды. Например, бактерии рода Mycobacteriumразвиваются при рН от 7,5 до 7,8, а микро­скопические грибы — от 1 до 10. В качестве общего правила можно отме­тить, что для большинства бактерий наиболее благоприятной средой явля­ются нейтральная или слабощелочная, а для дрожжей и микроскопических грибов — слабокислая.

Существует целый ряд микроорганизмов, способных регулировать рН среды в соответствии со своими потребностями. Дрожжи, например, при рН 5,5 — 4,5 в качестве основных продуктов брожения образуют спирт и угле­кислоту, а при рН 7,5 накапливают глицерин и уксусную кислоту. Выход спирта при этом снижается. Под влиянием субстрата физиологическая дея­тельность дрожжей изменяется: они начинают вырабатывать уксусную кис­лоту, снижающую рН. Проявляют способность к регулированию среды так­же микроскопические грибы, молочнокислые бактерии.

Некоторые микроорганизмы, устойчивые к низким рН (от 3 до 4), в процессе жизнедеятельности выделяют в качестве продуктов обмена различные кислоты: уксуснокислые бактерии образуют уксусную кисло­ту, молочнокислые — молочную, пропионовокислые — пропионовую и т. д., поэтому их относят к ацидофильным (кислотолюбивым). По мере разви­тия данного микроорганизма в среде будет накапливаться образуемая им кислота и реакция среды будет меняться. Изменение реакции субстрата обусловливает смену одних микроорганизмов другими. Микроорганизмы, развивающиеся при высоких значениях рН, называются алкалифильными (щелочелюбивыми), например Vibriocholerae лучше развивается при рН 9.

Масштаб регулирования среды микроорганизмами сравнительно неве­лик. Диапазон колебания рН не превышает нескольких единиц, за преде­лами которых микроорганизмы становятся недеятельными и очень скоро погибают.

В лабораторной практике для выращивания отдельных видов микроор­ганизмов приготовляются питательные среды с оптимальными для данных микроорганизмов значениями рН. Кислая реакция среды оказывает губительное действие на гнилостные и многие патогенные микррорганизмы.

Значения реакции среды для различных микроорганизмов
Микроорганизмы рН среды
Минимум Оптимум Максимум
Бактерии      
Streptococcus lactis 4-4,7 6-6,5 7,9-8,5
Lactobacillus acidophilus 4-4,6 5,8-6 6,8
Lactobacillus casei 3-3,9 -
Escherichia coli 4,4-5 6,5-7,5 7,8-9
Proteus vulgaris 4,4-4,9 6,5-7,5 8,4-9
Salmonella enteritidis 5 7-8 8,5
Pseudomonas aeroginosa 5,5 6,6-7 8,5-9
Bacillus subtilis 4,5-5 6,7 8,5
Clostridium putrificum 4,2 7-8 8,5-9,4
Clostridium perfringens 5-5,8 6-7,6 8,5-9
Clostridium botulinum 5 6,5-7,5 9
Микроскопические грибы (различные виды) 1,5 4-6 9-10
Дрожжи (различные виды) 3-3,5 4,6-6 8,5

Е. coli и бактерии рода Salmonella, имеющие нижний предел рН 4,5, погибают при рН 3,5 в течение нескольких часов. Вегетативные клетки микроорганизмов под влиянием высокой кислотности погибают быстрее, чем споры. Угнетающее действие кислой.среды зависит не только от величи­ны рН, но и от природы кислоты, взятой для создания этой реакции.

У ми­неральных кислот токсическое действие в основном связано с их степенью диссоциации. Токсичность же органических кислот не пропорциональна их степени диссоциации, а связана с ядовитым действием недиссоциированных молекул или анионов.

Действие кислой среды на гнилостные микроорганизмы положено в основу таких методов консервирования, как маринование сельди.

Молекулярный кислород. Жизнедеятельность микроорганизмов нахо­дится в прямой зависимости и от окислительно-восстановительных условий в среде. Окислительно-восстановительные условия в среде характеризуются окислительно-восстановительным потенциалом rН2. Величина rН2 колеб­лется от 0 до 41. Чем меньше его числовое выражение, тем больше концен­трация водорода в среде и тем сильнее в ней выражены восстановительные, или анаэробные, условия. Чем выше значение rН2, тем больше насыщение среды кислородом. Так, в водном растворе, насыщенном кислородом, rН2 соответствует 41, а в растворе, насыщенном водородом, rН2 равно 0. При равновесии окислительно-восстановительных процессов rН2 равно 28.

Различные микроорганизмы могут развиваться в определенных грани­цах гН2. Анаэробные бактерии развиваются при гН2 от 0 до 14, факульта­тивные анаэробные — при rН2 от 0 до 20, аэробы — при rН2 от 14 до 30. Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно резко изменять интенсивность развития микроорганизмов и их биохимическую активность. Например, добавляя к среде вещества, снижающие rН2, можно добиться роста анаэробов в присутствии воздуха и, наоборот, повышая rН2, можно выращивать аэробов в анаэробных условиях.

Таким образом, изменяя реакцию среды, ее rН2, когда этого требуют интересы производства, можно регулировать жизнедеятельность микроор­ганизмов, изменять ход биохимических процессов, способствовать разви­тию полезных и подавлять развитие нежелательных.

Химические вещества. Химические вещества, вызывающие гибель мик­роорганизмов, называются дезинфицирующими, или антисептиками (греч. сепсис — гниение). Наиболее сильнодействующими из них являются: из неорганических соединений — соли тяжелых металлов (ртути, меди, особен­но серебра), многие окислители (хлор, озон, йод, перекись водорода, хлорная известь, перманганат калия), щелочи (едкий натр) и кислоты (сернистая, фтористоводородная и борная кислоты); из органических со­единений — спирты, фенолы, альдегиды, особенно формальдегид. К раз­личным антисептикам одни и те же микроорганизмы проявляют разную степень устойчивости: под действием одних микроорганизмы моментально гибнут, под действием других приостанавливают свое развитие, действие третьих не оказывает на них никакого влияния.

Действие химических веществ называется бактерицидным, если проис­ходит гибель микроорганизмов, или бактериостатическим, если они вызы­вают временную остановку жизнедеятельности микроорганизмов.

Наблюдается неодинаковое действие одного и того же антисептика на различные виды микроорганизмов.

Даже различные штаммы одного и того же вида микроорганизма обнаруживают различную устойчивость к дей­ствию одного и того же антисептика. Эту разницу объясняют неодинаковой структурой микроорганизмов. Грамотрицательные микроорганизмы, например, менее чувствительны к анилиновым краскам, чем грамположительные, что является важным диагностическим признаком.

Антисептики значительно сильнее действуют на вегетативные клетки микроорганизмов и гораздо слабее на споры. Высокая устойчивость спор к антисептикам может быть объяснена малой проницаемостью их наружной оболочки и является свидетельством того, что причина действия антисепти­ка связана с его влиянием на физиологическое состояние цитоплазмы клетки.

Бактерицидное действие антисептика зависит от его концентрации. При одинаковой степени разведения двух разных бактерицидных веществ токсичность их может быть совершенно различной. Не менее важным фак­тором активности антисептиков является температура и рН среды. Как правило, с повышением температуры токсичность антисептика возрастает. Температура в данном случае влияет не только на активность самого антисептика, но и на микроорганизмы. При температурах, превышающих максимум для роста микроорганизмов, даже незначительные дозы антисеп­тиков могут вызывать летальное действие. Аналогичное действие оказы­вает и рН среды.

Разнообразие химических и биологических свойств антисептиков поз­воляет использовать их на практике для различных целей. Система мер, полностью предотвращающих проникновение в пищевые продукты микро­организмов, что достигается дезинфекцией всех предметов и материалов, соприкасающихся с пищевым сырьем и готовым продуктом, называется асептикой.

Некоторые антисептики используются в качестве консервантов пи­щевых продуктов. При этом использование их в качестве консервантов пищевых продуктов строго нормируется санитарным законодательством СССР, так как большинство антисептиков токсично не только для микро­организмов, но и для человека. Совершенно неприемлемы для консервиро­вания пищевых продуктов сулема, фенол, бром, йод, мышьяк, соли меди.

Идеальные консерванты пищевых продуктов должны обладать высо­кой бактерицидностью и быстротой действия, т. е при малых концентраци­ях в короткий срок убивать самые стойкие Микроорганизмы. В то же вре­мя они должны быть или совершенно безвредными для человека, или, по крайней мере, малотоксичными, или легко удаляться из продукта перед употреблением его в пищу. Антисептики должны быть устойчивыми к раз­личным условиям среды, не разрушать металл, краски, дерево, быть деше­выми, не должны изменять ни цвета, ни запаха, ни вкуса консервируемо­го продукта, т. е не должны вызывать каких-либо побочных явлений. Но ни один из существующих антисептиков не отвечает этим требованиям и имеет те или иные недостатки.

Из неорганических соединений более всего соответствуют перечислен­ным требованиям перекись водорода (3 — 6%), марганцевокислый калий (2 — 5%), бисульфат натрия (0,25%), различные соединения хлора и др. Так, для обеззараживания различных предметов и оборудования на рыбооб­рабатывающих предприятиях используются такие хлорсодержащие вещес­тва, как хлорамин (0,2 - 0,5%) , хлорная известь (от 0,1 до 20%), гипохлорид натрия, который в незначительной концентрации (0,01%) уничтожает бактерии родов Salmonella, Staphylococcus, Е. coli. Высокой активностью обладает новый препарат дихлордиметилгидантоин в концентрации 0,03 — 0,3%, а также четвертичные аммониевые соли. Они отличаются не только антисептическими, но и моющими свойствами.

Из органических соединений для хранения рыбы и рыбных продук­тов используются: сорбиновая кислота (0,1 — 0,2%), бензойная кислота и бензойнокислый натрий (0,1%), уротропин (0,1 — 0,2%) и др.

Кроме растворов, для увеличения сроков хранения рыбы и рыбных продуктов используют химические вещества в газообразном состоянии, в частности углекислый газ (СO2). В малых дозах СO2 необходим для мик­роорганизмов и действует, по видимому, как стимулятор роста. Его угне­тающее действие на жизнедеятельность микроорганизмов начинает прояв­ляться лишь при довольно высоких концентрациях. Чувствительность к СO2 у различных микроорганизмов варьирует в очень широких пределах. Так, прорастание спор плесеней задерживается при содержании в воздухе 4% СO2. При 20%-ном содержании углекислого газа скорость роста микро­организмов значительно замедляется по сравнению с хранением рыбы в воз­душной среде, причем торможение роста тем сильнее, чем ниже температура хранения. Однако существуют и такие микроорганизмы, которые продол­жают расти даже при 60 — 80%-ной концентрации СO2. Очень стойким к действию СO2 оказался Proteusvulgaris. Установлено, что углекислый саз с успехом можно использовать при хранении и перевозках скоропортящих­ся продуктов при одновременном их охлаждении. Оптимальная концентра­ция при этом 10%. В таких условиях продукты не подвергаются микробиальной порче 60 — 70 дней.

Исследованиями последних лет установлено бактерицидное действие некоторых эфирных масел, смол и дубильных веществ. Антисептические свойства пряностей легко могут быть объяснены бактерицидностью содер­жащихся в них эфирных масел. Бактерицидным действием обладает наибо­лее древний способ консервирования — копчение. В состав коптильного дыма, а также применимых коптильных жидкостей входят такие бактери­цидные вещества, как формальдегид, фенол, крезол, ароматические смолы, алифатические кислоты, которые предохраняют продукты от бактериаль­ной порчи.

Действие компонентов дыма на микроскопические грибы выражено слабее. Поэтому копченые продукты подвержены плесневению в большей степени, чем бактериальной порче.

krendel