ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

В целом микробы лучше приспособлены к колебаниям температуры, чем другие организмы. Они могут развиваться при температурах от –8 до 70° С. Для большинства микробов–сапрофитов благоприятными являются температуры от 15 до 35° С. Для каждой физиологической группы микроорганизмов обычно различают три основных температуры: оптимальную, при которой данный вид наиболее активно проявляет свою жизнедеятельность; максимальную, при которой микробы развиваются, хотя и слабо, выше этой температуры жизнь данного вида прекращается; минимальную, ниже которой микроорганизмы не развиваются.

Интервалы температуры между максимальными и минимальными значениями у разных микроорганизмов неодинаковы. Например, пределы развития сенной палочки от 3 до 52° С, т. е. интервал составляет почти пятьдесят градусов, тогда как у других он равен всего 1–2°С (менингококки).

В зависимости от оптимальной температуры развития микробы подразделяются на группы.

Психрофилы, или холодолюбивые, минимальная температура развития которых 0–2° С, а некоторых даже –8° С, максимальная 25–35° С, оптимальная 15–20° С. Однако они хорошо размножаются и при температурах, значительно ниже оптимальной. К этой группе относятся все микробы, портящие продукты в процессе холодильного хранения. Они могут развиваться и на товарах, хранящихся при комнатной температуре.

Термофилы, или теплолюбивые, оптимальная температура для которых около 45–60° С, максимальная около 80° С и минимальная около 35° С. Обитают они в некоторых почвах, пищеварительном тракте животных, горячих источниках и др. Жизнедеятельность многих из них сопровождается выделением большого количества тепла. Микроорганизмы этой группы вызывают самосогревание зерна, сена и других органических материалов.

Мезофилы, или любящие средние температуры, оптимальная температура для которых 25–37° С, максимальная 40–50° С, минимальная около 10° С. К этой группе относятся все гнилостные бактерии, большинство дрожжей и плесневых грибов. Представители этой группы чаще остальных вызывают порчу пищевых продуктов, хранящихся без охлаждения.

Микробы сравнительно быстро привыкают (приспосабливаются) к небольшим изменениям температуры. Поэтому небольшое понижение по сравнению с минимальной температурой или повышение по сравнению с максимальной не гарантирует прекращения развития микробов, что важно иметь в виду при хранении пищевых товаров.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Температуры, лежащие значительно выше максимальных, действуют на микробы губительно. В водной среде большинство бесспоровых бактерий, дрожжи, плесневые грибы отмирают при нагревании до 60° С в течение часа, до 70° С — в течение 10–15 мин, при кипячений (100° С)—в течение нескольких секунд. В воздушной среде гибель этих микробов наступает при температуре 170° С через 1–2 ч.

Споры бактерий обладают более высокой устойчивостью к нагреванию. Среди них имеются такие, которые остаются жизнеспособными при четырехчасовом кипячении или нагревании в парах воды до 120° С в течение 20 мин. Это объясняется тем, что в бактериальных спорах свободной воды вдвое меньше, чем в вегетативных клетках. Более высокая концентрация белков в цитоплазме и является причиной повышенной устойчивости к тепловой коагуляции.

Споры плесневых грибов и дрожжей, хотя и более стойки, чем вегетативные клетки, но нагревание в водной среде до 100° С быстро вызывает их гибель.

В одних и тех же условиях споры одного и того же вида микробов погибают не одновременно. Некоторая часть их оказывается менее устойчивой, другая более устойчивой. Поэтому, чем больше спор в субстрате, тем больше среди них особо устойчивых. Чем сильнее обсеменен микробами, особенно споровыми, продукт, тем продолжительнее должно быть действие высоких температур для полного его обезвреживания.

Известны два основных способа обработки различных продуктов высокими температурами — стерилизация и пастеризация.

При стерилизации («стерилис» — бесплодный) полностью уничтожаются живые вегетативные и споровые формы микробов. Существует много приемов и методов стерилизации. Чаще ее проводят в специ–альных котлах–автоклавах. За счет герметизации и накапливания образующегося при нагреве пара в них создается повышенное давление, и температура кипения воды повышается. При избыточном давлении в 0,5 атм она равна 111° С, 1 атм — 120° С и т. д. Наиболее широко применяется режим стерилизации при 120° С в течение 20 мин, при котором погибают споровые и вегетативные формы различных микроорганизмов. Некоторые вещества, например, растворы Сахаров, желатина, при таком нагреве разрушаются, поэтому их стерилизуют при 111° С в течение 15–20 мин (рис. 12).

Рис. 12. Автоклав АВ–1: а — общий вид; б — схема устройства:
1 — котел; 2 — крышка; 3, 9 — винтовые зажимы;
4 — камера стерилизации; 5 — воронка; 6 — водомерная трубка;
7 — кожух; 8 — паровыпускной кран; 10 — предохранительный клапан;
11 — трехходовой кран

Стерилизацией пользуются при производстве мясных, рыбных, овощных, крупяных консервов, лабораторных питательных сред и др.

Эффект стерилизации зависит от количественного и качественного состава микрофлоры субстрата, его химического состава, консистенции. Чем выше обсемененность сырья, особенно споровыми формами, чем больше жира в продукте, чем больше объем и масса стерилизуемого продукта, тем эффект стерилизации слабее.

Наличие в продукте кислот, солей ускоряет гибель микробов при стерилизации.

При пастеризации уничтожаются только вегетативные клетки микробов, находящихся в продукте. При этом продукт однократно прогревают при температуре от 60 до 100° С в течение нескольких минут. Пастеризация применяется для сохранения молока, пива, виноградных вин, соков, жиров и некоторых других пищевых продуктов. Режим пастеризации может быть различным в зависимости от свойств продукта, размеров, особенностей тары. В связи с тем, что некоторые термофильные бактерии и споры микробов могут оставаться при этом жизнеспособными, продукты, подвергнутые пастеризации, во избежание порчи необходимо хранить при пониженных температурах.

Рис. 13. Аппарат Коха
для стерилизации текучим паром

В лабораторной практике для получения эффекта стерильности при температуре, не превышающей 100° С, иногда пользуются кипятильником Коха. Это металлический цилиндрический сосуд, на дно которого наливается вода; над водой на решетке помещают стерилизуемые предметы. При кипячении воды все предметы оказываются в атмосфере пара (при температуре 100°С), вытекающего через неплотно закрывающуюся крышку, отчего и возникло выражение «стерилизация текучим паром». Однократное прогревание текучим паром не приводит к гибели споровых микробов. Для уничтожения их приходится прибегать к повторному нагреванию в аппарате Коха (рис. 13)в течение двух дней по часу. Это так называемая дробная стерилизация, основанная на том, что выжившие после первого прогрева споры к следующему дню при комнатной температуре прорастают, а образующиеся из них вегетативные клетки легко убиваются действием температуры при втором и третьем прогреваниях. Лабораторную посуду и различные рабочие предметы (петли, скальпели и др.) можно стерилизовать в пламени горелки или завернутыми в бумагу при 170° С в течение 2 ч в суховоздушных шкафах–стерилизаторах.

ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Низкие температуры, как правило, не убивают микробов, но приостанавливают их жизнедеятельность.

Некоторые микробы способны переносить исключительно низкую температуру и не погибают даже при –172, –190° С. Споры бактерий сохраняют способность к прорастанию даже при –250° С. Довольно устойчивы к холоду болезнетворные микроорганизмы, в частности представители кишечно–тифозной группы.

Об устойчивости микробов к низким температурам свидетельствуют факты обнаружения жизнеспособных гнилостных бактерий в трупах животных, например мамонта, пролежавших в мерзлой почве тысячелетия. Однако развитие микроорганизмов при низких температурах если и происходит, то очень медленно. Наибольшую жизнедеятельность при низких температурах проявляют плесневые грибы, сохраняя способность развиваться даже при минусовых температурах.

Тормозящее действие низких температур на микробы используют для хранения различных пищевых продуктов в охлажденном виде при 0–4° С и в замороженном — от –6 до –20° С и ниже.

При хранении продуктов в замороженном виде на развитие микробов действуют не только низкая температура, но и недостаток жидкой воды, так как большая часть ее переходит в лед. Одновременно резко возрастает осмотическое давление в среде, так как в небольшом количестве воды, оставшейся в жидком состоянии, оказываются растворенными практически все вещества, находившиеся ранее во всей массе свободной воды продукта.

Поскольку при хранении продуктов в замороженном виде погибают не все микробы, а часть их переходит в недеятельное состояние, то после дефростации (размораживания) они могут вновь размножиться и вызвать порчу продуктов. Особенно быстро это может произойти при неправильной дефростации, когда ткани продукта разрушаются и выделяется много тканевого сока, являющегося прекрасной средой для развития микробов.

Обитая длительное время в холодильниках и рефрижераторах, микробы приспосабливаются к новым условиям существования, оказываясь способными развиваться при более низких температурах с большой интенсивностью.

Губительно действуют на микроорганизмы повторное замораживание и оттаивание.

Изменение температуры влияет на соотношение различных форм микроорганизмов в получаемом продукте, выход ароматических, вкусовых веществ и на свойства и качество продукта (сыры и др.).

Развитие и последовательность микробиологических процессов в молоке при его хранении и переработке также связаны с температурными воздействиями. От температуры зависит характер молочного сгустка, аромат и вкус получаемых продуктов.

Снижение интенсивных жизненных процессов микробов или полное их прекращение с изменением температуры обусловлено изменением активности ферментов. При понижении температуры их каталитическая активность снижается, в результате чего различные биохимические процессы замедляются. При повышении температуры выше определенного предела ферменты быстро инактивируются в связи с денатурацией белкового компонента в их молекулах.

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ СРЕДЫ

Вода имеет большое значение в жизни микроорганизмов. С водой поступают питательные вещества, с нею из клетки удаляются продукты жизнедеятельности. Поэтому с уменьшением содержания воды в субстрате интенсивность развития микробов падает, а при уменьшении содержания воды ниже определенного предела их развитие может прекратиться совсем.

Нижним пределом влажности для бактерий является содержание ее в продукте около 20–30%. Менее требовательны к влаге плесневые грибы. Они успешно развиваются на товарах и материалах, влажность которых всего лишь 15–17%, а в отдельных случаях даже 6% (хлопковое волокно).

Споровые формы микробов мало чувствительны к высушиванию. Споры в высушенном состоянии могут сохраняться жизнеспособными десятки лет.

Более чувствительны вегетативные клетки. Чувствительность их различная у разных видов бактерий. Например, нитрифицирующие и уксуснокислые бактерии погибают при высушивании очень быстро, возбудители брюшного тифа — через несколько недель, молочнокислые бактерии сохраняются жизнеспособными в высушенном состоянии годами (отсюда возможность применять сухие молочные закваски). Различные микроорганизмы, в том числе и болезнетворные, могут также довольно долго (неделями и месяцами) сохраняться на бумажных деньгах, бумаге.

В связи с замедлением жизнедеятельности бактерий при высушивании сушку применяют как средство консервирования зерновых, крупяных товаров, мяса, рыбы, фруктов, овощей и др.

Поскольку на высушенных товарах микробы могут находиться в жизнеспособном состоянии, нельзя допускать увлажнение этих товаров, так как это создает условия для размножения микробов и приводит к порче товаров. При увлажнении споры могут прорастать и превращаться в активные вегетативные клетки.

Широко применяется метод  лиофильной сушки товаров, сред, молочнокислых заквасок. Высушивание ведется при температурах ниже нуля. При этом микроорганизмы не гибнут, а переходят в анабиотическое состояние (состояние скрытой жизни), в котором  могут находился продолжительное время. При увлажнении порча таких товаров может наступить очень быстро.

Многие товары при хранении изменяют влажность. Продукты, богатые влагой, легко ее теряют, а сухие обладают способностью поглощать влагу. Эта способность зависит от химического состава, физических свойств и строения продуктов. Изменение влажности чаще происходит в результате контакта с окружающим воздухом, всегда содержащим некоторое количество паров воды, или контакта с другими товарами и материалами.

Продукты, обладающие большой удельной поверхностью и содержащие гидрофильные вещества (крахмал, белок и др.), являются гигроскопичными, т. е. способными поглощать пары воды из воздуха. Увлажнение продуктов в силу их гигроскопичности происходит в том случае, если они хранятся при повышенной (для данных товаров) относительной влажности воздуха.

В процессе длительного хранения при неизменной температуре и относительной влажности воздуха продукты приобретают постоянную влажность. Это так называемая равновесная влажность.

Средние значения равновесной влажности некоторых продуктов при 25° С и различной относительной влажности воздуха приведены в табл. 1.

Таблица 1

Как видно из табл. 1, при 80–90%–ной относительной влажности воздуха товары приобретают равновесную влажность более высокую, чем нижняя граница влажности, при которой ограничивается развитие микроорганизмов. Для надежного хранения многих товаров необходимо поддерживать относительную влажность воздуха в хранилищах на несколько меньшем уровне, учитывая при этом специфические свойства продуктов, температуру и особенности микрофлоры товаров.

Совместное хранение товаров, содержащих много влаги (плоды, овощи, мясо) и содержащих ее мало, но гигроскопичных (карамель, мука, крахмал и др.), способствует увлажнению последних. Поэтому такое размещение товаров недопустимо. Нельзя, например, хранить сахар, соль, кондитерские изделия, сухари и рядом — овощи, фрукты, хлеб.

Увлажнение товаров выше критической нормы может возникнуть при неправильном вентилировании. Если холодные товары вентилируются теплым влажным воздухом, то выпадающая при этом влага в виде капелек росы увлажняет их поверхность, а затем постепенно проникает во всю их толщу. Например, в процессе вентилирования наружный воздух, имеющий температуру 10° С и относительную влажность 90%, а следовательно, содержащий

водяного пара в 1 м³, попав на склад, охладился до 0°С; так как при этой температуре он может удержать только 4,9 г водяного пара (абсолютная влажность воздуха при 0°С), то 3,56 г водяного пара из каждого кубического метра воздуха будет выделяться и оседать на холодных товарах, таре, стенах склада, увлажняя их и способствуя тем самым развитию микроорганизмов.

Увлажнение опасно тем, что во влажных продуктах интенсивнее происходят микробиологические и биохимические процессы, вызывающие быстрое изменение и порчу товаров. Эти процессы в свою очередь вызывают дополнительное увлажнение, так как почти всегда сопровождаются образованием воды из сухого вещества продуктов.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ, РАСТВОРЕННЫХ В СРЕДЕ

Микроорганизмы весьма чувствительны к повышению концентрации вещества в субстрате и связанному с этим повышению осмотического давления. В субстратах с высоким осмотическим давлением нарушается нормальный обмен веществ между клеткой и средой. Значительная часть воды из клетки уходит в окружающую среду, цитоплазма клетки обезвоживается и наступает состояние плазмолиза. В таком жизнеспособном, но не жизнедеятельном состоянии плазмолизированные микробы, в том числе и болезнетворные, могут находиться довольно долго.

Не слишком существенное повышение осмотического давления в той или иной степени замедляет их жизнедеятельность. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации веществ обладают возбудители гниения, бактерии кишечной группы.

В практике широко используется метод консервирования товаров, основанный на создании в них высокого осмотического давления за счет добавления сахара и поваренной соли. При добавлении в продукт 2–5% поваренной соли замедляется развитие многих микроорганизмов, а при 20–25% жизнедеятельность почти всех микробов полностью прекращается. Этим методом консервируют такие продукты, как рыба, мясо, грибы, капуста, огурцы. При консервировании сахаром (варенье, джем, повидло и др.) его добавляют в значительно больших концентрациях — от 50% и выше.

Несколько большей устойчивостью к повышенному осмотическому давлению по сравнению с бактериями обладают плесневые грибы. Тормозящий эффект проявляется лишь при 10—12%–ной концентрации поваренной соли или около 60–70%–ной концентрации сахара.

Среди микроорганизмов имеются так называемые осмофилы, которые способны развиваться в сильно концентрированных средах. Примером могут служить некоторые дрожжи, размножающиеся в насыщенных растворах Сахаров и обусловливающие порчу различных продуктов (брожение меда, варенья, сиропов и др.). Осмофильность у микроорганизмов может постепенно повышаться по мере привыкания к среде.

Микробы, устойчивые к высоким концентрациям поваренной соли, называются галофильными. Некоторые из них размножаются даже в насыщенных растворах поваренной соли. В природе галофильные микробы обитают в морях, в воде и иле соленых озер. Вместе с озерной солью они ^могут попадать в пищевые продукты. Жизнедеятельностью галофильных микроорганизмов может быть обусловлена порча соленой рыбы.

ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ

Рассеянный солнечный свет мало влияет на жизнедеятельность микробов, но прямой солнечный свет вызывает быструю гибель большинства из них. Особенно губителен он для болезнетворных видов. Даже такие устойчивые, как возбудители туберкулеза, гибнут в течение короткого времени под действием прямого солнечного света.

Устойчивость споровых форм выше, чем вегетативных. Устойчивы к действию света некоторые сапрофитные микроорганизмы, постоянно подвергающиеся его воздействию в природных условиях. Выделяются отношением к свету фотосинтезирующие бактерии, для которых он необходим.

Наиболее заметным бактериоубивающим (бактерицидным) действием обладает часть светового спектра с короткими длинами волн (ультрафиолетовая, фиолетовая, голубая).

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) применяются для дезинфекции воды, воздуха в рабочих помещениях, тары, оборудования. Применение УФЛ для стерилизации пищевых продуктов ограничено в связи с малой проникающей способностью этих лучей (стерилизуется лишь поверхностный слой продукта). Кроме того, УФЛ вызывают ухудшение вкусовых и пищевых достоинств некоторых продуктов, особенно тех, в составе которых много жиров.

Лучи Рентгена, различные радиоактивные излучения в малых дозах стимулируют развитие микробов, ё больших — вызывают их гибель. В настоящее время изучается возможность практического применения радиоактивных излучений для консервирования пищевых продуктов.

Наибольшей устойчивостью к действию излучений обладают плесневые грибы и споры бактерий.

ВЛИЯНИЕ РАДИОВОЛН

Заметное губительное действие на микроорганизмы оказывают радиоволны с малой длиной волны — до нескольких десятков метров. При прохождении через пищевые продукты коротких и ультракоротких радиоволн возникают токи высокой частоты, которые вызывают значительный нагрев. Гибель микроорганизмов наступает в результате температурного воздействия.

Высокая проникающая способность радиоволн позволяет нагревать среды и продукты одновременно во всей толще, а не только с поверхности, что сокращает сроки нагрева до нескольких секунд. В зависимости от электропроводности различные компоненты сложных сред могут нагреваться до разной температуры. Все это позволяет лучше, чем при других методах обработки, сохранять вкус, аромат и другие свойства пищевых продуктов.

Этот метод особенно перспективен для обработки фруктовых консервов в стеклянной и пластмассовой таре (через металл радиоволны не проникают).