П2 – число молей растворенного вещества

Степень доступности воды для химических реакций и микроорганизмов определяется показателем активности воды аw.

Микроорганизмы способны жить и размножаться только в присутствии свободной воды, находящейся главным образом в капельно-жидком виде. Клетки метаболически активных бактерий должны быть окружены водными пленками.

Влияние водной активности на микроорганизмы

Вода необходима для нормального функционирования клетки. Все биохимические реакции протекают в водной среде. Вода выполняет роль растворителя. Влияет на конформацию макромолекул, принимающих благодаря гидратации необходимую структуру. Обмен веществ между клетками микроорганизмов и средой обычно идет через водные растворы. Вода поддерживает клеточный тургор. [ Для функционирования ферментов в клетке требуется более высокая концентрация растворенных веществ в цитоплазме, чем в окружающей клетку среде. Поэтому в цитоплазме накапливаются растворенные вещества. В клетках большинства бактерий накопление растворенных веществ, в частности ионов, происходит до значительно более высоких концентраций, чем требуется для биосинтетических процессов. Это вызывает поступление в клетку воды и повышение тургорного давления, которое могло бы разорвать мембрану, если бы она не была защищена клеточной стенкой. ].

а_w определяют по формуле:

а_w =Р/Р₀ =ОВ/100 =П₂/(П₁-П₂)

где Р – давление пара в исследуемой системе,

Р₀ – давление пара над дистиллированной водой,

ОВ – относительная влажность воздуха в системе,

П₁ – число молей растворителя,

Активность чистой свободной воды равна 1. а_w крови – 0,995. Хотя в природе не бывает химически чистой воды. При взаимодействии воды с поверхностями, анионами, катионами, любыми гидрофильными группами водная активность а_w становится меньше 1.

Водная активность раствора может изменяться двумя путями: осмотическим и матричным.

1. Осмотическое изменение а_w происходит в результате взаимодействия молекул Н₂О с растворенными веществами. При повышении концентрации растворенных веществ значении водной активности снижается. Снижение а_w может происходить за счет:

1) повышения содержания органических веществ (сахаров);

2) повышения содержания солей.

2. Матричное изменение а_w обусловлено адсорбцией молекул Н₂О на поверхностях твердых субстратов. Если влажность субстрата и окружающей атмосферы уравновешена, то а_w адсорбированной воды будет такой же, что и в атмосфере.

В пищевой промышленности и при домашнем консервировании снижение водной активности среды используют для инактивации микроорганизмов. Повышенное содержание солей и сахара используют при консервировании. Высушивание – для получения сухофруктов.

Для хранения микроорганизмов в лабораторных условиях используют лиофилизацию. Это метод быстрого высушивания в условиях ваккума из замороженного состояния (-76°С) в средах специального состава. В таких высушенных клетках биологические процессы резко замедлены. Используют для хранения музейных и производственных штаммов.

При повышении осмолярности наружного раствора осмолярность цитоплазмы также должна возрастать, чтобы сохранялся необходимый тургор в клетке. [Осмотическое давление осмолярного р-ра (р-р, содержащий один осмоль вещества в 1 л р-ра) равно 22,4 атм. при 0°С.]. В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, микроорганизмы жить не могут. Это приводит к плазмолизу (т.е. вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается и протопласт сжимается).

В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, и это приведет к плазмоптизу (оболочка клетки может лопнуть). [Микроорганизмы, которые могли бы существовать, поддерживая внутри клеток осмолярность более низкую, чем в окружающей среде неизвестны.].

Дата добавления: 2015-06-26