ВАЖНЕЙШИЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗВИТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Для того чтобы культура микроорганизмов могла нормально расти, размножаться и осуществлять биосинтез какого-либо вещества, необходимы благоприятные условия окружающей среды. При неблагоприятных условиях изменяются свойства микроорганизмов, подавляется их жизнедеятельность или происходит гибель. При неблагоприятных условиях изменяются свойства микроорганизмов, подавляется их жизнедеятельность или происходит гибель.

Различают три точки, которые определяют развитие микроорганизмов:

- минимум: жизнедеятельность культуры только начинается;

- максимум: жизнедеятельность микроорганизмов прекращается;

- оптимум: жизнедеятельность микроорганизмов проявляется с наибольшей интенсивностью.

На рост и развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.

· Физические: температура, влажность среды, концентрация питательных веществ.

Температура. Каждая группа микроорганизмов развивается в определенных температурных пределах. По отношению к оптимальной температуре развития все микроорганизмы делят на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы __ минимальная температура развития от минус 7 до 0 °С; оптимальная 15-20 °С; максимальная 30-35 °С.

Мезофилы __ минимальная температура их развития 5-10 °С; оптимальная 25-35 °С; максимальная 40-50 °С. К этой группе относится большинство используемых в промышленности микроорганизмов, как культурных, так и вредных (дрожжи, гнилостные бактерии, возбудители молочнокислого брожения).

Термофилы __ минимальная температура развития не менее 30 °С; оптимальная 45-60 °С; максимальная 70-80 °С.

Температуры, превышающие максимальные, приводят к гибели микроорганизмов за счет тепловой коагуляции белков клетки и инактивации ферментов. При температуре 70 °С большинство вегетативных форм микроорганизмов гибнет за 1-5 мин.

Температуры ниже минимальных гибель микроорганизмов не вызывают, а только приостанавливают их жизнедеятельность.

Влажность среды. Нормальное функционирование клетки (обмен веществ, рост и размножение) возможно только тогда, когда в ней содержится достаточное количество влаги и сама клетка погружена в водную среду с растворенными в ней питательными веществами. Бактерии развиваются при минимальной влажности субстрата 25-30 %, грибы и дрожжи могут развиваться при влажности в субстрате __ 10-15 %, а иногда и 6-7 %.

При снижении влажности уменьшается интенсивность биохимических реакций и, следовательно, жизненных процессов. От влажности среды зависит устойчивость микроорганизмов к высоким температурам. В среде с повышенной влажностью гибель их происходит быстрее, чем в воздушной среде.

Концентрация питательных веществ. Для развития микроорганизмов необходим ряд элементов питания (углерод, азот, фосфор, биологически-активные вещества, макро- и микроэлементы). Источником углерода могут быть углеводы (моно- и полисахариды), спирты, кислоты. Источником азота в питательной среде могут быть белки, пептиды, аминокислоты, соли аммония или аммиака, нитраты). Источником фосфора являются фосфаты (соли фосфорной кислоты). Кроме этого к питательной среде добавляют соли калия, магния, железа, микроэлементы (кобальт, медь, марганец и др.), витамины и биологически активные вещества.

Большинство микроорганизмов существует в средах с невысокой концентрацией растворенных веществ и чувствительны к ее колебаниям. Минимальной концентрацией для активного обмена веществ является приблизительно 0,5 %-ная концентрация сахара или соли в воде. Высокая концентрация приводит к нарушению процесса обмена между клеткой и окружающей средой, к прекращению ее жизнедеятельности и гибели. Некоторые микроорганизмы могут сохранять свою жизнедеятельность в концентрированных растворах (с высоким осмотическим давлением). Такие микроорганизмы называются осмофильными.

· К химическим факторам, которые влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся: рН среды, окислительно-восстановительный потенциал (гН2) и присутствие в среде токсичных веществ.

рН среды - выражает степень кислотности или щелочности среды. Колебания рН могут вызвать изменение активности ферментов, нарушение обмена веществ. Например, в кислой среде дрожжи образуют этиловый спирт, в щелочной - глицерин.

Для каждой группы микроорганизмов существуют свои пределы максимума, минимума и оптимума значений рН. Для дрожжей, молочнокислых и уксуснокислых бактерий наиболее благоприятна слабокислая среда (рН 3-6).

Окислительно-восстановительные условия среды. Большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов имеет наличие кислорода. Для некоторых микроорганизмов он жизненно необходим, для других является ядом, для определенных видом микроорганизмов наличие кислорода или его отсутствие не имеет существенное значение.

Микроорганизмы, которые живут только в присутствии кислорода и получают энергию за счет дыхания, называются облигатные аэробы.

Микроорганизмы, которые живут за счет окислительно-восстановительных процессов без участия кислорода воздуха, называются облигатные анаэробы.

Микроорганизмы, которые могут жить как при доступе, так и в отсутствие кислорода, называются факультативные анаэробы.

Для микроорганизмов существенное значение имеет также окислительно-восстановительный потенциал, который выражается редокс-потенциалом (гН2) - отрицательным логарифмом концентрации молекулярного водорода, который характеризует степень окисленности (аэробности) или восстановленности (анаэробности) среды. гН2 находится в пределах от 0 до 41. В водном растворе, насыщенном кислородом, гН2 равен 41, а в условиях насыщения водородом гН2 равен 0.

Для облигатных аэробов гН2 находится в пределах 14-30, для облигатных анаэробов гН2 __ 0-14, для факультативных анаэробов гН2 от 0 до 20.

Действие химических веществ. Многие вещества замедляют и подавляют действие микроорганизмов. К ним относятся: спирты, фенолы, альдегиды (особенно формальдегид), нитраты, пестициды, кислоты (бензойная, сернистая, сорбиновая, борная, фтористоводородная), щелочи, соли тяжелых металлов (ртути, меди, серебра), окислители (марганцовокислый калий, йод, хлор, перекись водорода), газы (сернистый, диоксид углерода). Степень воздействия их на микроорганизмы зависит от химической природы, применяемой концентрации, условий среды (рН, температуры) и вида микроорганизмов. Как правило, высокие дозы этих веществ оказывают летальное действие, а малые дозы в некоторых случаях могут даже являться стимуляторами роста микроорганизмов.

· Биологические факторы: сводятся к взаимоотношению между микроорганизмами, соприкасающимися в процессе своей жизнедеятельности. Основные типы взаимоотношений: симбиоз, метабиоз, антагонизм, паразитизм.

Симбиоз – условия, когда два или более вида организма совместно развиваются лучше, чем по отдельности (молочнокислые бактерии и дрожжи при производстве моченой продукции).

Метабиоз – условия, при которых жизнедеятельность одного микроорганизма способствует развитию другого (например, продукты обмена одного микроорганизма являются источником питания для другого).

Антагонизм - один вид микроорганизма угнетает или вызывает гибель другого за счет быстрого размножения или выделения в среду метаболитов (например, антибиотиков, микотоксинов).

Паразитизм - один микроорганизм живет за счет другого.