ВЛИЯНИЕ РЕАКЦИИ СРЕДЫ
Степень кислотности и щелочности среды оказывает большое влияние на развитие микробов и является одним из основных факторов, определяющих микробиологический состав различных субстратов.
Для каждой физиологической группы микроорганизмов существуют определенные оптимальные пределы кислотности (табл. 2), выше и ниже которых задерживается развитие, а иногда наступает и гибель микробов.
Таблица 2
Как видно из приведенных данных, для большинства бактерий наиболее благоприятной является нейтральная или слабощелочная среда, для плесневых грибов и дрожжей — кислая.
Для гнилостных бактерий наиболее губительна кислая среда. Более выносливыми являются те виды, которые продуцируют кислоты в процессе жизнедеятельности, например молочнокислые, уксуснокислые. Поскольку они всегда повышают кислотность среды, у них выработалась определенная устойчивость в этом отношении.
Зная, как реагируют те или иные микробы на присутствие кислот, можно регулировать процессы их жизнедеятельности, меняя кислотность среды, и получать различные вещества, используя одни и те же микробы. Так, при спиртовом брожении одни и те же дрожжи обеспечивают в кислой среде большой выход спирта и малое количество глицерина, а в щелочной — количество спирта уменьшается, но в 10 раз увеличивается выход глицерина. Маслянокислые бактерии в нейтральной среде сбраживают сахара с образованием главным образом масляной кислоты; в кислых средах основными продуктами брожения являются бутиловый спирт и ацетон.
Влияние кислотиости на микроорганизмы широко используется при переработке и хранении пищевых товаров. Так, подавляющее действие кислот на гнилостные микроорганизмы положено в основу квашения овощей. Молочнокислые бактерии, развиваясь в них, образуют молочную кислоту и тем самым препятствуют развитию процессов гниения. На этом же принципе основано получение кисломолочных продуктов.
Иногда кислотообразующие бактерии культивируются не в продукте, а на специальных субстратах, из которых выделяют образовавшиеся кислоты. Затем их вводят в другие продукты, придавая им стойкость и некоторые новые свойства. Такими товарами являются, например, различные маринады, приготовленные с использованием уксусной кислоты.
Тормозящее влияние кислой среды на развитие микроорганизмов объясняется тем, что экзоферменты микробов в кислой среде оказываются малоактивными. Проникая из окружающей среды в цитоплазму микробных клеток, кислоты меняют направление и активность биохимических процессов, влияя также и на эндоферменты. Некоторые кислоты (уксусная, масляная и др.) не только смещают активную кислотность, но и оказывают специфическое угнетающее действие на микроорганизмы.
ВЛИЯНИЕ ЯДОВИТЫХ ВЕЩЕСТВ
Многие химические соединения являются ядовитыми для микробов, например, спирты, эфиры, фенол, формалин, хлор, соли тяжелых металлов, сернистый газ, углекислота, бензойная, салициловая, сорбиновая кислоты и др. Такие вещества применяются для уничтожения микробов и называются антисептиками, или дезинфицирующими. При небольших концентрациях эти вещества препятствуют развитию микроорганизмов, а в больших дозах вызывают их гибель.
В связи с тем что большинство антисептических веществ в определенной степени ядовито для человека, а некоторые из них придают продуктам неприятные вкус и запах, применение их для обработки пищевых товаров ограничено. Несколько шире их используют для защитной обработки тканей, дезинфекции оборудования, помещений, отработанных промышленных вод, питьевой воды.
Хлор оказывает очень сильное бактерицидное действие на микроорганизмы. Широко используется для обработки питьевой воды из расчета 0,3—1 мг активного хлора на литр воды. В виде хлорного молока (взвесь 10–20%–ной хлорной извести) применяется для дезинфекции помещений, выгребных ям.
Формалин является активным, убивающим бактерии средством. Летучесть позволяет широко применять этот препарат для уничтожения микроорганизмов на разнообразных предметах быта; 4%–ный раствор формалина может заменять обычно применяемые растворы сулемы и карболовой кислоты.
Действенность дезинфекции, т. е. достижение антисептического эффекта, зависит не только от концентрации антисептического вещества, но и от его температуры. С повышением температуры активность химического вещества, как правило, возрастает, с понижением — падает.
Для обработки пищевых продуктов применяются в основном сорбиновая, бензойная и салициловая кислоты, спирт этиловый.
Сорбиновая кислота получается из ягод рябины или химическим путем. В 0,05–0,1%–ной концентрации она широко применяется для консервирования соков, томатопродуктов, квашеных и соленых овощей и других плодово–ягодных продуктов. Действие ее сказывается на плесневых грибах, дрожжах и в меньшей мере на бактериальной флоре.
Бензойная кислота, содержащаяся в небольшом количестве в оболочках некоторых сортов ягод, например брусники и клюквы, предохраняет их от микробной порчи при хранении в естественных условиях. Будучи добавленной в виде натриевой соли в рыбные и мясные изделия, она сильно замедляет их микробиальную порчу.
Салициловая кислота подавляет развитие главным образом плесневых грибов.
Спирты, особенно этиловый, оказывают губительное действие на многие микроорганизмы. Этиловый спирт более губителен в разведенном состоянии (50–70%). Спиртовые настойки и жидкие экстракты плодов и ягод являются более стойкими, обычно не поддающимися микробной порче, тогда как водные экстракты быстро разрушаются микроорганизмами. Однако устойчивость различных микробов к спирту неодинакова. Так, 70–90%–ный спирт в несколько минут убивает неспоровые микробы, на споры же спирт действует слабо.
Губительное действие на микроорганизмы оказывают некоторые металлы — серебро, медь, золото и др. В присутствии ничтожного их количества в растворах микроорганизмы не развиваются. Эффект действия заметнее в средах с малым содержанием белков — питьевой воде, фруктовых соках. Некоторое практическое применение находят соли серебра для обеззараживания питьевой воды. С этой целью для индивидуального использования применяют препараты посеребренного песка.
В незначительных количествах для защиты пищевых товаров от микробов применяют уротропин, борную кислоту, буру.
Споры бактерий обладают сравнительно высокой устойчивостью к действию антисептических веществ, что объясняется наличием у них плотной оболочки и слабой способностью цитоплазмы, состоящей из обезвоженных коллоидов, вступать в реакцию с другими веществами. Гибель спор возбудителя сибирской язвы наступает, например, в 5%–ном растворе фенола (карболки) лишь через 14–40 суток.
Из неспорообразующих микробов наиболее устойчивы к химическим веществам туберкулезная палочка и стафилококки.
К летучим антисептикам относятся сернистый газ (применяется для консервирования фруктов и фруктовых заготовок) и углекислый газ. Однако даже после продолжительной выдержки, тепловой обработки и хранения в продуктах сохраняются остаточные количества сернистого газа.
Углекислый газ в отличие от сернистого абсолютно безвреден при введении в пищевые продукты, обладает способностью быстро и полностью удаляться из них после извлечения товаров из камеры хранения. Находясь в атмосфере в Количестве 20–30%, углекислый газ значительно замедляет жизнедеятельность большинства микробов, а 60–80%–ные и большие концентрации его практически прекращают их развитие. Особенно эффективно воздействие СО2 при одновременном охлаждении продуктов. При понижении температуры примерно до 0–7° С и концентрации СО2 в атмосфере около 50% развитие почти всех микроорганизмов замедляется в 2–4 раза и соответственно увеличивается срок хранения пищевых товаров. Углекислый газ обладает свойством легко проникать через различные материалы, поэтому подавляет развитие микробов не только на поверхности, но и в толще продуктов (в фарше, колбасах и др.).
Ограниченное применение СО2 объясняется главным образом отсутствием подходящей тары (легкой, герметично укупоривающейся, непроницаемой для СО2). Опытами установлено, что такой тарой могут служить пакеты и мешки из полиэтилен–целлофана, сарана и других полимерных пленок.
Углекислотное хранение в пленочных контейнерах широко применяется для плодов.
При квашении овощей по современной технологии, с применением герметизации в пленочных вкладышах, накапливающийся под пленкой углекислый газ является дополнительным фактором консервирования, действующим наряду с молочной кислотой. Концентрация его над поверхностью квашеных овощей может достигать 94%. Наличие углекислого газа под пленкой полностью предупреждает развитие вредной микрофлоры в поверхностном слое, улучшает гигиеническое состояние продукта, снижает потери в виде «овершья» до минимума.
Углекислый газ при его промышленном получении дешев, недефицитен, практически безопасен в обращении. Широкое использование его в целях подавления развитой вредной микрофлоры при хранении — дело недалекой перспективы.
На антисептических свойствах дыма, получаемого при сжигании древесины некоторых пород, основано копчение рыбных и мясных продуктов. Содержащиеся в дыме альдегиды, кетоны, фенолы, спирты, смолы, кислоты и другие вещества оказывают бактерицидное действие на микроорганизмы. Это действие коптильных веществ сохраняется продолжительное время после копчения. Оно усиливается влиянием высокой температуры при копчении, частичным обезвоживанием продукта, действием поваренной соли.
Механизм губительного действия ядовитых веществ на микробную клетку разнообразен. При действии химических веществ в первую очередь значительным изменениям подвергаются белки цитоплазмы. Кислоты и щелочи могут способствовать расщеплению их на простые соединения. Соли тяжелых металлов, спирты вызывают коагуляцию белков. Альдегиды и кетоны, вступая в химические взаимодействия с аминогруппами аминокислот, блокируют их. Спирт и щелочи также могут растворять липиды клеточной мембраны. Хлор, озон, марганцевокислый калий и перекись водорода являются окислителями. Механизм действия серебра, марганца и других металлов связан в основном с нарушением окислительных процессов в клетке.