Влажность среды
Она играет важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. В клетках микроорганизмов содержится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому развитие и размножение микроорганизмов возможно только в среде, содержащей достаточное количество влаги.
Уменьшение влажности среды приводит сначала к замедлению размножения микробов, а затем к его полному прекращению.
Развитие бактерий останавливается при влажности среды, равной примерно 25%, а плесеней – около 15%.
В высушенном состоянии микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. Особенно устойчивы к высушиванию споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы.
На высушенных средах микроорганизмы не проявляют своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пищевых продуктов методом высушивания. Сушке подвергают плоды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д.
При увлажнении высушенных продуктов они подвергаются быстрой порче вследствие бурного развития на них сохранивших жизнеспособность микроорганизмов. Сушеные продукты обладают способностью воспринимать влагу из окружающего воздуха, поэтому при их хранении надо следить, чтобы относительная влажность воздуха не превышала определенной величины.
Под относительной влажностью воздуха понимается выраженное в процентах отношение фактического количества влаги в воздухе к тому количеству, которое полностью насыщает воздух при данной температуре. Развитие плесневых грибов на сушеных продуктах становится возможным, если относительная влажность воздуха превышает 75-80%.
Осмотическое давление.
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. Например, в воде пресных водоемов осмотическое давление значительно ниже, чем в соленых и т.п.
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 Aspergillus) оно достигает 20-25 МПа.
Осмотическое давление внутри клетки микроорганизма несколько выше, чем во внешней среде. Это является условием нормальной жизнедеятельности организмов. 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 (особенно NaCl). Микроорганизмы, которые растут в таких средах, называют галофилами.
Большинство микроорганизмов обладают слабой устойчивостью к повышенному (свыше 5%) содержанию соли в среде. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при концентрации NaCl 1-3%.
Концентрация соли, необходимая для подавления развития микроорганизмов, изменяется в зависимости от других условий среды, в частности от ее реакции (pH). Развитие дрожжей в соленых продуктах подавляется в кислой среде при содержании соли 14%, а в нейтральной - только при 20%. Имеет значение и температура. При понижении температуры угнетающее влияние соли усиливается. Например, для угнетения роста мицелиальных грибов при температуре 00С достаточно 8% соли, а при 200С необходимо 12%. Имеются сведения об усилении действия NaCl в присутствии других соединений, в частности нитратов и нитритов.
Подавляющее воздействие соли на рост микроорганизмов обусловлено не только повышением осмотического давления. При высоких концентрациях в субстрате поваренная соль оказывает токсическое действие на микроорганизмы: подавляются процессы дыхания, нарушаются функции клеточных мембран и др.
Неспособность большинства микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей или сахара успешно используется в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов.
Гидростатическое давление.
Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гид-
ростатического давления. Повышение давления до некоторого пре-
дела не сказывается на скорости роста обычных наземных бакте-
рий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту
и делению. Жизнедеятельность некоторых бактерий угнетена уже
при 100 атм, но повышение давления до 200 атм даже несколько
стимулирует рост E. co�i. При давлении в 1000 атм за 48 ч погибало
�0 % клеток E. co�i. к повышению давления чувствителен процесс
регуляции на уровне транскрипции.
Половина поверхности земли находится в океане на глубине
3000 – 6000 м, где давление соответственно около 300 – 600 атм, а
примерно 1 % земли – глубже 6000 м, где давление может достигать
1100 атм. Среди бактерий, выделенных из глубин океана, имеются
баротолерантные, которые способны развиваться как при обычном
атмосферном – около 1 атм, так и при повышенном – 500 – 600 атм –
давлении. Экстремально баротолерантные бактерии хорошо рас-
тут при давлении выше 600 атм.
Барофильные бактерии развиваются лучше при давлении бо-
лее высоком, чем давление на земной поверхности, причем опти-
мальные значения давления для разных штаммов неодинаковы.
Снижение давления приводит к замедлению роста таких штаммов
и нарушению процессов деления. Облигатно барофильные бакте-
рии не способны развиваться при давлении в 1 атм. Такие бактерии,
например, были выделены из образцов, взятых на дне марианской
впадины в Тихом океане. При давлении 1 атм за 5 ч отмечена гибель
�0 % клеток облигатно барофильной бактерии. Верхняя предельная
величина для жизни бактерий пока не известна.
Баротолерантные и барофильные бактерии обычно псих-
рофильны, так как температура в глубинах океана низка. Повы-
шение давления, так же, как и понижение температуры, снижает
текучесть липидного бислоя мембран. У глубоководных бакте-
рий сохранение оптимальной текучести мембран обеспечивается
своеобразным жирокислотным составом их липидов. Эти липиды
характеризуются значительным содержанием (до 20 %) длинноце-
почечных полиненасыщенных жирных кислот, причем при повы-
шении давления содержание этих кислот возрастает. Полиеновые
кислоты имеют относительно низкую температуру плавления и
не замерзают при значительном повышении давления. В соста-
ве мембран большинства изученных бактерий подобные жирные
кислоты не встречаются.