«Температура среды. Ее влияние на рост и размножение микроорганизмов. Психрофильные, мезофильные и термофильные организмы»

Температура среды является одним из основных физических факторов внешней среды, который определяет возможность и интенсивность развития микроорганизмов. Все микроорганизмы развиваются в определенных пределах температуры.

При этом для каждого микроорганизма существуют три температурные кардинальные точки развития: 

минимум – температура, ниже которой развитие микроорганизмов не происходит; 

оптимум – наилучшая температура для развития микроорганизмов;

максимум – температура, выше которой развитие микроорганизмов не происходит.

Классификация микроорганизмов в зависимости от температуры среды обитания. По отношению к температуре микроорганизмы подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы, мезофилы.

Психрофилы (холодолюбивые микроорганизмы) хорошо растут при относительно низких температурах: минимум в пределах –10...0°С, максимум ≈ 30°С. Психрофилы – это микроорганизмы, живущие в почвах полярных зон, в северных морях, снегах Арктики и Антарктики, на охлажденных и замороженных продуктах.

Термофилы (теплолюбивые микроорганизмы) развиваются при относительно высоких температурах: минимум не ниже 30°С, оптимум 55...65°С, максимум около 70...80°С. Некоторые микроорганизмы живут и при более высокой температуре, достигающей 90°С. Термофилы обитают в горячих источниках, гейзерах Камчатки, самонагревающихся скоплениях различных органических материалов (в зерне, сене, навозе, компосте и др.), в продуктах, прошедших тепловую обработку.

Мезофилы (среднетеплолюбивые) развиваются при невысокой температуре: минимум 5...10, оптимум 25...35°С. Среди мезофилов одни микроорганизмы способны развиваться при относительно высокой температуре, а другие – при низкой. Большинство наиболее распространенных в природе бактерий, грибов и дрожжей, и том числе и многие возбудители порчи пищевых продуктов, относятся к мезофилам.

Температурные точки развития микроорганизмов соответствуют оптимальной температуре действия их ферментов.

Действие на микроорганизмы высокой температуры. Повышенная температура для микроорганизмов более неблагоприятна, чем пониженная. Отношение микроорганизмов к температуре, превышающей максимальную для развития, характеризует их термоустойчивость, разную у отдельных видов. Гибель клеток наступает в зависимости от продолжительности воздействия температуры; например температура, немного превышающая максимальную, вызывает явление «теплового шока». Кратковременный «тепловой шок» может и не вызывать гибель микроорганизмов, но при продолжительном «тепловом шоке» клетки микроорганизмов погибают. Бесспоровые бактерии погибают при нагревании во влажном состоянии до 60...70°С в течение 15...30 мин, а при нагревании до 80... 100°С – в течение от нескольких секунд до 1...2 мин. Дрожжи и плесневые грибы погибают довольно быстро при нагревании до 50...60°С, некоторые осмофильные дрожжи выдерживают нагревание до 100°С в течение нескольких минут.

Наиболее термоустойчивыми являются споры бактерий, которые выдерживают температуру 100°С в течение нескольких часов. Во влажной среде споры гибнут при 120... 130°С через 20...30 мин, в сухом состоянии – при 160... 170°С через 1...2 ч.

С повышением температуры продолжительность ее губительного воздействия на микроорганизмы быстро уменьшается. Так, споры Clostridium botulinum отмирали при 100°С через 33 мин; при 105°С – через 32 мин; при 115°С – через 10 мин; при 120°С – через 4 мин.

Споры большинства дрожжей и плесневых грибов менее устойчивы к нагреванию, чем споры бактерий, и погибают при нагревании до 65...80°С, споры некоторых плесневых грибов выдерживают даже нагревание до 100°С.

При нагревании клетки и споры погибают не одновременно, среди них всегда есть более и менее устойчивые. Термоустойчивость может изменяться в зависимости от рН и концентрации среды, в которой происходит нагревание. Нагревание вызывает необратимые изменения в клетке – денатурацию белков и нуклеиновых кислот.

Высокая термоустойчивость спор бактерий обусловлена, по-видимому, малым содержанием в них свободной воды, содержанием дипиколиновой кислоты (пиридин-2,6-дикарбоновая кислота) и кальция. Дипиколиновая кислота обнаружена только в спорах.

На губительном воздействии высоких температур основаны многие приемы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах: кипячение, варка, обжарка, бланширование. Производственное оборудование пищевых производств пропаривается.

В пищевой промышленности используют два способа воздействия высоких температур на микроорганизмы: пастеризацию и стерилизацию.

Пастеризация – это нагревание продукта при температуре 163...80°С в течение 20...40 мин. Иногда пастеризуют при температуре 90...100°С в течение нескольких секунд. При пастеризации (погибают вегетативные клетки микроорганизмов, а термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов остаются жизнеспособными. Поэтому пастеризованные продукты следует немедленно охладить до температуры 10°С и хранить на холоде, чтобы (задержать прорастание спор и развитие оставшихся клеток. Пастеризуют многие пищевые продукты: молоко, вино, пиво, икру, (фруктовые соки и др.

Стерилизацией называется полное освобождение какого-либо пищевого продукта от живых микроорганизмов или спор. Микроорганизмы проявляют разную чувствительность к средствам, применяемым для их уничтожения. Существуют видовые особенности в чувствительности, а также различия, зависящие от содержания воды, значения рН, возраста клеток или спор и т.д.

Полная или частичная стерилизация осуществляется при помощи влажного и сухого жара, фильтрации, облучения и др.

При использовании влажного жара вегетативные клетки бактерий и грибов гибнут через 5...10 мин при температуре 60°С, для гибели спор дрожжей и грибов необходима температура 120°С в течение 15 мин.

Для достижения температуры выше точки кипения воды пользуются автоклавом, в котором температура насыщенного пара зависит от давления. Продолжительность стерилизации зависит и от теплоемкости сосудов, в которых проводится стерилизации.

Можно добиться тех же результатов при дробной стерилизации (тиндализации) в текучем паре при 100°С. При использовании тиндализации продукт стерилизуют при 100°С в течение трех дней подряд по 30 мин ежедневно. В промежутках между нагреваниями продукт хранят в термостате для того, чтобы споры проросли, а затем вегетативные клетки были снова уничтожены при следующем нагревании.

При стерилизации сухим жаром бактериальные споры переносят более высокие температуры и в течение более длительного времени.

Стеклянную посуду стерилизуют сухим жаром в течение 2 ч при 160°С. В каждом случае стерилизации необходимо контролировать температуру (с помощью индикаторов) или проверять полноту стерилизации. Для этого одновременно с посудой в сушильный шкаф помещают пробу почвы, содержащей споры; после стерилизации пробу высевают на соответствующую среду.

Уничтожение микроорганизмов жаром основано на коагуляции клеточных белков.

Фильтрацией удобнее всего стерилизовать растворы, содержащие термолабильные вещества. В лаборатории Пастера впервые были использованы свечи Шамберлана (неглазурованные фарфоровые цилиндры). В настоящее время в лабораториях и для стерилизации питьевой воды используют фильтр Беркефельда из прессованного кизельгура. Используются также асбестовые пластинки в фильтре Зейтца. Стеклянные и мембранные фильтры, а также некоторые фильтровальные материалы выпускаются с различной величиной пор, что позволяет разделять микроорганизмы разной величины и формы.

Облучение используют для полной или частичной стерилизации. В этом случае применяют ультрафиолетовые, рентгеновские и у-лучи. В лабораторных условиях наибольшее значение имеют ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи). В излучении большинства ультрафиолетовых ламп преобладают лучи с длиной волны около 260 нм, которые поглощаются преимущественно нуклеиновыми кислотами. При длительном воздействии эти лучи вызывают гибель всех микроорганизмов.

УФ-облучение используется для стерилизации помещений. При этом бактерии погибают очень быстро, а споры грибов, которые являются менее чувствительными к ультрафиолету, – значительно медленнее.

Действие на микроорганизмы низкой температуры. Большинство микроорганизмов не может развиваться при температуре ниже 0°С. Например, гнилостные бактерии и бактерии, вызывающие пищевые отравления, не размножаются при температуре ниже 4...5, грибы – 3...5°С. Патогенные микроорганизмы не размножаются уже при 10°С.

Однако многие микроорганизмы могут неопределенно долго сохранять жизнеспособность при пониженной температуре, переходя в анабиотическое состояние, т.е. состояние «скрытой жизни», подобно зимней спячке животных, снова оживая при повышении температуры.

При низкой температуре (ниже минимальной) многие микроорганизмы погибают. Причин гибели клеток микроорганизмов может быть несколько: нарушение обмена веществ, инактивация ферментов, понижение активности воды, повреждение клеток кристаллами льда и др. Однако существует достаточно много микроорганизмов, размножающихся при низких температурах. Их называют психрофилами и они распространены в местах обитания с низкой температурой: в Арктике, Антарктиде, к холодных морях и океанах, тундрах; например, в трупах мамонтов, пролежавших в вечной мерзлоте сотни лет, сохранились жизнеспособные споры бактерий. Холодоустойчивость психрофилов колеблется в широких пределах.

Низкая температура широко применяется при хранении пищевых продуктов. Используют два способа холодильного хранения: в охлажденном состоянии и в замороженном виде.

Охлаждение пищевых продуктов осуществляется при температуре от +10 до –2°С. В таком виде пищевые продукты лучше сохраняют спои натуральные свойства, но рост микроорганизмов на охлажденных продуктах не исключается, а лишь замедляется. Сроки хранения охлажденных пищевых продуктов непродолжительны и зависят от температуры хранения и исходной контаминации (обсеменения) продукта психротрофными микроорганизмами: чем их больше, тем меньше срок хранения.

Для удлинения сроков хранения пищевых продуктов в охлажденном состоянии применяют дополнительные меры воздействия на микроорганизмы: облучение ультрафиолетовыми лучами, озонирование, повышение содержания в атмосфере СО₂, создание анаэробных условий, препятствующих развитию холодоустойчивых микроорганизмов (аэробов) – возбудителей порчи пищевых продуктов.

Большое значение при хранении пищевых продуктов в охлажденном состоянии имеет относительная влажность воздуха в помещении: как только она увеличивается, микроорганизмы развиваются быстрее.

В холодильных камерах всегда находится какое-то число разных микроорганизмов, которые попадают туда вместе с пищевыми продуктами, тарой, с поступающим воздухом. Поэтому холодильные камеры необходимо содержать в чистоте и поддерживать температурно-влажностный режим.

Замораживание пищевых продуктов осуществляется при температуре от –12 до –30°С, при этом быстро отмирает значительная часть находящихся на них микроорганизмов. Однако замороженное состояние не освобождает пищевые продукты от микроорганизмов. В холодильниках сохраняется довольно много микроорганизмов – психрофилов. Их развитие только замедляется.

Во время размораживания пищевых продуктов, особенно при вытекании сока, микроорганизмы вновь размножаются и вызывают порчу продуктов, поэтому оттаивать замороженные пищевые продукты нужно непосредственно перед употреблением.