Как температура влияет на микроорганизмы

Инфекции человека

Рубрики

Влияние физических факторов окружающей среды на микроорганизмы

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от условий существования. Благоприятными условиями их существования является влажность, тепло, наличие питательных веществ. Тормозят развитие микроорганизмов высушивание, кислая среда, низкие температуры, отсутствие питательных веществ и др. Искусственно регулируя условия существования микробов, можно прекратить их размножение или уничтожить их.

Большинство пищевых продуктов по химическому составу является благоприятной средой для существования микробов. Поэтому хранить пищевые продукты можно только при неблагоприятных условиях для микроорганизмов. Говоря о влиянии физических факторов окружающей среды на микроорганизмы, подразумевают условия внешней среды, влияющие на их развитие и делят таковые на три основные группы: физические, химические и биологические. К физическим условиям (факторам) относятся: температура, влажность среды, концентрация веществ, растворенных в среде; излучение.

Влияние температуры на микроорганизмы.

Развитие всех микроорганизмов возможно при определенной температуре. Известны микроорганизмы, способные существовать при низких (-8°С и ниже) и при повышенных температурных условиях, например, обитатели горячих источников поддерживают жизнедеятельность при температуре 80-95°С. Большинство микробов предпочитает температурные пределы 15-35°С. Различают:

По отношению к уровню температуры микроорганизмы разделяют на три группы:

Температура развития микроорганизмов, ° С

Микробы сравнительно быстро приспосабливаются к значительным изменениям температуры. Поэтому незначительное снижение или повышение уровня температуры не гарантирует прекращения развития микроорганизмов.

Влияние высоких температур.

Температуры, значительно превышающие максимальные, вызывают гибель микроорганизмов. В воде большинство вегетативных форм бактерий при нагревании до 60°С погибают за час; до 70°С — за 10-15 минут, до 100°С — за несколько секунд. В воздухе гибель микроорганизмов наступает при значительно более высокой температуре — до 170°С и выше в течение 1-2 часов. Споровые формы бактерий значительно устойчивее к нагреванию, они могут выдерживать кипячение в течение 4-5 часов.

Методы пастеризации и стерилизации основаны на свойстве микробов погибать под действием высоких температур. Пастеризация — осуществляется при температуре 60-90°С, при этом погибают вегетативные формы клеток, а споровые остаются жизнеспособными. Поэтому пастеризованные продукты следует быстро охлаждать и хранить в условиях охлаждения. Стерилизация — это полное уничтожение всех форм микроорганизмов, включая споровые. Стерилизацию осуществляют при температуре 110-120°С и повышенном давлении.

Однако споры не погибают мгновенно. Даже при 120°С гибель их наступает через 20-30 минут. Стерилизуют пищевые консервы, некоторые медицинские материалы, субстраты, на которых выращивают микроорганизмы в лабораториях. Эффект стерилизации зависит от количественного и качественного состава микрофлоры объекта стерилизации, его химического состава, консистенции, объема, массы и др.

Влияние низких температур.

Чаще всего действие низких температур связано не с гибелью микроорганизмов, а с торможением и прекращением их развития. Низкую температуру микроорганизмы переносят значительно лучше. Многие болезнетворные микробы, попадающие в окружающую среду, способны переносить суровые зимы, не теряя болезнетворности. Наиболее негативно на развитие микроорганизмов влияет температура, при которой замерзает содержимое клетки.

Тормозящее действие низких температур на микробы используют для хранения различных продуктов в охлажденном виде при температуре 0-4°С, и замороженном – при температуре — 6-20°С и ниже. Действие низких температур в замороженных продуктах усиливает влияние повышенного осмотического давления. Поскольку большая часть воды перешла в лед, в оставшейся жидкой части воды оказались все растворенные вещества, содержавшиеся в массе продукта. Это вызывает повышенное осмотическое давление, которое, в свою очередь, тормозит развитие микробов.

Замораживание используют для хранения мяса, рыбы, плодов, овощей полуфабрикатов, кулинарных изделий, готовых блюд и др. Прекращение развития микробов действует только до тех пор, пока продолжается действие низкой температуры. При повышении температуры начинается бурное развитие и размножение микробов, что вызывает порчу пищевых продуктов.

Следовательно, низкая температура только замедляет биохимические процессы, не имея стерилизующего эффекта. Многократное замораживание одних и тех же продуктов способствует быстрому приспособлению микробов к низким температурам и усиливает их жизнеспособность. Поэтому надо предотвращать колебания температуры во время хранения продуктов.

Источник

Влияние температуры на развитие микроорганизмов.

Каждый микроорганизм может развиваться лишь в определенных пределах температуры. При изу­чении влияния температуры на рост прокариот выделяют темпера­турный диапазон, ограниченный минимальной и максимальной тем­пературами, при которых рост прекращается, а также область оптимальных температур с максимальной скоростью роста.

Положение на температурной шкале основных точек (минималь­ная, максимальная, оптимальная температуры), а также величина температурного диапазона роста прокариот сильно различаются.Поэтому по отношению к температуре микроорг-змы подразд-ют на 3 группы: мезофилы, психрофилы и термофилы.

(У мезофилов оптимальные температуры роста лежат между 30 и 40 °С, а темпера­турный диапазон, в котором возможен рост, находится между 10 и 45-50 °С (например Escherichia coli: нижняя граница роста — +10 0 С, верхняя — +49 °С, оптимальная темпера­тура — +37 °С при росте на богатой среде.)

У психрофилов (холодолюбивые микроорга­низмы) область температур роста лежит в пределах от —10 до +20 °С и выше.Они делятся на облигатных (обязательных) и факультатив­ных (необязательных), (основное различие между ними в том, что облигатные психрофилы не способны к росту при температуре выше 20 °С, а верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше. Таким образом, факультатив­ные психрофилы характеризуются более широким температурным диапазоном, при котором возможен их рост.)

Термофилов (теплолюбивые микроорганизмы) делят на 4 подгруппы.

1. Термотолерантные виды растут в пределах от 10 до 55—60 °С, оптимальная область лежит в пределах 35—40 °С. (Они способны расти при повышенных темпера­турах.)

2. Факультативные термофилы имеют максимальную температу­ру роста между 50 и 165 0 С, но способны к размножению при температуре 20 °С; оптимум приходится на область температур, близких к верхней границе роста. (Особенность этой группы прока­риот — способность к росту в области от 20 до 40 °С.)

3. К облигатным термофилам относят виды, обнаруживающие способность расти при температурах около 70 °С и не растущие ниже 40 0 С. (Оптимальная температурная область облигатных термофилов примыкает к их верхней температурной границе роста. Представи­тели: эубактерии Bacillusacidocaldarius, Synechococcus lividus, архебактерии Methanobacterium thermoautotrophicum, Thermo- plasma acidophilum и др.)

4. Экстремальные термофилы для них ха­рактерны: оптимальная гра­ница роста — в области 80— 105 0 С, минимальная — при 60 °С и выше, максимальная — до 110 0 С. (Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др.))

Наиболее термоустойчивыми являются бактериальные споры. У многих бактерий они способны выдерживать температуру кипе­ния воды в течение нескольких часов. Во влажной среде споры бак­терий гибнут 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.

Механизм действия температуры на микроорганизмы. Отрицатель­ное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов оказывает и низкая и высокая температура. Из-за низкой температуры за­медляются биохимические процессы и в случае образования кристаллов льда внутри клетки происходит повреждение и разрыв клеточных структур. Низкая температура вызывает бактериостатинеский эффект, который проявляется в прекращении роста и размножения бактерий.

Охлаждением называется обработка и хранение пищевых про­дуктов при температуре, близкой к криоскопической, т. е. к тем­пературе замерзания клеточного сока, которая зависит от состава и концентрации сухих веществ. (Для яблок она колеблется от —1,4 до —2,8 °С, для винограда равна —3,8 °С, для лука —1,6, для рыбы —2, для мяса — 1,2 °С и ниже.) (При хранении охлажденных продуктов лучше, чем при замора­живании, сохраняются их натуральные свойства, но рост на них многих микроорганизмов не исключается, а лишь замедляется, по­этому сроки хранения охлажденных продуктов непродолжительны и зависят от температуры хранения и исходной степени обсемене­ния продукта психрофильными микроорганизмами.)

При замораживании происходит полная кристаллизация жидкой фазы продукта. Этот способ применяется для более длительного со­хранения мясных и рыбных продуктов, овощей, фруктов и др. (При длительном хранении замороженных продуктов изменяется их химический состав, гидролизуются и окисляются жиры, изменя­ется цвет, частично разрушаются витамины в результате их окисле­ния кислородом воздуха, ухудшается вкус и запах. При замораживании микрофлора полностью не уничтожается; особенно холодоустойчивы споровые формы микроорганизмов. Во время размораживания продуктов, особенно при вытекании из них сока, микроорганизмы вновь размножаются и вызывают порчу. С учетом этого оттаивать замороженные пищевые продукты следу­ет непосредственно перед употреблением. Кроме того, после размо­раживания продукта микроорганизмы возобновляют свою жизне­деятельность и могут привести к его быстрой порче, поэтому размо­роженные продукты необходимо сразу же перерабатывать. Качество продуктов в значительной степени зависит от способа его размора­живания. При быстром размораживании при повышенных темпе­ратурах происходят большие потери питательных веществ и более интенсивно развиваются микроорганизмы. Во время медленного размораживания при температурах от 0 до 4 °С кристаллы льда от­таивают постепенно, а коллоиды клеток более полно связывают образующуюся влагу. )

Наиболее губительна для микроорганизмов высокая температура, при которой происходит свертывание белка, вследствии чего происх-т нарушение актив­ности ферментов, проницаемости клеточной стенки и в рез-те чего нарушается равновесие всех биохимических процессов. Сущ-ют след. приемы уничтоже­ния микробов в пищевых продуктах при высоких температурах: варка, кипячение, обжарка, бланширование продуктов питания, пропаривание производственного оборудования. В пищевой промышл-сти применяют 2 способа воздействия высоких темпе­ратур на микроорганизмы: пастеризацию и стерилизацию.

Стерилизация — это нагревание при температурах, которые вызывают гибель всех живых микроорганизмов. В микробиологической прак­тике стерилизуют среды, посуду, инструмент и другие необходимые предметы. Существуют различные способы стерилизации при помощи вы­сокой температуры.

Асептическое консервирование со­стоит в том, что жидкие и пюреобразные пищевые продукты под­вергают стерилизации путем кратковременного высокотемператур­ного нагрева, охлаждают, а затем расфасовывают в стерильную тару и укупоривают в асептических условиях ( применяют для консервирования томата-пасты, плодово-ягодных соков, молока и других продуктов. Преимущество такого способа состоит в том, что сокращается время тепловой обработки продукта, в результате чего повышается пищевая ценность консервов, для упа­ковки могут быть использованы полимерные материалы.)

Дата добавления: 2019-09-08 ; просмотров: 532 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ И МЕТАБОЛИЗМ МИКРООРГАНИЗМОВ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

ЧАСТЬ 1

Цель работы: изучить особенности влияния физических факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов; выделить основные физиологические группы микроорганизмов по отношению к температуре.

В естественных условиях микроорганизмы подвергаются воздействию абиотических факторов, значительно различающихся по своей природе и механизму действия. Тем не менее характер зависимости показателей жизнедеятельности микроорганизмов от уровня различных внешних факторов сходен. Для любого абиотического фактора существует диапазон изменений, в пределах которого показатели жизнедеятельности микроорганизма практически не изменяются, оставаясь на уровне, называемом оптимальным. Данный интервал получил название зона оптимума. Более низкие уровни фактора не обеспечивают полноценное функционирование микроорганизма, ограничивая интенсивность процессов его жизнедеятельности, и соответствующий интервал называют зоной лимитирования. Избыточные уровни фактора подавляют жизнедеятельность микроорганизмов, и этот интервал называют зоной ингибирования. Существуют экстремально высокие и экстремально низкие уровни фактора, при которых жизнедеятельность микроорганизма становится невозможной. Крайние пределы изменений фактора, которые организм способен перенести, принято называть пределами толерантности. Разные микроорганизмы имеют значительно отличающиеся пределы толерантности к одному и тому же экологическому фактору.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на несколько групп (рис. 2):

облигатные (максимальная температура роста до 70 °С) и

Термофильные микроорганизмы имеют огромное практическое значение. Они являются активными продуцентами ферментов, витаминов, органических кислот, кормового белка, используются для биологической очистки бытовых отходов с образованием биогаза.

Повышение гидростатического давления приводит к разрушению клеточных структур и денатурации белков. В условиях повышенного давления клетки микроорганизмов перестают делиться, не расходятся после деления и приобретают нитевидную форму.

По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяют на следующие группы:

Микроорганизмы подвержены действию различных видов электромагнитных излучений. В зависимости от длины волны электромагнитные излучения подразделяют на ионизирующее (до 10 нм), ультрафиолетовое (10-400 нм), инфракрасное (700-1100 нм) и видимую область (300— 700 нм). Излучение может оказывать на микроорганизмы следующее воздействие:

1) физиологическое; 2) летальное и мутогенное; 3) тепловое и механическое.

Ультрафиолет в зависимости от длины волны и дозы может оказывать на микроорганизмы летальный или мутагенный эффект. Наибольший летальный эффект УФ-лучей наблюдается при длине волны 260 нм, при которой происходит максимальное поглощение данного излучения молекулами ДНК. Летальное действие ультрафиолета обусловлено в первую очередь изменениями структуры ДНК (разрывом водородных связей, расщеплением связей между дезоксирибозой и фосфатом, образованием циклобутановых димеров тиминовых оснований, располагающихся в одной цепи), приводящими к ингибированию процессов репликации и транскрипции. Тиминовые димеры могут быть устранены двумя путями: фотореактивацией и темновой репарацией. В первом случае повреждения ДНК исправляются одним ферментом, активируемым видимым светом и устраняющим связи между тиминовыми основаниями в димерах. Во втором случае свет не нужен, и работают несколько ферментов: нуклеаза (вырезает поврежденный участок), ДНК-полимераза (синтезирует правильную структуру по комплементарной цепи) и лигаза (восстанавливает фосфодиэфирную связь).

Ультрафиолет с длиной волны 325-400 нм также вреден для микроорганизмов, поскольку наряду с формированием тиминовых димеров происходит разрушение триптофана и образование его токсичных фотопродуктов, действующих как химические мутагены. К воздействию ультрафиолета наиболее устойчивы микроорганизмы, в клетках которых содержатся каротиноиды. У гетеротрофных микроорганизмов каротиноиды служат защитной системой, уменьшающей повреждения нуклеиновых кислот, а у фототрофных бактерий они предохраняют бактериохлорофилл от фотоокисления.

При оценке зависимости выживаемости микроорганизмов от дозы УФ-облучения большое значение имеет плотность бактериальной суспензии. УФ-лучи интенсивно поглощаются бактериальной клеткой, поэтому при высокой концентрации клетки могут экранировать друг друга. Последнее обстоятельство не играет существенной роли в бактериальных суспензиях, в которых плотность не превышает 108 клеток/мл. При использовании густой бактериальной суспензии во время облучения ее необходимо постоянно перемешивать. Бактериальную суспензию следует распределять тонким слоем, поскольку УФ-лучи характеризуются низкой проникающей способностью, в силу чего клетки, располагающиеся более глубоко, не подвергаются их воздействию. Выживаемость клеток при действии УФ-излучения зависит от состава среды, используемой для их суспендирования. Облучение лучше всего проводить в буферных растворах. Жидкая полноценная питательная среда поглощает УФ-лучи интенсивнее, чем буферные растворы, поэтому получаемая клетками доза облучения уменьшается. В то же время при облучении в питательной среде могут образовываться токсические продукты, увеличивающие летальный эффект УФ-лучей, что затрудняет интерпретацию результатов. Летальный эффект УФ-лучей зависит от физиологического состояния, прежде всего возраста, бактериальной культуры. Клетки более чувствительны к действию УФ-лучей в экспоненциальной стадии роста.

На развитие микроорганизмов оказывает воздействие изменение напряжения магнитного поля. Этот фактор в настоящее время рассматривается как экологический, определяющий протекание многих биологических процессов. Особенно чувствительны к изменению напряжения магнитного поля микроорганизмы, содержащие в клетках магнитосомы.

Следует отметить, что в природе микроорганизмы испытывают влияние не одного, а множества абиотических факторов (температура, свет, давление и др.), поэтому необходимо учитывать взаимодействие факторов друг с другом. Для каждого абиотического фактора, вызывающего необратимые изменения биомолекул большинства микроорганизмов, существует группа высокоспециализированных прокариот, оптимально развивающихся при экстремальных значениях определенного фактора.

Контрольные вопросы

1. На какие физиологические группы по отношению к температуре делят микроорганизмы?

2. Приведите пример низкотемпературных и высокотемпературных мест обитания микроорганизмов.

3. Каков механизм действия на микроорганизмы высокой и низкой температуры?

4. Перечислите морфологические и биохимические особенности термофилов и психрофилов.

5. На какие группы по отношению к гидростатическому давлению делятся микроорганизмы?

6. Перечислите повреждения клеток микроорганизмов, вызываемые повышенным гидростатическим давлением.

7. Какое действие оказывают на микроорганизмы излучения с разной длиной волны?

8. Перечислите основные повреждения прокариотической клетки, вызываемые УФ-излучением, и механизмы их репарации.

9. Назовите основные механизмы повреждающего действия ионизирующего излучения на микроорганизмы.

10. Какие факторы влияют на чувствительность микроорганизмов к ультразвуку?

11. Какие микроорганизмы наиболее чувствительны к изменению напряжения магнитного поля?

12. Приведите пример природного местообитания микроорганизмов, в котором сочетаются экстремальные значения нескольких абиотических факторов.

ЧАСТЬ 2

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ И МЕТАБОЛИЗМ МИКРООРГАНИЗМОВ

Цель работы: изучить влияние температуры культивирования на рост и метаболизм микроорганизмов разных систематических групп.

Материалы и оборудование: пептонно-дрожжевой агар (ПДА), пептонно-дрожжевой бульон (ПДБ), стерильные чашки Петри, стерильные пробирки, стерильные пипетки на 1-2 и 5-10 мл, автоматический дозатор на 2-20 мкл, наконечники на 2-200 мкл, микробиологическая петля, стерильные шпильки, спиртовка, термостаты на 4, 10, 18, 28, 37, 42, 55 °С, вортекс, спектрофотометр или фотоколориметр.

Ход работы

1. Продукция красного пигмента (продигиозина) бактериями Serratia marcescens в зависимости от температуры культивирования. Все серрации хорошо растут при температуре 15-30 °С. На КА (кровяном агаре) при 37 °С S. marcescens образуют серовато-белые прозрачные S-колонии 1-2 мм в диаметре, колонии могут быть гладкими или мелкозернистыми. При комнатной температуре через 24-48 ч колонии серрации становятся красными. На скошенном агаре серрации образуют гладкий белый налёт. Поскольку большинство изолятов серрации не ферментирует лактозу, то на среде Плоскирева они образуют бесцветные колонии. S. marcescens резистентны к действию колистина и могут расти на средах с его включением. Культура серрации издаёт ароматный запах, напоминающий запах карамели. Биохимические свойства серрации представлены в табл. 18-1.

1) Культуру S. marcescens засевают в две пробирки со скошенным ПДА.

4) Результаты записывают в лабораторный журнал, делают вывод о влиянии температуры культивирования на продукцию продигиозина.

Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 549 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Как температура влияет на микроорганизмы

Жизнь организмов определяется температурой больше, чем каким-либо фактором внешней среды, в связи с тем, что все организмы построены из химических компонентов и все процессы жизни происходят на основе химических реакций, подчиненных законам термодинамики. Температура действует не только на скорость химических реакций, но также является причиной структурной перестройки протеинов, фазовых перемещений жиров, изменения структуры воды. Температурная амплитуда биохимической активности относительно мала в связи со специфическими свойствами биомолекул.
Витальная температурная зона, в пределах которой осуществляется активная жизнедеятельность микроорганизмов, за некоторым исключением, укладывается в рамки от 0 o до 50-60 o С. Нижняя граница активной жизнедеятельности микроорганизмов лимитируется, прежде всего, капельно-жидкой водой, постоянным потоком которой в клетке поддерживается трехмерность белковых молекул и других структурных носителей жизни и протекающие процессы ассимиляции и диссимиляции. Поэтому кристаллизация воды в омывающих жидкостях и клетках служит критическим порогом их жизни. Однако, если верхний порог витальной зоны, который определяется тепловой коагуляцией белков, довольно узок, то нижняя граница зоны жизнедеятельности более широка и «размыта», вследствие многих прямых и косвенных адаптаций к сохранению части воды в жидком состоянии, выработавшихся у организмов в процессе эволюции. Судя по многочисленным фактам выживания микроорганизмов после глубокого охлаждения, холод не нарушает органических соединений, и при нагревании микробные тела возвращаются к жизни.
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на мезофильные, психрофильные и термофильные (см.рис1). Деление бактерий на указанные группы довольно условно, так как температурные диапазоны их роста значительно перекрываются.

Термофилы и механизм термофилии.

Группу термофилов делят на 4 подгруппы:

Холодоустойчивость микроорганизмов

Источник

Влияние температуры на микроорганизмы

· Температураявляется важнейшим фактором внешней среды. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются, и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

· По отношению к температуре различают три группы микроорганизмов: психрофилы, мезофилы и термофилы.

· Термофилы (теплолюбивые) довольно широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в верхних слоях почвы, в горячих источниках, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

· Регулируя температуру, можно управлять жизнедеятельностью микроорганизмов. Действие высоких температур на микроорганизмы является губительным, и это явление используется при консервировании пищевых продуктов с целью уничтожения вызывающих их порчу микроорганизмов.

· К тепловым методам обработки пищевых продуктов относятся пастеризация и стерилизация.

· Пастеризация— это процесс уничтожения вегетативных клеток микроорганизмов путем нагревания продукта до 50-60 0 С в течение 15-30 мин или до 70-80 0 С в течение 5-10 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным нагреванием до 90-100 0 С.

· При пастеризации остаются жизнеспособными некоторые термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов.

· В тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания (витамины, антибиотики, белоксодержащие среды и др.), применяют методы «холодной стерилизации». Это обеспложивание субстратов с применением мембранных фильтров, обработка разных видов электромагнитных излучений и применение химических дезинфицирующих средств.

Источник