Изменения температуры, осмотического давления, облучение, высушивание и другие физические факторы вызывают значительное нарушение обменных процессов в цитоплазме клетки, что может привести к ее гибели.

Температура. Имеет в жизнедеятельности бактерий большое значение. В зависимости от интенсивности и экспозиции (времени) воздействия температурный фактор может стимулировать рост или, наоборот, вызывать необратимые смертельные изменения микробной клетки. Для каждого вида микроорганизмов существует определенный температурный диапазон роста, в котором различают: оптимальную температуру, наиболее благоприятную для роста и размножения микробов, максимальную и минимальную температуры, выше и ниже которых развитие микроорганизмов прекращается. Оптимальная температура обычно соответствует температурным условиям естественной среды обитания.

Все микроорганизмы по отношению к температуре делятся на три группы, внутри которых границы температурного диапазона варьируют.
Психрофилы (от греч. psychros — холодный) приспособились в процессе эволюции к жизни при низких температурах. Оптимальная температура для их развития 10—20°С, максимальная 30°С и минимальная 0°С. Это главным образом сапрофитные микробы северных морей, почвы, железобактерии.

Мезофилы (от греч. mesos — средний) развиваются в диапазоне 20—45°С; оптимальной для них является температура 30—37°С. К этой обширной группе относятся все патогенные микробы.

Термофилы (от греч. termos — теплый), растущие при температуре выше 55°С, развиваются при оптимальной температуре 50—60°С. Минимальная температура для их развития 25°С, а максимальная 70—80°С. Микробы этой группы обнаруживаются в почве, навозе, воде горячих источников. Среди них много споровых форм.
Неблагоприятное воздействие на микроорганизмы могут оказывать как высокие, так и низкие температуры. Значительно более чувствительн ы ми кробы к высоким температурам. Повышение температуры за пределы максимальной для их жизнедеятельности вызывает убыстрение биохимических реакций в клетке, нарушение проницаемости клеточных оболочек, повреждение термочувствительных ферментов. Это влечет за собой расстройство жизненно важных процессов метаболизма в клетке, свертывание (денатурация) белков клетки и ее гибель. Гибель большинства вегетативных форм бактерий наступает при 60°С в среднем через 30 мин, при 70°С — через 10—15 мин, а при 80—100°С— через 1 мин. Споры бактерий гораздо устойчивее к высоким температурам, на-пример споры возбудителя столбняка выдерживают кипячение до 3 ч, а ботулизма — до 6 ч. Гибель спор при использовании влажного тепла (автоклав) наступает при 110—120°С через 20—30 мин, а сухого тепла (печь Пастера) при 180°С в течение 45 мин. Действие высоких температур положено в основу стерилизации — обеспложивания различных материалов и предметов.

К влиянию низких температур микроорганизмы чрезвычайно устойчивы. При температуре ниже 0°С они впадают в состояние анабиоза, при котором происходит торможение всех процессов жизнедеятельности клетки и прекращается ее размножение. Многие бактерии в жидком водороде при температуре — 253°С часами остаются живыми. Холерный вибрион и кишечная палочка могут долгое время сохраняться во льду. Возбудители дифтерии переносят замораживание в течение 3 мес, возбудители чумы — до 1 года. Особенно устойчивы к низким температурам вирусы и бактерии, образующие споры, менее устойчивы такие патогенные бактерии, как гонококки, менингококки, бледная спирохета, риккетсии. Губительно действуют на микробы повторное и быстрое замораживание и оттаивание, которые приводит к разрыву клеточных оболочек и выпадению содержимого клетки. Угнетающее действие низкой температуры на рост и размножение микроорганизмов используют при сохранении пищевых продуктов в погребах, холодильниках, в замороженном виде.

Высушивание, или дегидратация, у вегетативных форм бактерий в большинстве случаев вызывает гибель клетки, так как для нормальной жизнедеятельности ее необходима вода. При влажности субстрата, в котором размножаются микроорганизмы, ниже 30% развитие большинства из них прекращается. Сроки отмирания различных микробов под влиянием высушивания широко варьируют: холерный вибрион выдерживает высушивание до 2 сут, шигеллы — 7 дней, возбудители дифтерии— 30 дней, брюшного тифа — 70 дней, стафилококки и микобактерии туберкулеза — 90 дней, а молочнокислые бактерии и дрожжи — несколько лет. Очень устойчивы к высушиванию споры бактерий. Метод дегидратации после предварительного замораживания широко используют в целях консервирования стандартных культур микроорганизмов (бактерии, вирусы и т. д.), иммунных сывороток и вакцинных препаратов. Такие препараты мо гут храниться длительно. Сущность метода состоит в том, что культуры бактерий в ампулах быстро замораживают при температуре —78°С в сосудах с уплотненной углекислотой, а потом высушивают в безвоздушном пространстве (вакуумная, лиофильная сушка). Ампулы с культурой после этого запаивают.

Неблагоприятное действие высушивания на рост и размножение микроорганизмов используют при изготовлении, консервации сухих продуктов. Однако такие продукты, попав в условия высокой влажности, быстро портятся из-за восстановления активности микробов.

Действие облучений. На жизнедеятельность микроорганизмов может оказывать влияние как лучистая энергия, так и звуковое облучение.

Солнечный свет губительно влияет на все микроорганизмы, за исключением зеленых и пурпурных серобактерий. Прямые солнечные лучи убивают большинство микробов в течение нескольких часов. Патогенные бактерии более чувствительны к действию света, чем сапрофиты. Гигиеническое значение света как естественного обеззараживающего средства очень велико. Оно освобождает от болезнетворных бактерий воздух, внешнюю среду. Наиболее сильное бактерицидное (уничтожающее бактерий) действие оказывают лучи с короткой длиной волны—ультрафиолетовые. Их используют для стерилизации операционных, бактериологических лабораторий и других помещений, а также воды и молока. Источником этих лучей являются ртутно-кварцевые и бактерицидноувиолевые лампы. Другие виды лучистой энергии — рентгеновские, гамма-лучи — вызывают гибель микробов лишь при действии в больших дозах. Их используют для стерилизации бактериологических препаратов и некоторых пищевых продуктов. Вкусовые свойства пищи при этом не изменяются. В процессе действия лучистой энергии разрушается клеточная ДНК.

Звуковые облучения: обычные звуковьіе лучи практически лишены губительного действия на микроорганизмы в отличие от ультразвуковых. Ультразвуковые лучи вызывают значительное поражение клетки, при котором происходят разрыв ее наружной оболочки и освобождение цитоплазмы. Полагают, что газы, растворенные в жидкой среде цитоплазмы, под действием ультразвука активируются, возникает большое давление внутри клетки и она механически разрывается.

Действие давления (механическое, газовое, осмотическое).
Бактерии, особенно спороносные, очень устойчивы к механическому давлению. Давление 600 атм в течение 24 ч не влияет на возбудителя сибирской язвы, а при 20 000 атм в течение 45 мин он разрушается неполностью. Неспороносные бактерии более чувствительны к высокому давлению: холерный вибрион выдерживает давление 3000 атм, но у него частично снижаются подвижность и способность к размножению. Коринебактерии дифтерии, стрептококки, нейссерии, возбудители брюшного тифа устойчивы к давлению 5000 атм в течение 45 мин, но чувствительны к 6000 атм. Вирусы, бактериофаги инактивируются при давлении 5000—6000 атм, а бактериальные токсины (столбнячный и дифтерийный) ослабляются при давлении 12 000—15 000 атм. Механизм действия высокого механического давления — результат физико-химических изменений жидкости: уменьшения ее объема, повышения вязкости, скорости химических реакций.

Давление газов, растворенных в питательной среде, оказывает действие на микроорганизмы в зависимости от природы газа и типа обменного процесса в клетке. Водород при давлении 120 атм за 24 ч вызывает гибель 10— 40% клеток кишечной палочки, углекислота при давлении 50 атм убивает вегетативные формы за 90 мин, а азот и при 120 атм не оказывает выраженного действия на микробов.

Осмотическое давление имеет большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов. По переносимости различных концентраций минеральных солей бактерии разделены на две большие группы: галофильные, которые могут развиваться в среде обитания с высоким содержанием солей, особенно хлорида натрия, и негалофильные, жизнедеятельность которых возможна при содержании хлорида натрия 0,5—2%. Оптимальным содержанием хлорида натрия для большинства патогенных микроорганизмов является среда с 0,5% этого вещества.

Губительное действие концентрированных растворов солей и сахара на микроорганизмы используют при консервировании ряда продуктов: рыбы, мяса, овощей, фрук¬тов. Содержание 15—30% хлорида натрия в растворе обеспечивает гибель вегетативных форм и подавляет спорообразование. Чувствительность микроорганизмов к наличию хлорида натрия в среде различна: возбудители ботулизма прекращают жизнедеятельность в 6% растворе, дрожжи — в 14%, а некоторые галофилы могут размножаться в 20—30% растворах хлорида натрия.

Механическое встряхивание. Умеренная частота встряхиваний (1—60 в минуту) обеспечивает хорошую аэрацию питательной среды и создает благоприятные условия для роста аэробов. Резкие и быстрые встряхивания тормозят развитие, а при воздействии в течение длительного времени вызывают изменения клеточных белков и даже полное разрушение клеток. Сильное механическое встряхивание бактерий в контакте с инертными плотными частицами (стеклянные бусы, кварц) оказывает непосредственное вредное действие на клетки—бактерии разрушаются. Такой метод механической дезинтеграции используют для разрушения биомассы микробов при получении из них различных антигенов.

Температура
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные.

• Термофильные виды . Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
• Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.
• Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С – через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).
Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже –100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до –250°С ).

Влажность
При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.
Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация . Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.
Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3% .

Излучения
Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.
УФ-лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.
Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток. Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.
Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук
Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление (до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление
Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм.
В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Фильтрование
Для удаления микроорганизмов применяют различные материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям, разделения микробов и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения вирусов.

ДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Способность ряда химических веществ подавлять жизнедеятельность микроорганизмов зависит отконцентрации химических веществ и времени контакта с микробом. Дезинфектанты и антисептики дают неспецифический микробицидный эффект; химиотерапевтические средства проявляют избирательное противомикробное действие.

По механизму действия противомикробные вещества разделяются на:
а) деполимеризующие пептидогликан клеточной стенки,
б) повышающие проницаемость клеточной мембраны,
в) блокирующие те или иные биохимические реакции,
г) денатурирующие ферменты,
д) окисляющие метаболиты и ферменты микроорганизмов,
е) растворяющие липопротеиновые структуры,
ж) повреждающие генетический аппарат или блокирующие его функции.

У микроорганизмов химической деструкции прежде всего подвергаются белки и липиды цитоплазматической мембраны, белковые молекулы жгутиков, фимбрий, секс-пили, порины клеточной стенки грамположительных бактерий, связывающие белки периплазмы, протеиновые капсулы, экзотоксины, ферменты-токсины и ферменты питания. Деструкция гетерогенных полимеров (белки, полиэфиры и др.) происходит как при действии окислителей, так и при действии гидролизующих и детергентных антисептиков (кислоты, щелочи, соли двух- и поливалентных металлов и др.).

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

К биологическим средстваммогут быть отнесены препараты, содержащие живых особей -бактериофагов и бактерий, обладающих выраженной конкурентной активностьюпо отношению к патогенным и условно-патогенным для человека и животных видам микробов . Они вводятся в организм в жизнеспособном состоянии. Фаги и антагонисты оказывают прямое повреждающее действие на патогенных и условно-патогенных микробов; изготовленные из них лекарственные препараты предназначены для местного применения, для них характерна специфичность действия на микроорганизмы и безвредность для пациента; целью их внесения в организм человека и животных является лечение или профилактика инфекционных заболеваний. По механизму действия они близки к химическим антисептикам.
Необходимо также помнить и о молочно -кислых бактериях, которые вызывают процесс молочно-кислого брожения. Некоторые молочно-кислые бактерии способны синтезировать антибиотики и с их помощью подавлять развитие болезнетворных микробов.
Препараты, содержащие бактерии (эубиотики или пробиотики ): колибактерин, лактобактерин, бифидумбактерин, бификол, микрококкобактерин, линекс, бактисубтил и другие.
Препараты, содержащие бактериофаги: бактериофаг брюшнотифозный, бактериофаг дизентерийный, бактериофаг сальмонеллезный, бактериофаг коли-протейный, бактериофаг стафилококковый, бактериофаг стрептококковый, бактериофаг пиоцианеус, бактериофаг синегнойный, бактериофаг клебсиеллезный, пиофаг комбинированный и другие.

Влияние факторов внешней среды на МО.

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

Вопрос № 3,18

Температура
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные.

• Термофильные виды . Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
• Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде.
• Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С – через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).
Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже –100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до –250°С ).

Влажность
При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.
Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация . Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.
Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3% .

Излучения
Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.
УФ-лучи (с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.
Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток. Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.
Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук
Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление (до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление
Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм. В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Фильтрование
Для удаления микроорганизмов применяют различные материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям.

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 большинства патогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует 37 0 С.

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

Температурный максимум – температура, при которой рост и размножение прекращается, все процессы метаболизма замедляются, 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;

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 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 пара 120 0 С 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 антимикробным действием.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивной диффузии 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 (сыворотки, 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 бактериологические 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.

Стерилизация инфракрасным излучением происходит 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. Ультрафиолетовое бактерицидное излучение в диапазоне 254 нм уничтожает микроорганизмы, споры, грибки и вирусы, что делает его очень эффективным профилактическим санитарно-противоэпидемическим средством для дезинфекции воздуха. Ультрафиолетовый бактерицидный рециркулятор Дезар-5 обеспечивает наивысшую степень дезинфекции (99,9 %) и соответствуют высочайшим требованиям, предъявляемым к состоянию воздуха в операционных, ожоговых и реанимационных палатах, родильных отделениях, т.е. там, где требуется полная стерильность. Также рециркулятор предназначен для использования в помещениях с повышенным риском распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Губительное действие УФ излуче­ния вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели. Возможна стерилизация белков, витаминов, антибиотиков. УФ-лучи обладают слабой проникающей способностью.

Ионизирующая радиация . В настоящее время используют радиационный метод (гамма-излучение, ускоренные электроны) для стерилизации перевязочного материала, хирургического инструментария, фармацевтических препаратов, сывороток, пищевых продуктов и других предметов.

Гамма- и рентгеновские лучи - волны, обладающие значительной проникающей способностью. Чтобы задержать лучи, необходим защитный слой, например, слой бетона толщиной 60 - 70 см. Наиболее широко используется гамма-излучающий изотоп кобальта-60, реже изотоп цезия-137, в связи с его низким уровнем энергии и излучения.

Стерилизационный эффект ионизирующего излучения является результатом воздействия на обменные процессы клетки, тогда как радиоактивное и инфракрасное излучение, высокочастотные колебания оказывают свое бактерицидное действие с помощью тепла, развиваемого в обрабатываемом предмете.

Любая форма облучения вызывает изменения в белках, нуклеиновых кислотах и других составных элементах клетки, обусловливающих ее жизнедеятельность.

Применение ионизирующей радиации имеет ряд преимуществ перед тепловой стерилизацией. При стерилизации с помощью ионизирующего излучения температура стерилизуемого объекта поднимается незначительно, в связи с чем такие методы называют холодной стерилизацией.

Для стерилизации ионизирующим излучением имеются специальные установки, и работа на них производится в соответствии с определенными инструкциями. При стерилизации в больших масштабах, например, на промышленных предприятиях, может быть создан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения: гамма-установки и ускорители электронов.

Средняя летальная доза одинакова, в случаях, если облучение проводить при низкой интенсивности, но в течение длительного времени, или оно осуществляется при высокой интенсивности, но короткое время. Выдержка зависит также от мощности установки. Например, при мощности установки 10 Вт/кг для получения стерильности материала его следует подвергнуть воздействию ионизирующих лучей в течение примерно 5 ч.

Стерилизующая доза зависит как от материала, подвергающегося стерилизации, так и от количества и радиоустойчивости микроорганизмов, находящихся в облучаемом материале, в связи с чем для облучения сильно обсемененных объектов увеличивают дозу облучения по сравнению с облучением объектов, мало обсемененных микроорганизмами.

Медицинские инструменты, в том числе шприцы, иглы, катетеры, перевязочные материалы, ёмкости для переливаемой крови и другие изделия подвергают стерилизации путем воздействия дозой 2,5 кДж/кг. Стерилизация ионизирующим облучением наиболее широко применяется на промышленных предприятиях, изготовляющих изделия медицинского назначения одноразового использования, например, системы для переливания крови, акушерские комплекты, которые используют при приеме родов в родильных домах. Стерилизуемые ионизирующим облучением предметы упаковываются в герметичные полиэтиленовые пакеты. Срок сохранения стерильности в таких упаковках до нескольких лет. После стерилизации необходимо проводить контроль остаточной радиации.

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 уничтожаются не только вегетативные формы, но и споры. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (их питательная ценность при этом сохраняется максимально), вакцин, некоторых объектов лабораторного оборудования, которые портятся при действии повышенной температуры и химической стерилизации.

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.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Сухим жаром стерилизуют лабораторную посуду. Ее неплотно загружают в печь, чтобы был равномерный прогрев материала. Лабораторную посуду перед стерилизацией необходимо тщательно вымыть, высушить, завернуть в бумагу. Чашки заворачивают в бумагу по одной или не­сколько штук. В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, предупреж­дающие засасывание материала. Градуированные пипетки заворачивают в длин­ные полоски бумаги шириной 5 см. На бумаге отмечают объем завернутой пипет­ки. В пеналах пипетки стерилизуют без дополнительного завертывания в бумагу.

Острые концы пастеровских пипеток запаивают в пламени горелки и завора­чивают в бумагу по 3-5 штук.

Флаконы, колбы, пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками. Пробка должна входить в горлышко сосуда на 2/3 длины, не слишком туго, но и не свобод­но. Поверх пробок на сосуд надевают бумажный колпачок. Пробирки связывают по 5-50 штук и обертывают поверх бумагой.

Дверь шкафа плотно закрывают, включают электронагревательный прибор, доводят температуру до 160-165 0 С и стерилизуют 1 час. По окончании стерилизации выключают обогрев, но дверцу шкафа не от­крывают, пока печь не остынет (иначе холодный воздух вызовет образование трещин на посуде). Режим стерилизации: 160°С - 60 мин, 180°С - 15 мин, 200° С - 5 мин. Жидкости, питательные среды, предметы из резины и синтетических мате­риалов нельзя стерилизовать сухим жаром.

Стерилизации паром под давлением подвергают перевязочный материал, операционное белье, хирургические инструменты, питательные среды, лаборатор­ную посуду, инфицированный материал, инъекционные растворы. Материал помещают в ёмкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впиты­вающие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток. Инфицированный материал в чашках и пробирках стерилизуют в металлических бачках с крышкой.

Стерилизацию паром под давлением производят в автоклаве. При однократ­ной обработке погибают как вегетативные, так и споровые формы бактерий. Паром под давлением стерилизуют питательные среды, кроме сред, содержащих нативные белки, жидкости, приборы, имеющие резиновые части.

Простые среды (МПА, МПБ) стерилизуют 20 мин при 120°С (1 атм).

Различные жидкости, приборы, имеющие резиновые шланги, пробки, бактериальные свечи и фильтры стерилизуют при 120 0 С (1 атм.) в течение 20 мин.

Перевязочный материал, белье стерилизуют при 1 атм. 15-20 мин.

Инфицированный материал (в пробирках, чашках) помещают в специальные металлические ведра или баки с отверстиями для проникновения пара и стерилизуют при 134 0 С (2 атм.) в течение 45 мин. Также стерилизуют инструменты после работы со споровыми бактериями.

Существует 2 режима стерилизации:

1. Текучим паром в автоклаве или в аппарате Коха при не завинченной крышке и открытом выпускном клапане, когда антибактериальное действие пара проявляется в отношении вегетативных форм. Так стерилизуют среды с витаминами и углеводами, мочевиной, молоком, картофелем и желатином. Для полного обеспложивания применяют дробную стерилизацию (при 100 0 С) 20-30 мин 3 дня подряд. Это убивает и споры.
2. Стерилизация паром под давлением – наиболее эффективный метод обеспложивания.

Непременным условием жизнедеятельности микроорганизмов является наличие в среде капельножидкой воды. В высушенном состоянии микробы остаются бездеятельными, хотя и могут сохранить свою жизнеспособность. В высушенном состоянии микробы не могут расти и размножаться, так как нарушается осмотический характер процесса питания: при отсутствии воды, необходимой для растворения питательных веществ, они не могут проникнуть внутрь микробной клетки. Минимум влажности, при котором возможно развитие бактерий, 25-30%. Менее требовательны к влаге плесневые грибы. Они развиваются на субстратах и при 10-15% влажности (особенно пеницилловые и аспергилловые плесени).

Для развития микробов важно не общее содержание влаги, а доступность ее для процесса питания. Если вода химически связана с субстратом (содержится, например, в кристаллогидратах, где ее количество строго определенное) и может быть удалена либо химическим воздействием, либо прокаливанием, то такая вода для микробов недосягаема: химически связанная вода не может служить растворителем питательных веществ. Микроорганизмам, как уже указывалось, необходима капельножидкая вода, удерживающаяся в продуктах силами смачивания и капиллярности.

Содержание капельножидкой воды в пищевых продуктах зависит от свойств продукта и окружающей температуры. Чем выше температура окружающего воздуха, тем более влажным должен быть субстрат, чтобы на его поверхности могли развиваться микроорганизмы, и наоборот. Высушивая продукт, мы получаем возможность предохранить его от микробного воздействия; поэтому сушка является наиболее простым методом консервирования.

Различные микроорганизмы по-разному переносят высушивание. Одни микробы весьма чувствительны к влаге и при высушивании сравнительно быстро погибают. К этой группе относятся, например, уксуснокислые бактерии, нитрифицирующие и азотфиксирующие почвенные бактерии, некоторые патогенные микроорганизмы - холерный вибрион, чумная палочка - и некоторые гнилостные микробы. Другие же микроорганизмы могут сохраняться в высушенном состоянии довольно продолжительное время, а третьи в высушенном состоянии сохраняют свою жизнеспособность даже десятки лет. Для сохранения жизнеспособности микробов при высушивании немаловажное значение имеют технические условия высушивания. Установлено, что особенно долго микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в том случае, если они высушиваются вместе с питательным субстратом. Есть данные о том, что в высушенных комочках земли жизнеспособность спор сохраняется до 93 лет. Молочнокислые бактерии в высушенном состоянии не теряют способности к развитию в течение 10 лет, что позволяет применять их «сухие закваски» при изготовлении . Очень долго (2 года и более) сохраняют свою жизнеспособность многие клетки в высушенных хлебных дрожжах.

В настоящее время широко применяется метод сохранения производственных культур микроорганизмов и вакцин путем быстрого высушивания их в вакууме в средах специального состава.

Сушка овощей и плодов осуществляется в широком производственном масштабе и имеет большое народнохозяйственное значение. Особенно большое распространение получила промышленная сушка овощей: картофеля, капусты, свеклы, моркови, белых кореньев, лука, зеленого горошка, грибов. Из плодов и ягод сушат виноград, абрикосы, семечковые плоды и сливы. Меньшее значение имеют сушеные продукты животного происхождения: яичный порошок, сухое молоко, сушеное мясо, вяленая рыба. Содержание влаги при сушке для различных видов фруктов практически необходимо снизить до 15-20%, для овощей - до 12-14%. Высушивать другие продукты можно и до меньшего содержания влаги - 4-5%.

В зависимости от скорости и условий высушивания, характера высушиваемого сырья и вида микроорганизмов на поверхности сушеных продуктов могут остаться самые разнообразные зародыши микробов. В сушеной капусте, например, находили до 15 млн. зародышей на 1 г продукта, а в яичном порошке, полученном на американских заводах, еще больше - от 18 до 20 млн. зародышей на 1 г.

Обычно микрофлора сушеных фруктов и овощей представлена спорами плесневых грибов Aspergillus, Penicillium, но могут встречаться и бактерии кишечнотифозной группы Escherichia coli, Salmonella enteritidis, S. gartneri и некоторые другие. Наличие в сушеных продуктах (а также концентратах) разнообразных микробов приводит к тому, что небольшое, даже местное, увлажнение этих продуктов влечет за собой быстрое развитие микробов, чаще всего плесневых грибов, реже развитие бактерий и порчу продуктов. Поэтому хранить сушеные фрукты, овощи, концентраты следует в герметической упаковке во избежание поглощения влаги из воздуха.

Действие температуры

Температура среды является мощным физическим фактором, определяющим не только интенсивность развития, но и возможность существования микроорганизмов. Для каждого микроба существует определенный температурный интервал, вне границ которого данный микроорганизм погибает.

Все микроорганизмы в зависимости от положения на температурной шкале оптимума их роста и развития принято делить на три группы: психрофилы, мезофилы, термофилы.

Психрофильные микроорганизмы (от греческого psychria - холод, phileo - люблю) - холодолюбивые микроорганизмы, в основном встречающиеся в северных морях, в почвах тундры и т.д. В процессе эволюции эти микроорганизмы приспособились к жизни при низких температурах. Оптимум их развития лежит между 10 и 20°С, максимум равен 30-35 °С, минимум - от 0 до -7 °С и даже ниже.

К психрофильным микроорганизмам относятся бактерии, способные развиваться в холодильниках, на охлажденных продуктах и вызывающие их порчу. Это преимущественно неспорообразующие грамотрицательные подвижные и неподвижные палочки родов псевдомонас и ахромобактер (Pseudomonas и Achromobacter). При минусовых температурах могут развиваться и некоторые плесени, особенно Cladosporium и Thamnidium, прекращающие свою жизнедеятельность лишь при температуре около -10°С.

Термофильные (от греческого therme - тепло, жар), или теплолюбивые, микроорганизмы также довольно широко распространены в природе. Их находят не только в песках Сахары или в воде горячих минеральных источников, где они свободно живут при температуре 50-60°С. Термофилов повсеместно можно встретить в почве, в воде, в кишечнике человека и животных, так как они обладают очень устойчивыми спорами. Оптимальная температура для развития термофилов лежит между 50 и 60°С (иногда даже выше), минимум - около 30°С и максимум - между 70 и 80 °С.

К термофильным микробам относят Вас. aerothermophilus, Вас. calfactor, Вас. coagulans, Вас. thermodiastaticus, Cl. thermosaccharolyticum, отдельных представителей плесневых грибов рода Aspergillus и Penicillium и некоторые другие виды микроорганизмов. К группе термофильных причисляют и так называемых термогенных микробов, способных возбуждать экзотермические реакции. Термогенные микроорганизмы являются виновниками саморазогревания сена, зерна, хлопка, навоза и других органических материалов. Они играют большую роль в «табачном брожении» - в ферментации табака, протекающей в тюках табака при 54 °С и значительно улучшающей аромат и горючесть табака.

Биотермогенез (саморазогревание) навоза, обусловленный экзотермическими реакциями микробной природы, широко используется в парниках, теплицах, оранжереях для обогрева растений.

Однако между психрофилами и мезофилами, мезофилами и термофилами нельзя провести резкой границы. Имеется целый ряд переходных форм, одинаково хорошо развивающихся как при низких, так и при сравнительно высоких температурах. Таких микробов называют психротолерантными или термотолерантными (от латинского tolerantia - терпение). Указанные группы микробов как бы безразличны к теплу и холоду. Термотолерантные микробы, имея оптимум для развития около 30 °С, обнаруживают очень высокий максимум (55-60 °С). Психротолерантные микробы при оптимуме около 20 °С свободно развиваются и при очень низких температурах, близких к нулю и ниже. В табл. 1 приведены кардинальные температуры (в °С) роста и развития некоторых микробов (по литературным данным).

Точное определение кардинальных температурных точек для отдельных видов микроорганизмов является довольно трудной задачей, так как для различных жизненных функций микроба кардинальные температуры оказываются различными. В частности, оптимальная температура роста и размножения микробов не всегда совпадает с оптимальной температурой спорообразования, брожения или накопления кислот в среде. Например, микроорганизмы молока Streptococcus lactis наиболее интенсивно растут при 34 °С, а для брожения лучшей температурой для них является 40 °С. Температурный оптимум роста большинства плесневых грибов лежит между 25-30 °С, а для спорообразования им нужна более высокая температура: 35-40 °С. Плесневой гриб Aspergillus niger лучше всего растет при 35 °С, а продуцирует лимонную кислоту из сахара больше всего при температуре 20-25 °С.

Часто можно наблюдать явление, что оптимальная температура для развития одного вида микробов оказывается неподходящей для развития другого вида этого же рода и семейства.

Для одного и того же вида микроба в зависимости от места его обитания кардинальные температурные точки могут оказаться различными. Явление несовпадения температурных максимумов для некоторых видов почвенных бактерий отмечено Е. Н. Мишустиным. Он указывает, что для бактерий, выделенных из южных почв, температурный максимум оказывается более высоким и они образуют более термоустойчивые споры, чем представители этого же вида из северных почв.

По сравнению с другими живыми организмами микробы гораздо лучше переносят колебания температуры. Сенная палочка, например, способна развиваться в любой климатической зоне, так как свободно переносит температуры от 6 до 55 °С. Для других сапрофитных форм этот диапазон несколько сужен - от 10-15 до 40-45 °С. Только патогенные микроорганизмы имеют максимум и минимум, очень близко расположенные к оптимуму. Температурный интервал для их развития не превышает 5-10 °С.

Если длительно выращивать микроорганизмы при постоянно повышающейся или понижающейся температуре, то удается переместить кардинальные точки этих микробов. Подобным образом, например, были выведены холодостойкие расы дрожжей.

Зная отношение тех или иных микроорганизмов к температуре, можно в лабораторных условиях культивировать их при оптимальных для них температурах. Это дает возможность подробно изучить физиологические свойства и установить возможность применения и максимально выгодные условия при использовании в практической жизни биохимических реакций, возбуждаемых данными микроорганизмами.

Влияние на микроорганизмы низких и высоких температур

Высокие и низкие температуры влияют на микроорганизмы по-разному. Как правило, микроорганизмы не переносят высоких температур и погибают при этом более или менее быстро. Низкие же температуры оказывают смертельное (летальное) действие в том случае, если замерзает среда, в которой содержатся микробы, или если наблюдаются резкие скачки температуры при многократно повторяющемся замораживании и оттаивании. Однако отмирание микроорганизмов при охлаждении протекает гораздо медленнее, чем в условиях нагревания.

Низкие температуры, ниже минимума и даже близкие к абсолютному нулю, вызывают у большинства микробов так называемый анабиоз - «состояние скрытой жизни», напоминающее зимнее оцепенение многих холоднокровных животных (лягушек, змей, ящериц и пр.). В литературе, например, имеются очень интересные сведения о том, что в трупах мамонтов, пролежавших в мерзлой земле несколько десятков тысяч лет, были найдены споры и жизнеспособные гнилостные бактерии.

Холодоустойчивость различных микроорганизмов может колебаться в очень широких пределах. Были проделаны многочисленные опыты по замораживанию микробов. Споры бактерий и плесеней выдерживались в течение полугода (и даже более) при температуре жидкого воздуха (-190 °С); споры плесеней подвергались охлаждению в условиях вакуума до температуры жидкого водорода (-253 °С) в течение 3 дней, но и после такого замораживания они сохранили способность к развитию и размножению. Особенно устойчивыми к замораживанию оказываются споры бацилл. Выдерживают низкие температуры более или менее продолжительное время и некоторые бесспоровые микроорганизмы. Дифтерийные коринебактерии переносят замораживание 3 месяца. Брюшнотифозные бактерии длительно сохраняются во льду. Кишечная палочка сохраняет свою жизнеспособность и после 20-часового выдерживания при температуре жидкого воздуха.

Исследованиями установлено, что скорость отмирания микроорганизмов при замораживании зависит от их видовой принадлежности, возраста культуры, химического состава среды и влажности воздуха в камерах замораживания. Ф. М. Чистяков, Г. Л. Носкова, 3. 3. Бочарова, И. Брукс и другие установили, что если в замораживаемых продуктах сохраняется капельножидкая вода, то отдельные разновидности Penicillium glaucurn и Cladosporium herbarum будут развиваться даже при -8 °С. Чем выше кислотность замораживаемой среды, чем более высокой будет в ней концентрация растворенных веществ, тем быстрее погибают микроорганизмы. Так, при резком снижении температуры от 0 до -12 °С в кислых средах с высокой концентрацией растворенных веществ быстрее всего погибают бактерии кишечной группы и протея. Однако фекальный стрептококк в этих условиях сохраняет свою жизнеспособность. Высокая влажность воздуха в холодильных камерах создает благоприятные условия для развития плесеней и бактерий.

Большая выживаемость микробов при охлаждении и замораживании не противоречит, однако, современной тенденции холодильного хранения продуктов. Дело в том, что низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы, хотя и не делают продукт стерильным. Кроме того, при низких температурах качество продукта все же сохраняется дольше, так как при этом снижается отрицательное действие других, немикробиальных факторов. В частности, резко замедляется действие ферментов. Плоды и овощи без заметного ухудшения их качества можно хранить в охлажденном состоянии в течение нескольких месяцев. Сохранить продукты от порчи при понижении температуры можно, однако, только временно, пока продолжается действие холода. После оттаивания (дефростации), особенно при неправильном размораживании, когда нарушается целость тканей и наблюдается вытекание клеточного сока (в мясе, рыбе и пр.), микробы, сохранившие свою жизнеспособность, начнут интенсивно размножаться, что очень быстро вызывет порчу продукта. Поэтому к продуктам, направляемым на холодильное хранение, следует предъявлять строгие санитарно-гигиенические требования.

Высокие температуры, как указывалось, микроорганизмы переносят значительно хуже, чем охлаждение. Повышение температуры, выходящее за пределы максимума, всегда в конечном счете приводит к смерти микробной клетки. И чем выше температура, тем быстрее погибает микроб. Отмирают микроорганизмы не все одновременно. При воздействии на микробы высоких температур большое значение имеет степень нагревания, его продолжительность, вид микроорганизма и химический состав субстрата.

При кратковременном нагревании до температур, лишь незначительно превышающих максимум, у микробов наблюдается подобное анабиозу «тепловое окоченение»: все жизненные процессы в клетке приостанавливаются. Однако при быстром снижении температуры до пределов оптимума происходит восстановление функциональной деятельности микроба - его оживление. Но длительное пребывание микроорганизма в состоянии теплового окоченения приводит к летальному исходу. Например, гриб Penicillium glaucum, имеющий температурный максимум 34 °С, погиб при 35 °С через месяц. Споры Cladosporium herbarum настолько были ослаблены 50-дневной выдержкой при 35 °С, что прорастание их наблюдалось лишь спустя 11 дней.

Губительное действие высоких температур на микроорганизмы связано с термолабильностью белков. Известно, что нагревание вызывает денатурацию белка - его необратимое свертывание. На температуру денатурации белка очень сильно влияет процентное содержание в нем воды. Чем меньше воды в белке, тем более высокие температуры необходимы для его свертывания. Поэтому молодые вегетативные клетки микробов, богатые водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые клетки, потерявшие определенное количество воды.

Высокие температуры вызывают необратимые изменения в живой цитоплазме микробных клеток, нарушают ее тонкие конструкции и течение биохимических реакций. Гибель микроорганизма при этом неизбежна, так как невозможно восстановить функциональные свойства живого вещества у его цитоплазмы, как нельзя вернуть первоначального состояния белку круто сваренного яйца.

Летальные температуры различны не только для различных микробов, но даже клетки одного и того же вида, выращенные в разных условиях, погибают разновременно. Многие микробы вне жидкого субстрата в подсушенном состоянии (зародыши в пыли или на стенках сухих сосудов) оказываются весьма термоустойчивыми. Они способны выдержать длительное нагревание при температурах, превышающих максимум их развития. В жидких же средах они сравнительно легко погибают. Очень высокую термоустойчивость проявляют споры бацилл и особенно споры термофильных микроорганизмов. Это объясняется тем, что споры содержат меньше воды, чем вегетативные клетки, да к тому же большая ее часть находится в связанном состоянии. Кроме того, споры покрыты плотной, труднопроницаемой оболочкой. Содержащиеся в спорах липоидные компоненты оказывают защитное действие при свертывании белка. Предполагают, что цитоплазма термофильных микробов построена из весьма термоустойчивых белков. Дрожжи и плесени гораздо менее устойчивы к нагреванию. Они сравнительно быстро погибают уже при 65-80 °С. Существуют, правда, виды плесневых грибов, выдерживающие нагревание до 100 °С, но кратковременное.

Большинство неспорообразующих бактерий погибает при температуре 60 °С в течение 30-60 мин. При более высоких температурах они гибнут быстрее. При действии сухого жара при 160-170 °С в течение 1-1,5 ч и нагревании при 120,6 °С под давлением пара 2 ат (19,6-104 н/м2) в течение 20-30 мин погибают как вегетативные клетки, так и споры всех микроорганизмов. Субстрат становится стерильным.

На губительном действии высоких температур на микроорганизмы основано производство стерилизованных баночных консервов. При консервировании пищевых продуктов приходится учитывать химический состав среды - ее кислотность, наличие в среде поваренной соли, жира - и многие другие факторы, влияющие на термоустойчивость микробов и их спор.

Следует иметь в виду, что в субстратах среди общей массы микробов всегда встречаются отдельные клетки с сильными индивидуальными отклонениями от средней термоустойчивости, характеризующей данный вид: бывают как менее, так и более устойчивые. В силу этого при нагревании в одних и тех же условиях не все микроорганизмы погибают одновременно. Могут сохраниться отдельные клетки данного вида, оказавшиеся более стойкими. Чем сильнее продукт загрязнен микробами, тем вероятнее присутствие в нем большего количества таких термоустойчивых особей, тем дольше нужно вести нагрев для их полного уничтожения. В пищевой промышленности использование высоких температур для уничтожения микробов осуществляется двумя способами - пастеризацией и стерилизацией.

Пастеризация. Продукт прогревают при температурах от 65 до 80 °С в течение нескольких минут. Продолжительность пастеризации зависит от вида продукта и температуры. При пастеризации уничтожаются лишь вегетативные клетки микробов; споры бактерий, а также клетки некоторых термофильных микроорганизмов при этом могут сохраниться. Для предупреждения порчи пастеризованных продуктов и задержки прорастания спор сохранившихся микробов такие продукты следует хранить в охлажденном состоянии. Пастеризацию применяют для молока, вина, фруктовых соков и некоторых других продуктов. Иногда используют кратковременный нагрев до температуры 90-100°С в течение нескольких секунд (мгновенная пастеризация, или лампоризация).

Стерилизация. Стерилизация предполагает уничтожение всех без исключения микроорганизмов и их спор - абсолютное обеспложивание. К стерилизации прибегают при изготовлении питательных сред для микробиологического анализа, при подготовке лабораторной посуды и в медицине (при подготовке хирургических инструментов, лекарственных веществ для инъекции и пр.). Осуществляют стерилизацию либо сухим жаром (в сушильных шкафах), либо перегретым паром под давлением (в автоклавах), либо текучим паром (в кипятильниках Коха).

Для консервирования пищевых продуктов длительное нагревание при высоких температурах практически оказалось неприемлемым. Невозможно для всех пищевых продуктов установить раз и навсегда такой режим стерилизации (температуру и продолжительность нагрева), при котором погибли бы абсолютно все как вегетативные клетки, так и споры микробов. Это объясняется тем, что жесткий режим стерилизации вызывает разваривание продуктов, разложение химических веществ, входящих в состав сырья. Вкус продуктов ухудшается, пищевая ценность снижается. Кроме того, универсальный режим стерилизации для всех консервов невозможен еще и потому, что даже у одного и того же вида микробов наблюдаются колебания в термоустойчивости отдельных экземпляров. Приходится учитывать разнообразное влияние различных факторов: химический состав среды, форму, размеры и материал тары, в которую расфасовывается продукт при стерилизации, и некоторые другие факторы. Овощи и фрукты, например, опасно нагревать даже до 100°С. так как они при этом теряют свою естественную консистенцию, резко изменяются в цвете, теряют аромат и вкус и пр. Даже стойкие к нагреванию продукты - мясо и рыба - при длительном нагревании снижают свои вкусовые качества.

Так как в задачу консервирования входит получение доброкачественных продуктов, по возможности сохранивших свои натуральные свойства или по крайней мере близкие к натуральным, сохранение пищевой ценности сырья - его вкуса, аромата, цвета, содержания витаминов и пр., то разработка режимов стерилизации является важным вопросом в технологии и микробиологии консервного производства.

Режимы стерилизации разрабатываются и устанавливаются в зависимости от: 1) активной кислотности продукта; 2) степени зрелости сырья; 3) объема и материала тары; 4) консистенции продукта; 5) степени загрязнения продукта микроорганизмами и качественного состава микрофлоры.

Таким образом, микробиологический контроль консервного производства не может ограничиться одним лишь микробиологическим анализом. Микробиолог должен хорошо знать технологический процесс, режимы обработки продуктов на каждом этапе производства, в любой точке технологической линии. Он должен уметь намечать пути и средства воздействия на ход любой технологической операции. Результаты наблюдений и микробиологического анализа должны немедленно доводиться до сведения технолога, мастера, рабочих для быстрого исправления нарушений и улучшения санитарной и технологической обработки продуктов. Только при таком условии микробиологический контроль консервного производства становится по-настоящему действенным и оперативным в борьбе за повышение качества продукции.

Действие различных форм лучистой энергии на микроорганизмы

Исследованиями установлено, что некоторые виды излучений оказывают на микроорганизмы стерилизующее действие. Этими формами лучистой энергии являются: солнечный свет, ультрафиолетовые лучи, лучи Рентгена, радиоактивные излучения, ультракороткие радиоволны. Эффективность воздействия различных лучей зависит от дозы облучения. Кроме того, весьма существенную роль играет при этом и длина волны, проницаемость среды, интенсивность и продолжительность облучения. Малые дозы облучения могут даже активировать отдельные жизненные функции микробных клеток (например, рост клетки, обмен веществ). Высокие же дозы облучения, как правило, действуют летально.

Механизм летального действия лучистой энергии на микроорганизмы объясняют либо непосредственным действием лучей на цитоплазму клетки, либо действием их на питательную среду. Прямое воздействие связано с непосредственным поглощением нуклеиновыми кислотами энергии излучения. При этом происходит повреждение нуклеиновых кислот. Вследствие высокого содержания воды в теле микробов происходит ионизация клеточного вещества, образуются высокореактивные группы типа гидроксильных, которые, взаимодействуя с белками клетки, вызывают энергичный процесс окисления и разрушают живое вещество.

Косвенное воздействие связано с превращениями, происходящими в питательной среде. Предполагается, что при облучении в питательном субстрате возбуждаются химические реакции, подобные тем, которые наблюдаются в живой цитоплазме. При этом образуются вредные для микроорганизмов вещества, питательный субстрат становится токсичным, непригодным для развития микробов.

Действие света

Воздействию света постоянно подвергаются все микроорганизмы, населяющие земную поверхность. Для фототрофных организмов, содержащих в клетках пигмент типа хлорофилла, свет является необходимым условием питания и жизни. Используя энергию солнечных лучей в процессе ассимиляции, фототрофные микроорганизмы строят из пищи вещества собственной природы. Ненормально развиваются в темноте плесени: они дают хорошо развитый мицелий, но совершенно не образуют спор.

Бесцветные сапрофиты в энергии солнечных лучей не нуждаются, наоборот, свет оказывает на них вредное влияние, подавляющее их развитие. Губительным является свет для многих болезнетворных микроорганизмов. Быстро погибают под действием прямых солнечных лучей брюшнотифозные и туберкулезные палочки, холерный вибрион, а из сапрофитов - палочка «чудесной крови». Одинаково чувствительными к солнечным лучам оказываются и вегетативные клетки и споры многих микробов.

Наглядно демонстрирует летальное действие солнечных лучей на микробы опыт В. И. Палладина. Питательную среду в чашках Петри он засевал сибиреязвенными бациллами, затем некоторое время подвергал чашки воздействию прямого солнечного света с последующим помещением их в термостат для выращивания. В тех чашках, которые подвергались лишь кратковременному действию солнца, наблюдался обильный рост колоний. Но чем дольше находились чашки Петри под воздействием солнечных лучей, тем все более ослабевал рост микробов. Основная масса их погибла за 10-20 мин облучения. После 70-минутной выдержки на солнечном свету в чашках не выросло ни одной колонии.

Неблагоприятное действие света на рост и развитие микробов обусловливает необходимость выращивать в лабораториях культуры микробов в темноте. Не следует хранить на свету и питательные среды. Питательная желатина, например, подвергнутая в течение некоторого времени воздействию прямых солнечных лучей, становится непригодной для выращивания микробов.

Большое значение имеет солнечный свет для самоочищения рек. В прозрачную воду солнечные лучи проникают на глубину до 2 м. Однако при наличии в воде мути их проникающая способность резко снижается. В сильно загрязненную воду световые лучи могут проникнуть лишь на глубину до 0,5 м. В почве действие света также сказывается только в поверхностном слое - на глубине 2-3 мм.

Ультрафиолетовые лучи

Наибольшим бактерицидным эффектом обладают ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) с длиной волны 2500-2600 А. Установлено, что к УФ-лучам споры более устойчивы, чем вегетативные клетки. Легче переносят облучение ультрафиолетовыми лучами также спорообразующие и окрашенные формы микробов. Сенная палочка, например, в 5-10 раз устойчивее к облучению УФ-лучами, чем кишечная палочка. Довольно хорошо противостоят облучению ультрафиолетовыми лучами дрожжи и плесневые грибы. Они, по-видимому, способны вырабатывать против УФ-лучей защитные вещества (жировые или восковые). Споры плесеней более устойчивы к облучению, чем мицелий.

Добавление к среде флюоресцирующих красок (эозина, эритрозина и др.) усиливает действие УФ-лучей. Это явление получило название фотодинамического эффекта. До настоящего времени УФ-лучи для консервирования пищевых продуктов применялись мало, потому что их проникающая способность незначительна. Летальное действие их ограничивается обычно микробами, находящимися на поверхности облучаемых объектов.

Бактерицидный эффект УФ-лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, от температуры, pH среды, а также от «концентрации» микробов на единице поверхности продукта (обсемененности продукта микробами). Действие будет тем сильнее, чем больше продолжительность и интенсивность облучения, чем выше температура и кислотность среды и чем меньше микробов на поверхности продукта.

В последние годы УФ-лучи получили применение для дезинфекции воздуха холодильных камер, воздуха производственных и лечебных учреждений, для дезинфекции питьевой воды. Для этой цели используются специальные бактерицидные лампы. Хорошие результаты получены при сочетании облучения мяса и мясопродуктов УФ-лучами и охлаждения: оказалось возможным удлинить сроки холодильного хранения этих продуктов в 2-3 раза. Особенно чувствительными к действию УФ-лучей оказались бактерии ослизнения мяса. Они погибают уже через 1-2 мин облучения. Бактерии группы кишечной палочки и споры плесневых грибов погибают через 10 мин облучения (при использовании УФ-лучей с длиной волны 2920А).

Можно использовать УФ-лучи для ускорения процесса созревания мяса в условиях повышенных температур, когда ускоряется действие ферментов, размягчающих мясо, а развитие бактерий порчи мяса приостанавливается облучением. Применяют УФ-лучи при процессе старения сыра, производят с их помощью стерилизацию оберток для мясных и сырных продуктов, используют их при асептическом розливе напитков, облучают поверхность хлебобулочных изделий, что предупреждает развитие плесеней на их поверхности.

Нельзя использовать УФ-лучи для дезинфекции сливочного масла и молока, так как в этих продуктах УФ-лучи вызывают химические реакции, ухудшающие их вкусовые и пищевые свойства.

Инфракрасные (тепловые) лучи в отличие от ультрафиолетовых обладают гораздо меньшим бактерицидным эффектом. Действие инфракрасных лучей связано, по всей вероятности, с нагреванием облучаемой среды.

Лучи Рентгена

Рентгеновы лучи, или, как их еще называют, Х-лучи, представляют собой электромагнитные колебания с очень малой длиной волны - от нескольких сотых А до 20 А. Благодаря малой длине волны они слабо поглощаются веществами и обладают очень сильной проникающей способностью.

Использование для стерилизации рентгеновых лучей показало, что микроорганизмы к ним более выносливы, чем высшие организмы. При небольших дозах облучения у микробов даже наблюдается более интенсивное протекание отдельных жизненных функций. С повышением дозы облучения угнетающее действие рентгеновых лучей начинает проявляться сильнее: в культурах появляются уродливые клетки, рост микробов замедляется или они теряют способность к размножению. При еще более сильном облучении микроорганизмы гибнут. Устойчивость различных видов микробов к действию рентгеновых лучей неодинакова. Быстрее всего гибнут вирусы. Бактерии обладают большей устойчивостью, а дрожжи и плесени еще более устойчивы к лучам Рентгена.

Радиоактивные излучения

При распаде атомов радиоактивных элементов возникают, как известно, три типа излучений: альфа-, бета- и гамма-излучения. Наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи. Источниками гамма-излучений может быть радиоизотоп кобальта Со60 или цезий-137. Действие гамма-лучей аналогично действию рентгеновых лучей. При малых дозах облучения они стимулируют отдельные жизненные функции (например, рост клеток). Опыты М. Н. Мейселя показали, что при малых дозах облучения подавляется размножение дрожжевых клеток, но на рост такие дозы не влияют. Дрожжевые клетки продолжают расти, но не почкуются: возникают гигантские особи, в несколько раз крупнее исходных.

Сравнительно недавно были открыты бактерии, живущие в атомном реакторе, где радиация в 2000 раз выше смертельной для человека. Установлено, что летальное действие гамма-лучей на микроорганизмы проявляется лишь при дозах облучения, в сотни и тысячи раз превышающих смертельную дозу для животных. Для гибели кишечной и дизентерийной палочек требуется доза в 600 000 рентген, а для дрожжей и спор - даже 1 500 000-4 000 000 рентген.

Применение ионизационных излучений для стерилизации пищевых продуктов в настоящее время тщательно изучается как в Советском Союзе, так и за рубежом. Гамма-лучи предполагается использовать для холодной лучевой стерилизации консервов, бактериологических препаратов, медикаментов и других, особенно в тех случаях, когда нежелательно тепловое воздействие на продукт или препарат. Метод ионизационной стерилизации имеет ряд преимуществ: он не изменяет качества продукта вследствие денатурации его составных частей (белков, полисахаридов, витаминов), которая происходит при тепловой стерилизации. Кроме того, процесс может быть осуществлен быстро, непрерывно, с высокой степенью автоматизации. Однако вопрос о безвредности пищевых продуктов после такой стерилизации еще недостаточно выяснен.

Токи высокой и ультравысокой частоты (ВЧ и УВЧ)

Стерилизующим эффектом обладают ультракороткие электромагнитные волны с длиной волны менее 10 м (токи ВЧ и УВЧ). В последние годы их все чаще стали использовать для стерилизации пищевых продуктов. Гибель микроорганизмов в стерилизуемой среде может быть объяснена на основании следующего явления. Под действием электрической энергии генерируемого в электромагнитном поле тока высокой частоты заряженные частицы среды (ионы и электроны) приходят в быстрое колебательное движение. Поглощаемая при этом электрическая энергия переходит в тепловую, обусловливая почти мгновенное разогревание среды до 90-120 °С. И микроорганизмы погибают в результате такого быстрого повышения температуры.

Характер нагревания среды токами высокой частоты резко отличается от обычных способов нагрева, при которых тепло распространяется путем конвекции от горячих слоев к холодным. При облучении ультракороткими электромагнитными волнами благодаря возникающим токам ВЧ продукт нагревается сразу во всех точках - объемно. А в зависимости от строения и диэлектрической постоянной отдельные части неоднородного продукта могут быть нагреты до разного уровня (избирательно, или селективно). Вода в стакане под действием токов ВЧ закипает за 2-3 сек. Во фруктовых компотах сироп можно нагреть до кипения, а фрукты будут оставаться холодными.

Использование токов ВЧ и УВЧ для стерилизации фруктовых и ягодных консервов дает возможность значительно повысить их качество, так как срок нагревания резко сокращается - до 1-3 мин; фрукты и ягоды не развариваются, сохраняют свою консистенцию, натуральный вкус и аромат. В консервах при вполне достаточной стерильности превосходно сохраняются витамины. При стерилизации токами ВЧ и УВЧ продукт необходимо расфасовывать в стеклянную тару, так как через жесть (металл) электромагнитные волны не проникают.

Действие ультразвуковых волн (УЗ-волн или УЗ)

Упругие звуковые колебания, частота которых превышает 20 000 герц, т.е. лежит за пределами частот, воспринимаемых человеческим ухом, получили в акустике название ультразвука. Новейшие современные ультразвуковые излучатели дают возможность получать ультразвуковые волны с частотой порядка 300 млн. гц и выше. От обычных звуковых волн ультразвуковые отличаются значительно меньшей длиной волны и очень большой интенсивностью. Они несут с собой громадный запас механической энергии. Объекты, которые подвергались ультразвуковому воздействию, называются «озвученными».

УЗ-волны могут быть использованы в пищевой промышленности для смешения и гомогенизации продуктов, фильтрации, предотвращения накипеобразования, для стерилизации и пастеризации продуктов, а также для очистки, мойки и дезинфекции оборудования и тары.

Исследования стерилизующего и пастеризующего действия УЗ-волн показали, что УЗ-колебания малой мощности при кратковременном озвучивании не вызывают отмирания микробов. Не погибают микроорганизмы и при продолжительном воздействии слабых УЗ-волн. Кратковременное озвучивание среды УЗ-колебаниями малой мощности способствует механическому разделению скоплений микробных клеток: пакеты сарцин, цепочки стрептококков, скопления стафилококков распадаются на отдельные жизнеспособные клетки; каждая клетка образует новую колонию. Летальное действие УЗ-волн на бактерии и вирусы начинает проявляться при их интенсивности от 1 вт/см2 * с. частотой колебаний порядка сотен килогерц. А при озвучивании мощными УЗ-колебаниями наблюдается почти мгновенный разрыв клеточных оболочек, разрушение внутреннего содержимого микробной клетки, вплоть до полного ее растворения. Бактерии более крупные разрушаются полнее и быстрее, чем мелкие; палочковидные бактерии погибают быстрее, чем кокки. Споры бактерий более устойчивы, чем вегетативные клетки.

Стерилизующее действие УЗ-волн зависит:

1) от обсемененности продукта микробами: в слишком «густой» микробной взвеси отмирания микробов не наступает; наблюдается разогревание среды;

2) от добавления в бактериальную взвесь поверхностно-активных веществ (глицерина, лейцина, пептона и пр.): бактерицидный эффект ультразвуковых волн при этом снижается;

3) от температуры среды: чем выше температура озвучиваемых субстратов, тем сильнее действуют УЗ-волны.

Влияет на результаты озвучивания вязкость среды, ее кислотность, наличие растворенных газов, различных катионов и пр. При неизменном времени и интенсивности озвучивания отмирание микроорганизмов резко ускоряется при увеличении частоты УЗ-колебаний.

Механизм бактерицидного действия ультразвука объясняют явлением кавитации. Оно заключается в том, что в озвучиваемой среде возникают быстрые попеременные сжатия и расширения отдельных ее участков. В местах сжатия давление резко возрастает и может достичь 10 000 ат (9,81 * 108 н/м2). В местах разрежения в этот же момент происходит разрыв вещества с образованием мельчайших пустот - каверн. В озвучиваемой жидкости каверны заполняются парами данной жидкости или растворенными в ней газами. Каверны непрерывно перемещаются в озвучиваемом субстрате. На месте прежней каверны возникают зоны высокого давления, а рядом образуется новая каверна, где наблюдается почти полный вакуум. Микроорганизмы могут выдерживать очень высокие давления, но в зонах кавитации (в кавернах) происходит моментальный разрыв клеточных оболочек микробов, не выдерживающих высокого внутриклеточного осмотического давления. Не исключена возможность образования кавитационных полостей и в цитоплазме клеток, что приводит к разрушению цитоплазматических структур.

То, что в ультразвуковом поле происходит преимущественно механическое разрушение микробов, подтверждают снимки, полученные при помощи электронного микроскопа: у бактерий, подвергавшихся озвучиванию, ясно видны повреждения или даже полное разрушение клеточных оболочек и плазмолиз.

При обработке ультразвуком твердых пищевых продуктов с целью их стерилизации возможно не только уничтожение микроорганизмов, но и повреждение клеток (растительных или животных) самого сырья. Хорошие результаты получаются при озвучивании жидких пищевых продуктов: молока, соков и пр. Создание конструкций непрерывно действующих ультразвуковых генераторов, в которых происходило бы непрерывное озвучивание протекающей жидкости, принесет большие экономические выгоды.

При ультразвуковой стерилизации пищевых продуктов очень важным является установление оптимального режима озвучивания: продолжительности озвучивания, мощности УЗ-волн и их частоты. При озвучивании любых живых клеток разрывы клеточных оболочек происходят настолько быстро, что содержимое клеток переходит в окружающую среду, почти не подвергаясь разрушительному действию ультразвука. Если сочетать этот эффект с моментальным центрифугированием, то из клеток могут быть извлечены биологически активные вещества: ферменты, витамины, гормоны, токсины и пр. Подобные опыты уже проводятся в медицинской и химической практике и являются весьма перспективными для изготовления вакцин и получения биологически активных веществ, вырабатываемых живыми клетками. Это очень важно как для их изучения, так и для промышленного получения в народнохозяйственных целях. Очень хорошие результаты получают при использовании ультразвука при мойке тары, особенно возвратной.

Влияние осмотического давления

Нормально процессы питания у микроорганизмов протекают при наличии в субстрате необходимых питательных веществ не только в доступной для данного микроба форме, но и при соответствующих концентрациях, определяющих тургор в живой клетке и осмотическое давление в растворе. Выше указывалось, что очень высокая концентрация растворенных в питательной среде веществ приводит к плазмолизу микробных клеток: цитоплазма клетки теряет воду, в клетке нарушается нормальный обмен веществ, изменяется структура цитоплазмы, и в конечном итоге микробная клетка гибнет. Правда, отмирание микробов в растворах с высокой концентрацией солей наступает не сразу. Благодаря высокой проницаемости цитоплазмы некоторые микроорганизмы могут приспосабливаться к изменению осмотического давления. У дрожжей и плесеней наблюдается даже способность к активной осморегуляции: в клеточном соке этих микробов накапливаются осмотически активные резервные питательные вещества, благодаря чему они могут сохранять свою жизнеспособность в средах с довольно широкими пределами колебания осмотического давления. Способными к осморегуляции оказываются только клетки, находящиеся в состоянии активной жизнедеятельности. Голодающие клетки и клетки с нарушенным дыхательным обменом к осморегуляции не способны и при повышении осмотического давления сравнительно быстро погибают. Явление плазмолиза микробных клеток в средах с высоким осмотическим давлением лежит в основе консервирования пищевых продуктов концентрированными растворами соли и сахара.

Растворы небольшой концентрации сахара для многих микробов являются хорошей питательной средой, и гибель микробов может быть обусловлена лишь высокой концентрацией сахара, превышающей 65-70%.

При изготовлении таких консервированных продуктов, как фруктовое желе, джем, мармелад, варенье, кроме добавления высокого процента сахара, производят уваривание продукта. Осмотическое давление в средах очень сильно повышается. В варенье, например, оно достигает 4 * 107 н/м2 (400 ат). Благодаря высокому осмотическому давлению продукты, уваренные с сахаром, хорошо сохраняются. Сравнительно редко наблюдаются случаи порчи варенья или меда; связанные с развитием в продуктах так называемых осмофильных дрожжей и плесеней. Плесень Aspergillus repens может развиваться в 80%-ном сахарном сиропе. Осмофильные дрожжи рода Zygosaccharomyces не погибают и в среде с 90% сахара. В сиропе, содержащем 70% сахара, свободно развивается бактерия Вас. gummosus.

Поваренная соль, являющаяся электролитом и диссоциирующая на ионы, обладает более высокой осмотической активностью, чем сахар. Кроме того, поваренная соль, по-видимому, оказывает на микробов и некоторое токсическое (ядовитое) действие. Для предохранения от порчи многих пищевых продуктов достаточно всего около 15% соли.

К действию соли особенно чувствительны гнилостные бактерии. При 5-10% NaCl в среде прекращает развитие Proteus vulgaris и Вас. mesentericus. Рост паратифозных бактерий - возбудителей пищевых отравлений - задерживается концентрацией соли 8-9%, для приостановления развития бациллы ботулизма нужна концентрация NaCl 6,5-12%. Патогенные микроорганизмы, как правило, более чувствительны к действию крепких растворов соли, чем сапрофитные, палочковидные - более чувствительны, чем кокки. Некоторые из микрококков могут свободно развиваться в среде с 25% поваренной соли.

Солелюбивые микроорганизмы, встречающиеся в природе (галофилы и галобы), обитают обычно в воде соленых озер. Вместе с солью они могут попадать на консервируемые продукты и вызывать их порчу. Пигментобразующая солелюбивая бактерия Bact. serratum salinarium, способная развиваться даже в насыщенном растворе соли, нередко вызывает порчу соленой рыбы - так называемый «фуксин». Рыба при этом приобретает красную окраску. Некоторые пленчатые дрожжи не погибают в рассолах с 24-30% поваренной соли.

В случае посола сельди развитие галофильных микроорганизмов является желательным. Обильная микрофлора в этом случае способствует созреванию сельди - улучшает ее вкусовые качества.

Концентрации соли и сахара, необходимые для задержания роста микроорганизмов в пищевых продуктах, зависят от ряда факторов: pH среды, температуры, содержания белков. Например, для задержки роста плесеней при температуре 0°С достаточно 8% соли, но при комнатной температуре необходимо уже 12%. Развитие дрожжей в соленых продуктах подавляется в кислой среде при 14% соли, а в нейтральной - только при 20%.

Для борьбы с осмофильной микрофлорой необходимо поддерживать высокий санитарный уровень производства, а иногда и прибегать к стерилизации продуктов нагреванием.