Абиотические факторы

Абиотические факторы — это физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность сре­ды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода.

Прокариоты (бактерии) способны существовать в гораздо большем диапазоне изменений условий среды обитания, чем эукариоты (мицелиальные грибы и дрожжи).

Влияние температуры. Температура — один из главных факторов, определяющих развитие микроорганизмов. Они мо­гут расти и проявлять свою жизнедеятельность в определенном температурном диапазоне. В этом диапазоне различают три кардинальные точки: минимальная — температура, ниже кото­рой рост не происходит, максимальная — температура, выше которой рост прекращается, и оптимальная температура, при которой рост и жизнедеятельность микроорганизмов проявля­ются наиболее интенсивно. По отношению к температуре мик­роорганизмы делятся на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы — холодолюбивые микроорганизмы. Оптималь­ная температура их развития от 10 до 15°С, максимальная около 30 °С и минимальная — от минус 10 до 0°С. Психрофи­лы— это в основном обитатели холодных источников, северных морей, почв и микроорганизмы, развивающиеся в холодильни­ках, на охлажденных продуктах и вызывающие их порчу. К ним относятся многие светящиеся морские бактерии.

Мезофилы предпочитают средние температуры. Оптималь­ная температура их развития 25—40 °С, максимальная — 45— 50 °С и минимальная — 5—10 °С. Мезофилы — наиболее широ­ко распространенная в природе группа микроорганизмов, обитающих в воде, воздухе, почве, в живых организмах. Мезо-филами являются представители дрожжей, мицелиальных грибов, молочнокислых бактерий, кишечной группы бактерий (стафилококки, фекальные стрептококки) и многие другие. Возбудителями порчи пищевых продуктов, пищевых отравле­ний и заболеваний в основном являются мезофилы.

Термофилы — теплолюбивые микроорганизмы. Оптимальная температура их развития 50—60°С, максимальная — 70— 80 °С, минимальная — около 30 °С. Термофилы довольно широко-распространены в природе. Они могут обитать в горячих источ­никах, в почвах и водоемах жарких стран, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

С жизнедеятельностью термофилов связано явление термо-генеза (самосогревания) больших скоплений органических ве­ществ (навоза, торфа, сена, силоса, зерна, хлопка, круп, муки и др.). Термофилы встречаются в продуктах, прошедших теп­ловую обработку (в консервном, в сахарном и др. производст­вах). К термофилам и психрофилам относятся в основном бак­терии.

Высокие температуры микроорганизмы переносят значитель­но хуже, чем низкие. Повышение температуры выше макси­мальной всегда приводит к гибели клетки. Большое значение имеет не только степень нагревания, его продолжительность, но и вид микроорганизма, а также химический состав субст­рата (питательной среды), рН и др.

Неспороносные бактерии при нагревании влажных субст­ратов до 60—70 °С отмирают в течение 15—30 мин, при 180— 100°С — через 0, 5—3 мин. Дрожжи и мицелиальные грибы погибают уже при 50—60 °С. Более устойчивыми к нагреванию являются термофилы, обладающие повышенной термоустойчи­востью.

Термоустойчивость — это способность микроорганизмов вы­держивать длительное нагревание при температурах, превы­шающих температурный максимум их развития. Термоустойчи­вость связана с наличием у микроорганизмов спор.

Наиболее термоустойчивыми являются споры бактерий. Во влажной среде их гибель наступает при 120—130°С через 20—30 мин, в сухом состоянии при 160—170 °С — через 1—2 ч. Термоустойчивость спор различных бактерий неодинакова. Осо­бенно устойчивы споры термофильных бактерий (ВасШиз з1еаго1пегторЫ1из).

Время, необходимое для отмирания спор некоторых микро­организмов при нагревании до 100°С приведено ниже (в мин).

ВасШиз тусоШез 3—10

ВасШиз зиЫШз 120—180

С1о$1псНит ЪоЫтит 300—360

СЬзШсНит зрогодепез 510—540

ВасШиз 51еагоШегторЫ1из 460—720

Споры большинства дрожжей и мицелиальных грибов по сравнению со спорами бактерий менее устойчивы к нагреванию и погибают довольно быстро при 65—80 °С.

На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также пастеризация и стерилизация.

Пастеризацией, или частичной стерилизацией, называется процесс уничтожения вегетативных клеток бактерий и неспоро­вых форм путем нагревания до 50—60°С в течение 15—30 мин или до 70—80 °С в течение 5—10 мин. При пастеризации споры бактерий и некоторые термофильные бактерии не погибают. Пастеризацию применяют для сохранения молока, вина, пива, икры осетровых рыб, фруктовых соков.

Стерилизацией называется процесс полного уничтожения микроорганизмов, в том числе и спорообразующих, под дейст­вием высоких температур. Стерилизация бывает двух видов — влажная и сухая. Влажная стерилизация осуществляется на­гретым паром под давлением 0, 05—0, 1 МПа в специальных приборах — автоклавах — при температуре 112—120°С в те­чение 20—60 мин, а сухая — в сушильных шкафах сухим горя­чим воздухом при температуре 160—170 °С в течение 1, 5—2 ч. Процесс стерилизации используют в консервном производстве, медицине и в микробиологических лабораториях при приготов­лении питательных сред, стерильной посуды и инструментов.

Механизм губительного действия высоких температур еще недостаточно ясен. С одной стороны, известно, что нагревание вызывает денатурацию белков. Гибель микроорганизма при [ этом неизбежна, так как невозможно восстановить свойства белков цитоплазмы, ЦПМ, рибосом и других структур клетки; активность ферментов, которые тоже являются белками, также необратимо теряется. С другой стороны, установлено, что на температуру денатурации белка очень сильно влияет содержа­ние в нем воды. Чем меньше воды в белке, тем более высокие температуры необходимы для его свертывания. Поэтому моло­дые вегетативные клетки, богатые свободной водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые, частично обезвоженные. Высокая термоустойчивость спор также обусловлена малым содержанием в них свободной воды, так как большая часть во-«ды в спорах находится в связанном состоянии. Предохраняет споры и многослойная труднопроницаемая оболочка. Кроме того, в спорах содержится дипиколиновая кислота, которая образует кальциевые соли, способствующие повышению устой­чивости к неблагоприятным условиям внешней среды, в том числе к повышенной температуре.

Высокую термоустойчивость термофилов связывают с тем, что белки и ферменты их клеток более устойчивы к температу­ре по сравнению с мезофилами, благодаря чему скорость син­теза различных клеточных структур превышает скорость их разрушения под действием высокой температуры.

К низкой температуре микроорганизмы более устойчивы. Несмотря на то, что размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекра­щаются, гибель самих клеток чаще всего не наступает, а они переходят в состояние анабиоза («скрытой жизни»). В таком состоянии многие микроорганизмы, и особенно их споры, оста­ются жизнеспособными длительное время.

При повышении температуры споры прорастают в вегета­тивные клетки и начинают активно размножаться.

Низкие температуры вызывают гибель микроорганизмов тогда, когда замерзает среда, в которой они обитают, или происходят резкие скачки температуры, например, при много­кратно повторяющемся замораживании и оттаивании. Причи­ной гибели микроорганизмов при низкой температуре является нарушение обмена веществ клетки в результате инактивирова-ния ферментов, когда значительно замедляются внутриклеточ­ные химические превращения веществ. Кроме того, в результа­те вымораживания воды происходит повышение осмотического давления среды, а следовательно, снижение активности воды в ней, что тоже ведет к нарушению обмена веществ.

Низкие температуры используют для сохранения скоропор­тящихся продуктов. Их хранят либо в охлажденном состоя­нии— при температуре от 10°С до минус 2°С, либо в заморо­женном виде — при температуре минус 12—30 °С. Гнилостные и вызывающие пищевые отравления бактерии являются мезо-филами, поэтому не размножаются уже при 4—5°С, а патоген­ные не растут даже при 10 °С. При охлаждении продуктов их натуральные свойства сохраняются лучше, чем при заморажи­вании, но на них возможно постепенное развитие психрофиль-ных микроорганизмов и порча продуктов, поэтому сроки > их хранения в охлажденном виде непродолжительны. Холодиль­ные камеры необходимо регулярно дезинфицировать и поддер­живать в них определенную температуру и относительную влажность воздуха.

При замораживании погибает значительная часть микроор­ганизмов, обсеменяющих продукт, а при последующем хране­нии замороженных продуктов постепенно погибают и все остальные. Особенно губительно медленное замораживание. Замороженные продукты остаются доброкачественными более длительное время, чем охлажденные. В замороженном виде хранят плоды, овощи, мясо, рыбу, птицу и т. д.

Влияние влажности. На жизнедеятельность микроорганиз­мов большое влияние оказывает влажность среды. Вода входит в состав их клеток (до 85%) и поддерживает тургорное давле­ние в них. Кроме того, многие питательные вещества могут проникать внутрь клетки лишь в растворенном состоянии, и в растворенном виде удаляются из клетки продукты обмена. Все химические реакции, протекающие в клетках, требуют так­же наличия водной среды. Поэтому обезвоживание субстрата (продукта) и клеток микроорганизмов приводит к задержке их развития, они остаются недеятельными, хотя и могут сохранить жизнеспособность. При увеличении влажности жизнедеятель­ность микроорганизмов восстанавливается.

Микроорганизмы в зависимости от их отношения к влаж­ности среды делятся на гидрофиты (влаголюбивые), мезофиты (средневлаголюбивые) и ксерофиты (сухолюбивые). Большин­ство бактерий и дрожжей гидрофиты; многие мицелиальные грибы — мезофиты, но среди них встречаются как гидрофиты, так и ксерофиты. Для бактерий минимальная влажность суб­страта, в частности, пищевых продуктов, при которой они еще могут развиваться, составляет 20—30%, для мицелиальных грибов—11—13%, т. е. они могут расти на едва увлажненных субстратах.

Для развития микроорганизмов важна не абсолютная вели­чина, т. е. общее содержание влаги в субстрате, а ее доступ­ность. Химически связанная вода, например, в коллоидах клет­ки (белках, полисахаридах и др.), недоступна для микроорга­низмов, в частности она не может служить растворителем пи­тательных веществ. Микроорганизмы развиваются только при наличии доступной влаги. Доступность содержащейся в суб­страте (продукте) влаги носит название активности воды — (а_ю). Этот показатель выражает отношение давления паров воды над данным субстратом Р к давлению паров воды над чистой водой (Ро) при одной и той же температуре:

а_т е= Р/Р₀

Значение активности воды а_ю лежит в интервале от 0 до 1 и характеризует относительную влажность субстрата. Актив­ность дистиллированной воды равна 1, активность воды абсо­лютно обезвоженного вещества равна 0. В табл. 1 приведены значения активности воды и влажности некоторых продуктов.

Показатель активности воды является более надежной характеристикой количества влаги, необходимой для роста микроорганизмов, чем абсолютная величина влажности субст­рата (продукта), которая изменяется в зависимости от относи­тельной влажности воздуха. Микроорганизмы могут осуществ­лять жизнедеятельность при а_ю от 0, 999 до 0, 62. Более низкая активность воды в субстрате задерживает развитие микроорганизмов.

1. Активность воды и влажность пищевых продуктов

_ Влажность, Активность „ Влажность, Активность

Продукт о/_{0 воды} Продукт, о/₀ воды

Фрукты 90—95 0, 97 Мука 16—19 0, 80

" Яйца *' 70—80 0, 97 Марципан 15—17 0, 75

Мясо 60—70 0, 97 Мед 10—15 0, 75

Сыр 40 0, 96 Карамель 7—8 0, 65

Хлеб 40—50 0, 95 Печенье 6—9 0, 60

Джем 30—35 0, 94 Шоколад 5—7 0, 40

Кексы 20—28 0, 83 Сахар 0—0, 15 0, 10

Для каждого микроорганизма существуют минималь­ные значения а_т (критический предел), ниже которых его развитие прекращается. Для большинства бактерий, в том чис­ле и спорообразующих (С1оз1г1сИит)., а_ю=0, 95 —0, 90, за исклю­чением галофилов (солелюбивых), у которых 0^=0, 75. Для большинства дрожжей #^ = 0, 88, за исключением осмофилов, для которых 0^=0, 62; для большинства мицелиальных грибов а_ю=0, 8, за исключением ксерофитных, у которых 0^=0, 65. Таким образом, чтобы затормозить развитие большинства бак­терий в продукте и предотвратить его порчу, активность воды в нем следует снизить до 0, 8; для предотвращения развития дрожжей — до 0, 7, мицелиальных грибов —до 0, 6.

Существуют различные пути снижения активности воды с целью сохранения пищевых продуктов от микробной порчи: сушка, вяление, добавление в продукт различных растворимых веществ (сахара, соли), а также замораживание.

Сушке, вялению подвергают овощи, фрукты, мясо, рыбу, ароматические травы. В сухом виде хранят муку, крупу, мо­локо и др. При хранении этих продуктов необходимо соблюдать определенную температуру и влажность. Микроорганизмы так­же можно хранить в высушенном состоянии, например, молоч­нокислые бактерии могут сохранять свою жизнеспособность десятки лет, на чем основано применение сухих заквасок в про­изводстве кисломолочных продуктов. До двух лет сохраняют активность сушеные хлебопекарные дрожжи. Особенно хорошо переносят высушивание спорообразующие бактерии.

Влияние осмотического давления. Для жизнедеятельности микроорганизмов большое значение имеет осмотическое давле­ние среды, которое определяется концентрацией растворенных в ней веществ. В естественных средах обитания (воде, почве) микроорганизмы встречаются с различным содержанием раст­воренных веществ, а следовательно, и с различным осмотиче­ским давлением. Например, в воде пресных водоемов осмоти­ческое давление значительно ниже, чем в соленых и т. п.

В зависимости от среды обитания внутриклеточное осмоти­ческое давление у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. У многих бактерий, в том числе у возбуди­телей порчи пищевых продуктов, оно составляет 0, 5—1, 5 МПа, у почвенных бактерий — 5—8 МПа, у обитателей соленых озер и солончаковых почв — 10 МПа, у некоторых мицелиальных грибов (рода АзрегдШиз) оно достигает 20—25 МПа. Осмоти­ческое давление внутри клетки микроорганизма несколько выше, чем во внешней среде. Это является условием нормаль­ной жизнедеятельности микроорганизмов. Поддержание клет­ками оптимального для жизнедеятельности данного микроор­ганизма осмотического давления происходит благодаря их спо­собности к осморегуляции. В результате осморегуляции сохра­няется его жизнеспособность, даже если осмотическое давление во внешней среде колеблется в относительно широких пределах. Функцию осморегуляции осуществляет механизм активного транспорта веществ. Изменение привычной концентрации сре­ды, а следовательно, и осмотического давления субстрата мо­жет привести к нарушению обмена веществ в клетках микро­организмов, к приостановке их жизнедеятельности, а иногда и к их гибели.

При попадании микроорганизмов в субстрат с ничтожно малой концентрацией веществ (например, в дистиллированную воду) в их клетках наблюдается плазмоптиз (чрезмерное на­сыщение цитоплазмы водой), что приводит к разрыву ЦПМ и клеточной стенки и клетка погибает. При попадании микроор­ганизмов в субстрат с концентрацией веществ выше оптималь­ных значений в их клетках наступает плазмолиз (обезвожива­ние цитоплазмы), ее объем уменьшается, что влечет повреж­дение ЦПМ.

При плазмолизе в клетках приостанавливается обмен ве­ществ, они переходят в состояние анабиоза, в котором одни микроорганизмы могут длительно сохраняться, не теряя жиз­неспособности, а другие погибают. На этом основаны некоторые способы сохранения различных продуктов с помощью концент­рированных растворов сахара или соли.

Одни микроорганизмы могут расти в очень разбавленных растворах, другие — даже в насыщенных растворах поварен­ной соли. Микроорганизмы, способные существовать в субстра­тах с высоким осмотическим давлением, называют осмофилами. Большинство природных сред обитания с высоким осмотиче­ским давлением содержит высокие концентрации солей (особен­но ШС1). Микроорганизмы, которые растут в таких средах, называют галофилами. Они представлены двумя основными типами: умеренными и крайними галофилами. Умеренные га-лофилы могут развиваться при концентрации соли 1—2%, хорошо растут в средах с содержанием соли 10% и могут вы­носить даже содержание соли в среде 20%. Крайние галофилы не развиваются при содержании соли ниже 12—15% и могут хорошо расти при концентрации соли в среде 30% (насыщен­ный раствор).

Большинство микроорганизмов обладают слабой устойчиво­стью к повышенному (свыше 5%) содержанию соли в среде. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при концентрации ЫаС1 1—3%, а прекращение размножения на­ступает у кишечной палочки при содержании соли 4—5%, у гнилостных бактерий — при 5—10%. Размножение некоторых патогенных микроорганизмов (например, возбудителя ботулиз­ма) приостанавливается при концентрации НаС1 6—10%, но даже при содержании соли в среде 20% многие из них сохра­няют жизнеспособность, переходя в состояние анабиоза.

Неспособность большинства микроогранизмов расти на средах с высокими концентрациями солей или сахара успешно используется в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов. В отличие от поваренной соли, растворы сахара являются для многих микроорганизмов хорошей пита­тельной средой и гибель микроорганизмов наступает лишь при концентрациях сахара в растворе выше 65—70%.

Применение концентрированных растворов сахара или со­ли для сохранения ягод, плодов, овощей, мяса, рыбы и др. фак­тически является процессом сушки продукта посредством осмо­са, так как продукты погружают в растворы сахара или соли, где активность воды меньше ее активности в пищевых продук­тах. При этом одновременно возникают два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество (соль, сахар), а из продукта в раствор — вода. В продукте происходит снижение активности воды, что делает среду небла­гоприятной для развития микроорганизмов и предотвращает порчу продукта.

Тем не менее микробная порча возможна и в этих слу­чаях. Так, порчу меда, варенья, джема и других сахарсодержа-щих продуктов с концентрацией сахара до 90% вызывают осмофильные дрожжи (забраживание продуктов) и мицелиаль-ные грибы (плесневение продуктов). Чтобы предотвратить порчу меда, варенья и подобной продукции, необходимо предъ­являть к сырью строгие санитарно-гигиенические требования и хранить готовую продукцию при пониженной температуре.

Влияние концентрации водородных ионов. Концентрация водородных ионов (рН) в среде обитания является важным фактором, определяющим возможность роста и размножения микроорганизмов. Водородный показатель реакции среды рН показывает степень ее кислотности (рН от 7 до 1) или щелоч­ности (рН от 7 до 14). Нейтральная реакция среды соответству­ет рН 7.

В природных условиях прокариоты (бактерии) могут раз­виваться в диапазоне рН от 1 до 11. В зависимости от отноше­ния к рН среды их можно разделить на три группы: нейтрофи-лы, ацидофилы и алкалофилы.

Нейтрофилы предпочитают нейтральную реакцию среды, оптимальный рН для их роста составляет 6, 8—7, 3, минималь­ный— 4, максимальный — 9. Подавляющее большинство бакте­рий относятся к нейтрофилам (гнилостные бактерии, возбудите­ли пищевых отравлений, бактерии группы кишечной палочки и др.).

Ацидофилы (кислотолюбивые) развиваются при оптималь­ном рН 4 и ниже (уксуснокислые и другие бактерии, продуци­рующие органические кислоты).

Алкалофилы (щелочелюбивые) развиваются при оптималь­ном рН 9 и выше (некоторые представители бактерий кишечной группы — холерный вибрион и др.).

Споры бактерий обычно более устойчивы к изменениям рН, чем вегетативные клетки.

У большинства эукариот (мицелиальные грибы и дрожжи) оптимальный рН для их роста равен 4, 5—6. Минимум рН для дрожжей составляет 3, для грибов—1, 5; максимальный для дрожжей — 8, 5, для грибов—10, т. е. мицелиальные грибы мо­гут расти в более широком диапазоне рН, чем дрожжи.

Если рН не соответствует оптимальной величине, то микро­организмы не могут нормально развиваться даже при наличии всех необходимых питательных веществ, так как рН оказывает большое влияние на активность ферментов клетки и проницае­мость ее стенки.

Для бактерий кислая реакция среды более опасна, чем щелочная. Особенно неблагоприятна кислая среда для разви­тия гнилостных бактерий, оптимальный рН которых лежит в слабощелочной области (рН 7, 5). Это используется при кон­сервировании продуктов путем маринования или квашения. При мариновании к продукту добавляют уксусную кислоту, при квашении создают условия для развития молочнокислых бакте­рий, образующих кислоту, и тем самым препятствуют развитию гнилостных бактерий.

Влияние кислорода. Кислород является одним из важней­ших факторов среды обитания микроорганизмов. Он необхо­дим микроорганизмам как для конструктивного, так и для энергетического обменов. Подавляющее большинство микроор­ганизмов используют кислород в обмене веществ как в связан­ном состоянии, так и молекулярный кислород (Ог), но имеются и такие, для которых молекулярный кислород не нужен, т. е. конструктивные и энергетические процессы у них происходят без участия кислорода (строгие анаэробы).

При консервировании, например, грибов в домашних усло­виях для предотвращения развития возбудителя ботулизм а, который является строгим анаэробом и споры которого попа­дают на грибы из почвы, банки следует заполнять не полно­стью, а оставлять некоторое воздушное пространство. Тогда имеющийся там 0₂ будет препятствовать прорастанию спор. В виноделии для предотвращения развития аэробных микроор­ганизмов-вредителей (пленчатые дрожжи, уксуснокислые бак­терии) необходимо следить за полным заполнением емкостей с вином с целью предотвратить поступление необходимого для их развития 0₂.

Влияние энергии электромагнитных излучений. Микроорга­низмы, как и все живые существа, находятся под воздействием разных видов излучения, обладающих различными характе­ром и силой действия на микроорганизмы. К ним относятся электромагнитные излучения с разной длиной волн: ионизирую­щие излучения (космические, рентгеновские лучи и радиоактив­ные излучения), ультрафиолетовые лучи, видимый свет, радиоволны.

Механизм действия различных форм лучистой энергии на микроорганизмы неодинаков. Под их влиянием в клетках или в субстрате происходят физические или химические изменения. Чтобы излучение подействовало на какое-либо вещество живой клетки, оно должно этим веществом поглощаться. Проникаю­щая способность лучей имеет решающее значение для эффек­тивности облучения. Биологический эффект облучения зависит от длины волны излучения и его дозы.

Ионизирующие излучения. К ним относятся кос­мические, рентгеновские лучи и радиоактивные излучения (а-, (3- и 'у-лучи), возникающие при распаде радиоактивных элемен­тов. Они имеют наиболее короткую длину волны и обладают высокой проникающей способностью.

Эффект воздействия ионизирующих излучений на микроор­ганизмы зависит от дозы облучения (количества поглощенной энергии). В малых дозах эти лучи действуют стимулирую­ще— повышают интенсивность жизненных процессов, повыше­ние дозы приводит к возникновению мутаций, а дальнейшее увеличение дозы — к гибели. Микроорганизмы по сравнению с высшими организмами менее чувствительны к ионизирую­щим излучениям. Гибель микроорганизмов происходит при до­зах облучения, в сотни и тысячи раз превосходящих смертель­ную дозу для животных.

Губительное действие ионизирующих излучений обусловлено рядом факторов. Они вызывают радиолиз воды в клетках и субстратах. При этом образуются свободные радикалы, ато­марный водород, перекиси. Эти соединения, обладая высокой химической активностью, вступают во взаимодействие с други­ми веществами и возникает большое количество химических реакций, не свойственных нормально живущей клетке. В ре­зультате наступает глубокое нарушение обмена веществ, разрушаются ферменты, изменяются внутриклеточные структу­ры. Особой чувствительностью обладает ДНК, что и приводит к мутациям. В субстратах накапливаются токсичные для мик­роорганизмов вещества, которые угнетают их развитие.

Устойчивость различных микроорганизмов к этим видам излучений неодинакова. Наиболее чувствительны грамотрица-тельные бактерии (например, кишечная палочка, протей, сал-монеллы — возбудители пищевых отравлений, гнилостные бак­терии рода Рзеийотопаз — возбудители порчи рыбных и мяс­ных продуктов). Слабой устойчивостью отличаются психро-фильные бактерии. Более устойчивы грамположительные бак­терии, особенно некоторые микрококки (МГсгососсиз гасНоёи-гапз) и споры бактерий родов ВасШиз и СЬзгпсНшп, которые в 10—12 раз устойчивее, чем вегетативные клетки. Чувствитель­ность мицелиальных грибов и некоторых видов дрожжей к ионизирующим излучениям приближается к радиоустойчиво­сти бактериальных спор.

Ионизирующие излучения, особенно у-лучи, нашли широкое применение в медицине для обеззараживания воды. В пищевой промышленности используется обработка продуктов низкими дозами у-облучения (от 0, 2 до 0, 6 Мрад*), например обработ­ка поверхности упакованного хлеба, ягод, скоропортящихся плодов, картофеля, мяса, рыбы с целью частичного уничтоже­ния микроорганизмов в продуктах. Это значительно снижает их обсемененность микроорганизмами и удлиняет сроки хране­ния продуктов, особенно при хранении в холодильниках. Обра­ботка продуктов у-лучами называется радуризацией.

Влияние ультрафиолетовых лучей. Действие Уф-лучей на микроорганизмы сходно с ионизирующими излу­чениями: они вызывают либо гибель, либо мутации микроорга­низмов в зависимости от вида микроорганизмов, дозы и про­должительности облучения.

Наименее устойчивы к Уф-лучам бактерии, особенно пато­генные. Среди неспороносных форм особенно чувствительны к облучению бактерии, выделяющие в окружающую среду пиг­менты (например, гнилостные бактерии Ргеиаотопаз Ииогез-сепз). Другие микроорганизмы, содержащие внутри клеток каротиноидные пигменты (бактерии, дрожжи), весьма устойчи­вы к действию УФ-лучей, поскольку каротиноидные пигменты поглощают УФ-лучи и обусловливают защитные свойства мик­роорганизмов.

Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки; чтобы убить споры, требуется в 4—5 раз больше энергии. Конидии грибов более устойчивы, чем мицелий.

Гибель микроорганизмов происходит при облучении их УФ-лучами с короткой длиной волны (250—260 нм). Это объяс­няется тем, что УФ-лучи воздействуют, с одной стороны, (непос­редственно на клетки, а с другой стороны — на субстрат. В об­лучаемой среде могут образоваться вещества (перекись водо­рода, озон), губительно действующие на микроорганизмы. УФ-лучи адсорбируются важнейшими веществами клетки — бел­ками, ДНК и РНК — и вызывают их химические изменения, повреждающие клетку. Так, летальный эффект УФ-лучей с дли­ной волны около 260 нм объясняется тем, что именно в этой области лежит максимум поглощения УФ-лучей молекулами ДНК и РНК.

УФ-лучи применяются для дезинфекции воздуха в медицин­ских и производственных помещениях, в холодильных камерах, для обеззараживания производственного оборудования, упако­вочных материалов, тары. Обработка воздуха в течение 6 ч уничтожает до 80% микроорганизмов. УФ-лучи могут быть использованы для предотвращения попадания микроорганизмов извне при розливе, фасовке, упаковке пищевых продуктов, меди­цинских препаратов. Однако применение УФ-облучения с целью

*Рад — единица измерения дозы ионизирующих излучений; соответству­ет 100 эрг, поглощенным 1 г облучаемого объекта. Мрад—мегарад=» = \ млн, рад,

стерилизации пищевых продуктов ограничено вследствие и$ невысокой проникающей способности, позволяющей обеспло­живать только поверхность продуктов (например, поверхность упакованного хлеба), а у таких продуктов, как сливочное мас­ло и молоко, при УФ-облучении ухудшаются вкусовые и пита­тельные качества. УФ-лучи успешно применяются для дезин­фекции питьевой воды.

Свет. Солнечный свет необходим только фототрофным бак­териям, которые используют солнечную энергию для синтеза органических веществ из С0₂. На остальные микроорганизмы свет оказывает губительное действие в результате действия УФ-лучей солнечного спектра.

Влияние радиоволн. Радиоволны — это электромагнитные волны довольно большой длины: короткие радиоволны имеют длину от 10 до 50 м, ультракороткие — от 10 м до нескольких миллиметров, характеризующиеся различной частотой колеба­ний (3-Ю⁴—3-Ю¹¹ Гц*). Прохождение радиоволн через среду вызывает в ней возникновение переменных токов высокой ча­стоты (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). Возникшая в среде электрическая энергия переходит в тепловую. Характер нагревания с помощью энергии ВЧ и СВЧ резко отличается от обычных способов нагревания. Объект нагревается быстро и сразу во всех точках объема. Так, в СВЧ-поле стакан воды закипает за 2—3 с, 1 кг рыбы варится в течение 2 мин, 1 кг мяса — 2, 5 мин, курица — 6—8 мин.

Вызывая нагревание среды, СВЧ-поле действует губитель­но на микроорганизмы. При этом основной причиной гибели микроорганизмов является повреждение клетки под влиянием высоких температур. Однако механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы еще окончательно не раскрыт.

СВЧ-энергия является перспективным способом тепловой обработки пищевых продуктов и может использоваться для пастеризации и стерилизации фруктовых соков, компотов и пр.^ варки, сушки, разогрева, выпечки продукции. Имеются СВЧ-установки периодического и непрерывного действия.

Быстрота СВЧ-нагревания обеспечивает наиболее полное сохранение вкусовых и питательных свойств пищевых продук­тов, а эффект воздействия на их микрофлору по сравнению с традиционными способами тепловой обработки практически одинаков.

Влияние ультразвукового воздействия. Ультразвуки (УЗ) — это механические колебания с частотами выше 20 000 Гц (20 кГц), что находится за пределами частот, воспринимаемых человеком.

УЗ-колебания ускоряют многие химические реакции, вызы­вают распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию

* Герц (Гц)—единица частоты колебаний, 1 Гц=1 с^-1 (одно колеба­ние в секунду),

белков, инактивацию ферментов и токсинов, могут привести ^с разрыву клеточной стенки, а иногда и разрушению внутри­клеточных структур. Летальное действие УЗ начинает прояв­ляться при интенсивности* 0, 5—1, 0 Вт/см² и частоте колебаний порядка десятков кГц.

/ Среди микроорганизмов бактерии более чувствительны •к действию УЗ, чем дрожжи; причем УЗ легче вызывает ги­бель палочковидных форм бактерий, чем шаровидных.

Споры бактерий более устойчивы, чем вегетативные клетки.

Механизм действия УЗ на микроорганизмы недостаточно изучен. Основной причиной гибели микроорганизмов, очевидно, является особый эффект, называемый кавитацией. При про­хождении через жидкость УЗ-волн в ней образуются мелкие разрывы, которые под действием сил поверхностного натяже­ния жидкости принимают форму пузырьков. В момент захло­пывания кавитационного пузырька возникает мощная гидрав­лическая ударная волна, обладающая сильным разрушительным действием.

Практическое использование УЗ-волн с целью стерилизации эффективно в основном для жидких пищевых продуктов (моло­ка, фруктовых соков, вин), воды, для мойки и стерилизации стеклянной тары. При обработке с помощью УЗ-волн плотных пищевых продуктов с целью их стерилизации происходит не только уничтожение микроорганизмов, но и повреждение мо­лекул самого сырья.