Сущность и практическое значение методов обработки: пастеризация и стерилизация; свет, радиоактивное излучение; ультразвук; антибиотики и фитонциды
Сущность и практическое значение методов обработки: пастеризация и стерилизация; свет, радиоактивное излучение; ультразвук; антибиотики и фитонциды
Освобождение какого-либо материала от живых микроорганизмов или их покоящихся форм называют обеспложиванием или стерилизацией. От стерилизации следует отличать частичное обеспложивание (пастеризацию), а также консервирование. Если стерильная среда или микробная культура загрязняется случайно попавшими в нее микроорганизмами, то говорят о контаминации, или загрязнении. Такие понятия, как дезинфекция (уничтожение всех патогенных микроорганизмов), асептика и антисептика, а также инфекция, употребляются главным образом в гигиене, а не в микробиологии.
Микроорганизмы проявляют разную чувствительность к средствам, применяемым для их уничтожения. Существуют видовые различия в чувствительности, а также различия, зависящие от влажности и рН среды, от возраста вегетативных клеток или спор и т.д. Эффективность различных агентов, применяемых для уничтожения микроорганизмов, характеризуют величиной D10 (время, необходимое для того, чтобы в определенной популяции при определенных условиях среды вызвать гибель 90% клеток).
Стерилизация
Стерилизация - это нагревание при температурах, которые в течение определенного времени вызывают гибель вегетативных клеток микроорганизмов и их спор. Стерилизуют различные баночные консервы, многие предметы и материалы, используемые в медицинской и микробиологической практике. Процесс проводят при температурах 112-125 °C в течение 20-60 минут в специальных приборах - автоклавах (перегретым паром под давлением) или при 160-180 °C в течение 1-2 часов в сушильных шкафах (сухим горячим воздухом).
Полная или частичная стерилизация осуществляется с помощью влажного жара, сухого жара, фильтрации, облучения или различных химических средств.
Влажный жар
Вегетативные клетки большинства бактерий и грибов гибнут через 5-10 мин уже при температуре около 60°С, споры дрожжей и мицелиальных грибов - лишь при температурах выше 80°С, а споры бактерий - выше 120°С (15 минут). Окончательный результат стерилизации зависит также от степени загрязнения обрабатываемого материала, то есть, например, от числа терморезистентных спор: чем их больше, тем длительнее должен быть нагрев. Для достижения температур выше точки кипения воды пользуются автоклавом. Температура насыщенного пара зависит от давления. При доступе воздуха определенному давлению соответствует значительно более низкая температура. Поскольку гибель микроорганизмов под действием влажного жара зависит от температуры, а не от давления, необходимо закрывать автоклав лишь после того, как воздух будет из него вытеснен водяным паром. Воздух удаляется вместе с выходящим паром или в результате отсасывания. При автоклавировании следует измерять температуру, а не давление, хотя по соображениям простоты и безопасности обычно все еще измеряют давление. Продолжительность стерилизации, естественно, зависит от объема (теплоемкости) сосудов, в которых ее проводят.
Нередко удается достичь того же эффекта тиндализацией. Тиндализация - способ стерилизации <#"justify">Поведение бактерий при пастеризации
Мезофильные молочнокислые бактерии в процессе пастеризации в основном погибают. Термофильные молочнокислые стрептококки и энтерококки сохраняются в молоке после пастеризации в довольно значительном количестве. Однако их биологическая активность в процессе хранения молока при температурах ниже 8°С сравнительно низкая, и они не оказывают влияния на качество охлажденного пастеризованного молока. Термоустойчивые молочнокислые палочки также выдерживают принятые режимы пастеризации. Однако при низких температурах хранения молока они не развиваются. Их роль особенно велика в производстве кисломолочных продуктов, где повышенные температуры сквашивания и присутствие молочнокислых стрептококков стимулируют их развитие. Психротрофные бактерии в процессе пастеризации в основном погибают, хотя отдельные клетки более термоустойчивых видов могут выдерживать кратковременную пастеризацию при температурах 71-72°С-и даже 75-77°С. Эффективность пастеризации зависит от того, какие виды микроорганизмов преобладают в сыром молоке. Этот фактор, в свою очередь, определяется условиями хранения сырого молока до пастеризации. Если молоко охлаждают до температуры 0-3°С сразу после доения и хранят при этой температуре до переработки, в нем развивается преимущественно психротрофная микрофлора. Психротрофы обладают низкой термоустойчивостью, поэтому эффективность пастеризации глубоко охлажденного молока высокая (до 99,9%). Развиваясь в сыром молоке, психротрофы могут вырабатывать термостойкие липады и протеазы, не разрушающиеся при термической обработке, которые могут оказывать отрицательное влияние на качество стерилизованного молока и молочных консервов. Если молоко хранится при температурах выше 8-10°С, в нем преобладают термостойкие бактерии (энтерококки, термофильные стрептококки и др.), достигающие 50% и выше от общего количества микроорганизмов. В результате эффективность пастеризации молока бывает ниже 98%.
Ультрапастеризация- процесс термической обработки с целью продлить срок годности продукта питания.
Такой обработке обычно подвергается сырое молоко <#"justify">üконтакт с нагретой поверхностью при температуре от 125-140 °C;
üпрямое смешивание стерильного пара при температуре от 135-140 °C.
В англоязычной литературе этот метод пастеризации называется UHT - Ultra-high temperature processing, в русскоязычной литературе применяют термин "асептическая пастеризация".
Свет
Прямое влияние солнечной энергии связано с воздействием излучения на протоплазму микробных клеток, а косвенное - с химическими изменениями питательного субстрата, находящегося в самой клетке. Наиболее сильным влиянием обладают световые лучи с короткой длиной волны и резко выраженным фотохимическим действием (ультрафиолетовая часть солнечного излучения с длиной волны 0,200-0,300 мкм).
Свет необходим только для фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Однако развитие многих мицелиальных грибов при постоянном отсутствии света протекает ненормально: хорошо развивается только мицелий, а спорообразование тормозится. Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.
Инфракрасные лучи имеют сравнительно большую длину волны. Энергия этих излучений недостаточна, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их веществах. В основном она превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на микроорганизмы при термической обработке продуктов ИК - излучениями.
Гибель микроорганизмов может быть следствием как непосредственного воздействия УФ - лучей на клетки, так и неблагоприятного для них изменения облученного субстрата.
УФ-лучи инактивируют ферменты, которые адсорбируются важнейшими веществами клетки (белками, нуклеиновыми кислотами) и вызывают изменения или повреждения их молекул. В облучаемой среде могут образоваться вещества (пероксид водорода, озон и др.), губительно действующие на микроорганизмы.
Опыт Бухнера показывает, насколько УФ-лучи губительно действуют на клетки: чашку Петри с плотной средой засевают сплошным газоном. Часть посева накрывают бумагой, и ставят чашку Петри на солнце, а затем через некоторое время ее ставят в термостат. Прорастают только те микроорганизмы, которые находились под бумагой. Поэтому значение солнечного света для оздоровления окружающей среды очень велико.
Радиоактивное излучение
Α-лучи, β- лучи и γ-лучи обладают высокой энергией, в связи с чем химически и биологически чрезвычайно активны.
Особенность радиоактивных излучений- их способность вызывать онзаиютоов и молекул, которая сопровождается разрушением молекулярных структур.
Микроорганизмы радиоактивно значительно более устойчивы, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений.
Эффективность действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения и многих других факторов. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы. Они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели. При дозе ниже смертельной может восстановиться нормальная жизнедеятельность облученных клеток.
Радиоустойчивость различных видов и даже штаммов неодинакова чувствительностью. Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей, многие бактерии рода Pseudomonas - распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью. Весьма радиоустойчивы споры бактерий и грибов. Высока радиоустойчивость вирусов.
В нашей стране и во многих других проведены и продолжают проводиться исследования возможности радиационной обработки пищевых продуктов в целях предотвращения быстрой микробной порчи их. Наиболее приемлемы для этих целей γ-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызывающие при облучении появления в продукте «наведенной» радиации.
При обработке пищевых продуктов радиобиологический эффект зависит от состава микрофлоры, её численности, химического состава и агрегатного состояния продукта, поглощенной дозы и мощности дозы.
Применительно к радиационной обработке пищевых продуктов предложены специальные термины: радисидация, радуризация и радаппертизация. Радисидация - это обработка пищевых продуктов в дозах, достаточных для гибели патогенных для человека микроорганизмов. Радуризация снижает численность микроорганизмов, вызывающих порчу и потерю массы пищевых продуктов. Радаппертизация осуществляется для промышленной стерилизации пищевых продуктов в условиях, исключающих повторное инфицирование микроорганизмами.
Ультразвук
консервирование плод стерилизация пастеризация
Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.
Ультразвуковыми колебаниями называют механические колебания с частотами более 20 000 колебаний в секунду. Колебания такой частоты находятся за пределами слышимости человеческого уха. С помощью ультразвука можно вызвать распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, инактивацию ферментов и токсинов, разрушить полностью или частично много- и одноклеточные организмы, в том числе и микроорганизмы. Эффективность действия зависит от природы организмов, интенсивности ультразвуковой энергии и частоты колебаний.
Различные микроорганизмы обладают неодинаковой чувствительностью к воздействию ультразвука. Бактерии более чувствительны, чем дрожжи; при этом кокковидные бактерии более стойки, чем палочковидные. Споры бактерий значительно выносливее вегетативных клеток. Дикие дрожжи более резистентны, чем культурные.
Природа бактерицидного действия ультразвука в полной мере еще не раскрыта. Основной причиной является, по-видимому, кавитационный эффект. При распространении УЗ-волн в жидкости происходит быстрочередующееся разрежение и сжатие частиц жидкости. При разрежении в среде образуются мельчайшие полые пространства - «пузырьки», заполняющиеся парами окружающей жидкости и газами. При сжатии, в момент захлопывания кавитационных «пузырьков», возникает мощная гидравлическая ударная волна, оказывающая разрушительное действие. Гибель микроорганизмов завит, очевидно, не только от механического, но и от электрохимического действия УЗ-энергии. В водной среде происходят ионизация молекул воды и активация растворенного в ней кислорода. При этом образуются вещества, обладающие большой реакционной способностью, которые и обуславливают возникновение ряда химических процессов, неблагоприятно действующих на живые организмы.
Антибиотики
Антибиотики это продукты жизнедеятельности бактерий, актиномицетов и плесневых грибов - низших растительных организмов. Синтезированные одними микроорганизмами, они являются губительными и действуют угнетающе на другие виды микробов. Химический состав многих антибиотиков выяснен учёными, и в настоящее время растёт промышленное производство лекарственных препаратов путём синтеза их характерными микроорганизмами в специальных условиях.
Действие различных антибиотиков на микроорганизмы избирательно, не одинаково. Так, некоторые из них направлены против развития грибов, некоторые - подавляют рост бактерий. Те, которые задерживают или приостанавливают рост микроорганизмов, действуют бактериостатически. Антибиотики, приводящие к гибели микроорганизмов, разрушению их клетки изнутри, имеют бактерицидное действие. Некоторые антибиотики способны растворять клетку микроба, это явление носит название бактериолизис.
Антибиотики не воздействуют на вирусы <#"justify">·бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться),
·бактериолитические (бактерии погибают, и разрушаются бактериальные клеточные стенки).
Активность антибиотиков очень высока, она в десятки тысяч раз превышает активность сильнодействующих антисептиков. Поэтому антимикробное действие проявляется при чрезвычайно малых их консистенциях.
Некоторые антибиотики нарушают генетический аппарат клетки и другие клеточные структуры; подавляют синтез белков, нуклеиновых кислот и веществ клеточной стенки. Эффективность действия антибиотиков может изменяться в зависимости от их концентрации, температуры, состава среды и других факторов.
Со временем микроорганизмы адаптируются к антибиотикам, в результате чего возникают нечувствительные (устойчивые) к ним формы.
Называют антибиотики обычно по видовому или родовому названию выделяющего их микроорганизма или по характеру действия. Например, пенициллин именуется по родовому названию его продуцента - гриба пеницилла Penicillium; антибиотик грамицидин назван так потому, что воздействует преимущественно на грамположительные бактерии.
Первым антибиотиком, применимым для лечения человека, оказался плесневой гриб Penicillinum, открытый в 1929 году английским учёным Александром Флемингом в лаборатории лондонской больницы св. Марии. Учёный, находясь в поиске средства для уничтожения кокков, обнаружил случайное заражение плесенью агаров с посевами кокков (агар-агар - желеобразная масса для культивирования бактерий, полисахарид, полученный из морских водорослей). В чашках с питательными средами для бактерий оказались заплесневелые участки, в которых колонии бактерий прекратили своё развитие.
В относительно чистом виде кристаллический пенициллин извлекли в 1939 году англичане химики - бактериологи Хоуард Флори и Эрнест Чейн. В 1941 была сделана первая инъекция человеку. В Советском Союзе в 1943 году лекарственное сырьё пенициллина удалось получить З.В. Ермольевой.
Используют антибиотики и в сельском хозяйстве для борьбы с возбудителями заболеваний растений. Применяют их также в качестве стимуляторов роста растений и животных. Добавление небольших количеств антибиотика, например биомицина, в пищевой рацион молодняка птиц и домашних животных способствует ускорению их роста и снижению заболеваемости.
Многими исследователями показана эффективность применения антибиотиков для задержки микробной порчи скоропортящихся пищевых продуктов, особенно в сочетании с действием холода.
В некоторых странах разрешено использование антибиотиков для обработки сырых продуктов (мяса, птицы, рыбы), которые затем сохраняются на холоде. Допустимое содержание антибиотика в продукте строго регламентируется и, кроме того, требуется, чтобы в процессе обычной тепловой кулинарной обработки он полностью разрушался.
Для консервирования пищевых продуктов целесообразно иметь специальные, не применяемые в медицине антибиотики. Таким антибиотиком является, например, вырабатываемый некоторыми молочнокислыми стрептококками низин. Он ингибирует рост многих стафилококков и стрептококков, задерживает прорастание спор анаэробных термостойких бактерий. Применяют низин также при приготовлении сгущенного молока, плавленых сыров, икры.
Для обработки плодов и овощей, закладываемых на длительное хранение, предложено использовать трихотецин. Этот антибиотик немедицинского назначения, вырабатываемый грибом Trichothecium roseum, обладает высоким противогрибковым действием и уже применяется в стране для борьбы с болезнями овощных и плодовых культур при выращивании.
Фитонциды
Фитонциды - образуемые растениями <#"justify">Фитонциды чрезвычайно разнообразны по своей химической природе. Обычно это комплекс соединений - гликозидов, терпеноидов, дубильных веществ и др., т. н. вторичных метаболитов, не относящихся к основным классам природных соединений - белкам, углеводам и жирам
Одна из важнейших особенностей фитонцидов - специфичность их действия. Даже в микроскопических дозах они могут задерживать рост и размножение одних микроорганизмов, стимулировать рост других и играть существенную роль в регулировании состава микрофлоры воздуха, почвы и воды.
Различают летучие фракции фитонцидов, выделяемые надземными частями растений в атмосферу, подземными частями - в почву, а водными растениями - в воду, и нелетучие - биологически активные вещества различной природы, находящиеся во внутритканевом соке растений.
Летучие фракции лавровишни и почек черемухи содержат синильную кислоту, листья черемухи содержат цианосодержащие гликозиды. Синильная кислота отщепляется при гидролизе гликозидов и входит в состав летучих фракций фитонцидов черемухи. Водорастворимые фракции почвенных таких растений, как лиственица, береза бородавчатая, вяз, липа мелколистная, клен остролистный, ясень обыкновенный, характеризуются наличием фенольных соединений и органических кислот. Устойчивость капусты к микробам связывают с наличием горчичных масел. Пропионовый альдегид обнаружен в луке и яблоках. В 70% растений, обладающих фитонцидным действием, содержатся алкалоиды растительного происхождения - азоторганические вещества. К фитонцидам растений относят эфирные масла, красящие вещества (пигменты) и другие.
Содержащиеся в клеточном соке и цитоплазме растений, фитонциды находятся в растворённом в воде состоянии, однако достаточно летучи и легко выделяются в воздух. Данная особенность доказывается при воспоминании о луке или чесноке, хрене или горчице, лимоне, мандарине, черёмухе и многих других растениях. Один простой эксперимент поражает результатами: бактерии, вызывающие заболевание холерой, поднесённые к приготовленной кашице из свежего чеснока, гибнут через 2 минуты.
Фитонцидами против бактерий богаты: хвоя многолетней пихты и молодой поросли сосны, кора поросли ели, отвар корней осенней кровохлебки, змееголовник, иссоп, полынь, душица, хрен, редька, а также соки винограда, ежевики, клюквы, клубники, земляники, черной смородины. Чеснок и лук обладают противотифозными и антидифтерийными фитонцидами.
Фитонциды, поражающие одноклеточных паразитов, содержат: листья черемухи, тополя серебристого, березы и можжевельника, корень дикого пиона, ткани репейника, листья томатов, сок лука и чеснока. Летучие фитонциды листьев и кожуры цитрусовых (апельсинового, мандаринового и лимонного деревьев) обладают мощным протистоцидным действием. Отмечено разное действие на различных простейших в то или иное время года. Например, весной и в начале лета листья тополя более активны. Фитонциды осенних почек черемухи против простейших сильнее фитонцидов желтых листьев примерно в 12 раз. Сок старого дуба более активен, чем молодого дерева. Фитонцидная активность дерева еще более усиливается на месте его ранения.
Список используемой литературы
1.Товароведение и экспертиза продовольственных товаров: Учебник / Под ред. проф. Л. Г. Елисеевой. - М.: МЦФЭР <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%A6%D0%A4%D0%AD%D0%A0>, 2009.
.Микробиология, санитария и гигиена: учебник. - 4-е изд., испр. и доп. - М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2009.
.Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии: учеб.пос. / Н.В. Прозоркина, Л.А. Рубашкина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2010.
.<http://microbiologu.ru/obschaya-mikrobiologiya/rost-mikroorganizmov/metodyi-sterilizatsii.html>
.http://www.fitocomplex.ru/47.html