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).

1) 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;

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. Мезофилами 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 термогенеза (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 (Васillus stearothermophilus).

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 воды 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 инактивирования 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 мезофилами, 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.

2) 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 _w). 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 _w е= Р/Р₀

Значение активности воды а_w лежит в интервале от 0 до 1 и характеризует относительную влажность субстрата. Активность дистиллированной воды равна 1, активность воды абсолютно обезвоженного вещества равна 0.

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 _w от 0,999 до 0,62. Более низкая активность воды в субстрате задерживает развитие микроорганизмов.

Для каждого микроорганизма существуют минимальные значения а_т (критический предел), ниже которых его развитие прекращается. Для большинства бактерий, в том числе и спорообразующих (С1оstridium), а _w =0,95 —0,90, за исключением галофилов (солелюбивых), у которых а _w =0,75. Для большинства дрожжей а _w = 0,88, за исключением осмофилов, для которых а_ю =0,62; для большинства мицелиальных грибов а _w =0,8, за исключением ксерофитных, у которых а _w =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.

3) 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. (В воде пресных водоемов осмотическое давление значительно ниже, чем в соленых).

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 Аsреrgillus) 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. Микроорганизмы, которые растут в таких средах, называют галофилами. Они представлены двумя основными типами: умеренными и крайними галофилами. Умеренные галофилы 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 NаС1 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 NаС1 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 сахарсодержащих продуктов с концентрацией сахара до 90% вызывают осмофильные дрожжи (забраживание продуктов) и мицелиальные 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.

4) 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 (О₂), 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.

5) 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.

6)Ионизирующие излучения. К ним относятся космические, рентгеновские лучи и радиоактивные излучения, 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, сальмонеллы — 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 и споры бактерий, 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*), (*Рад — единица измерения дозы ионизирующих излучений; соответствует 100 эрг, поглощенным 1 г облучаемого объекта. Мрад—мегарад=» = \ млн, рад,) 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.

7)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). 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

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.

8) 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.

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

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.

10) 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.

11) 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

белков, инактивацию ферментов и токсинов, могут привести к 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. (Интенсивность УЗ-волн определяется количеством энергии, приходящейся на единицу площади за единицу времени)

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.