Материал по микробиологии. Теоретический материал по микробиологии. Микробиология пищевых производств

• Название: Микробиология пищевых производств
• Анкор: Материал по микробиологии
• Дата: 17.05.2022
• Размер: 0.61 Mb.
• Имя файла: Теоретический материал по микробиологии.doc
• Тип: Документы; #534866
• страница: 2 из 9

Вода

Вода – другое естественное место обитания микроорганизмов, где они могут находиться как в физиологически активном состоянии, так и в виде покоящихся форм. Органическое вещество может образовываться непосредственно в водоеме (автохтонное), а может попадать в водоем извне (аллохтонное). Водные микроорганизмы осуществляют в водоемах замкнутые циклы основных элементов, так как в микробных сообществах представлены и первичные продуценты органического вещества (эу- и прокариотические фотоавтотрофы и прокариоты-хемоавтотрофы), и консументы (простейшие), и деструкторы (большинство гетеротрофных прокариот и грибов). Водные микроорганизмы присутствуют как в планктоне, так и в бентосе, прикрепляясь к плавающим частицам и обитая в донных осадках.

Наиболее интересным открытием оказалось присутствие в морских местообитаниях большого количества вирусов и архей, причем около ⅓ пикопланктона (клетки <2 мкм) составляют археи, традиционно приписываемые к экстремальным местообитаниям. В морях обнаружен сверхвысокий уровень ультрамикробактерий (нанобактерий), в основном рода Sphingomonas, которые могут проходить через 0,2 мкм мембранный фильтр. Кроме того, что они обладают поразительной устойчивостью к голоданию, они так малы, что не поедаются даже нанофлагеллятами.

Водоем поделен на множество экологических ниш. В поверхностной зоне преобладают микроорганизмы, обладающие способностью находиться во взвешенном состоянии: клетки, имеющие жгутики, простеки, прикрепительные диски, газовые вакуоли, или организмы малых размеров. Доминирующими формами здесь являются олиготрофы и простекобактерии родов (Hyphomicrobium, Planctomyces, Blastobacter, Pasteuria, Caulobacter, Asticacaulis, Prosthecomicrobium, Seliberia, Prosthecochloris и др.) и оксигенные фотосинтетики (водоросли и цианобактерии). К типично планктонным бактериям относятся спириллы. Из способов метаболизма преобладают фототрофия, метилотрофия и нитрификация. Вся толща водной массы в зависимости от градиентов факторов поделена на ряд подзон: подзона фотосинтеза, подзоны продукции биомассы гетеротрофных и хемолитотрофных микроорганизмов, подзона деструкции органического вещества. В водоемах с повышенной соленостью наблюдается заметная первичная продукция органического вещества за счет хемоавтотрофии. Основная масса органического вещества (как синтезированного в водоеме, так и привнесенного извне) разлагается в аэробной водной толще (до 10 м глубины) и не достигает дна.

В поверхностном слое ила обитают прикрепленные или скользящие микроорганизмы. Анаэробный распад в приповерхностном слое донных осадков осуществляют клостридии и энтеробактерии. Нижние слои ила составляют сульфатредукторы и метаногены, завершающие анаэробную деструкцию упавших на дно растительных и животных остатков.

Микроорганизмы и атмосфера

Микробный метаболизм может приводить к образованию различных газов. Наиболее значимыми газообразными продуктами, достигающими атмосферы, являются молекулярный кислород, углекислый газ, сероводород, аммиак, метан, оксиды азота и серы. Накопление «отхода» оксигенного фотосинтеза цианобактерий – молекулярного кислорода, привело к кардинальным изменениям физико-химических условий жизни на нашей планете и превратило земную атмосферу из «восстановленной» в «окисленную». Микробная деструкция органического вещества, сульфатное и аэробное дыхания – это постоянные «поставщики» значительных количеств аммиака, сероводорода, углекислого газа и биогаза (метана в смеси с СО₂). Однако бόльшая их часть не попадает в атмосферу, поскольку перехватывается группами микроорганизмов бактериального газового фильтра (тионовыми, нитрифицирующими, метанотрофными). Относительно стабильные газы (СО₂, NO, N₂O и метан) могут накапливаться в атмосфере при нарушении баланса между их эмиссией и потреблением, в основном, за счет антропогенных факторов. Эти газы называют парниковыми газами, так как они отражают тепловые лучи, не позволяя теплу уходить от поверхности земли, и вызывают глобальное потепление. Значительное влияние на содержание разных газов в атмосфере оказывают многие почвенные микроорганизмы, разрушая такие атмосферные «загрязнители» как метан, водород, СО, бензол, трихлорэтилен, формальдегид. Из «экзотических» явлений можно отметить способность Pseudomonas syringae синтезировать белок, который служит ядром формирования льда на поверхности листьев и снега в грозовых тучах. Такой снегоформирующий почвенный микроорганизм может влиять на погоду в глобальном масштабе. Нарушение жизнедеятельности почвенных и водных микроорганизмов вследствие загрязнения или сельскохозяйственных работ может усиливать эмиссию парниковых газов. Так, при увеличении содержания аммония потребление метана метанотрофами, обитающими в почве и воде, снижается. Накопление метана и углекислого газа в атмосфере приводит к «парниковому эффекту».

3.2. Физиологические группы микроорганизмов по отношению к факторам внешней среды

Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, делят на три группы:

- физические (температура, влажность, осмотическое давление, различные формы лучистой энергии, ультразвук, механическое воздействие, токи высокой частоты);

- химические (реакция питательной среды, окислительно- восстановитель-ный потенциал, влияние антисептических веществ);

- биологические факторы (взаимоотношения микроорганизмов с другими организмами).

По отношению к температурному фактору микроорганизмы делят на три группы –психрофилы (холодолюбивые), мезофилы ( развивающиеся при средних температурах) и термофилы (теплолюбивые) Такое деление производят на основе оптимальной температуры развития.

Примерные границы температур для различных групп представлены в таблице 1.

 Таблица 1 Температуры для различных рупп микроорганизмов, °С

Микроорганизмы	Минимальная	Оптимальная	Максимальная
Психрофилы	-8-10	10-15	15-20
Мезофиллы	5-10	30-37	40-45
Термофилы	15-20	40-55	60-70

Вышеуказанные температурные границы приведены для размножения микроорганизмов. Для других процессов жизнедеятельности (спорообразование, образование токсинов, пигментов и др.) значение температур для тех же групп микроорганизмов могут быть иными.

Психрофилами - называют микроорганизмы, область температур роста которых лежит в пределах от 0 (или ниже) до 20 °С, хотя оптимум составляет 15°С. Психрофильные микроогранизмы являются обитателями холодных источников. Глубоких озер и океанов, хорошо развиваются на продуктах при холодильном хранении. Наиболее сильной устойчивостью к низким температурам обладают плесневые грибы и гнилостные бактерии (-3-9°С).

Мезофилы живут при средних температурах. Самая распространенная группа микроорганизмов (бактерии, плесневые грибы, дрожжи). Мезофиллами являются все патогенные и условно-патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитных.

Термофилы развиваются при высоких температурах. Они в большом количестве встречаются в почве, сточных водах и в навозе, в гейзерах, песках пустынь. Они участвуют в ряде биологических процессов: при самосогревании влажного сена и хлопка, силосовании кормов, вызывают порчу пастеризованных и стерилизованных продуктов. Знание отношения разных видов микробов к воздействию температур позволяет культивировать их в лабораториях на искусственных питательных средах. При этом учитывают значения оптимальных для каждого вида микробных клеток температурных режимов (в термостатах).

По величине минимальной потребности во влагедля роста различают следующие группы: гидрофиты (влаголюбивые), мезофиты (средневлаголюбивые), ксерофиты (сухолюбивые). Гидрофитами являются большинство бактерий, а мицелиальные грибы и дрожжи мезофиты, но имеются среди них и гидрофиты.

По отношению к концентрации солей в растворах микроорганизмы делятся на: - микроорганизмы, способные существовать в растворах с высокой концентрацией веществ, - осмофилы;

- микроорганизмы, которым необходимо повышенное содержание поваренной соли, - галофилы. Они подразделяются на несколько групп. Галотолерантные микроорганизмы (например, из рода Streptococcus) выдерживают до 10% (2,0 М) соли в среде, но предпочитают расти при низкой ее концентрации. Слабогалофильные представители, в частности из рода Vibriо, растут при содержании соли от 2 до 5% (0,2-0,5 М). Большинство морских обитателей относится к умеренным галофилам. Интервал солености для них составляет 5-15% (0,5-2,5 М) NaCl. Экстремальные галофилы (например, галоархеи) растут при содержании соли от 15% (2,5-5,2 М) и до насыщения.

- Негалофильные (пресноводные) микроорганизмы растут при содержании соли не более 0,01%, а более высокие концентрации подавляют их развитие.

В зависимости от отношения микрооргаизмов к кислотности среды их подразделяют на ацидофиллы (кислотолюбивые, рН = 0-5,5), нейтрофилы (нейтральная зона, рН = 5,5-7,5) и алкалофилы (щелочелюбивые, рН = 7,5-12,0). Микроорганизмы обладающие способностью выживать при значениях рН за пределами 4-9 рассматриваются как кислото - и щелочетолерантные.

Кислотолюбивые микроорганизмы, растущие при очень низком значении рН встречаются редко. К ацидофильным относятся уксуснокислые, молочнокислые, некоторые дрожжи и плесени. Уксуснокислые бактерии растут в пределах рН от 3 до 5, молочнокислые развиваются при рН от 3 до 8. Оптимум рН роста дрожжей находится в области 4,5- 6. Однако, некоторые из них способны развиваться в более кислой среде рН2. другие - в щелочной 8,5.

К самым устойчивым к кислой среде относятся плесневые грибы, многие из них характеризуются ацидотолерантностьюи способностью роста в широких пределах рН (от 2 до11).

Оптимальная рН для нейтральнофильных микроорганизмов находится в пределах 7,0. Типичными представителями нейтрофилов являются бактерии группы кишечных палочек (БГКП), стрептококки, бациллы, сальмонеллы и большинство других патогенных микроорганизмов.

К алкалофилам относят некоторые виды бактерий и мицеллиальных грибов. Клубеньковые бактерии рода Ризобиум (Rhizobium) активено развиваются при рН 10-12. Бациллюс цереус (Bacillus cereus) и Бациллус циркулянс (Bacillus circulans) способны развиваться при рН 10-11. Энтерококки также толерантны к щелочной среде.
По отношению к окислительно-восстановительным условиям среды микроорганизмы разделяют на четыре основные группы: облигатные аэробы, облигатные и факультативные - анаэробы и микроаэрофилы. Облигатные анаэробы развиваются при низком значении Еh (0-14), факультативные анаэробы при Еh (0-30), аэробные микроорганизмы Еh (11-35), микроаэрофилы- Еh (10-20).
3.3. Действие биотических и абиотических факторов окружающей среды на микроорганизмы.

Совокупность физико-химических условий окружающей среды составляют абиотические факторы. Жизнедеятельность любого организма возможна в определенном интервале значений каждого фактора. Этот интервал, крайние значения которого являются пределами толерантности организма, условно делят на три области. Зоной лимитирования называют область, в которой низкие значения фактора ограничивают жизнедеятельность. Оптимальная зона – это область значений, в которой жизненные показатели организма наилучшие и практически не меняются. Область избыточных значений фактора, где жизнедеятельность организма подавляется, носит название зоны ингибирования.

Обычными, или нормальными считают повсеместно распространенные условия существования. Условия, отличающиеся от нормальных крайними значениями одного или нескольких факторов, называют экстремальными, а организмы, живущие в таких условиях, - экстремофилами.

Основными абиотическими факторами для микроорганизмов являются активность воды, рН, температура, гидростатическое давление, электромагнитные излучения, наличие кислорода. Группы микроорганизмов, характеризующиеся широкими пределами толерантности, широко распространены и способны переносить значительные колебания фактора. В то же время, есть виды, приспособившиеся в процессе эволюции к существованию в специфических местообитаниях. Это высокоспециализированные группы микроорганизмов, для которых характерны узкие интервалы изменения фактора. Следует помнить, что в природе микроорганизмы испытывают на себе влияние не одного, а множества факторов сразу, поэтому необходимо учитывать их взаимодействие друг с другом.