Термоустойчивость микроорганизмов

Термоустойчивость микроорганизмов – это способность сохранять репродуктивные свойства (прорастание спор, деление клеток) после нагревания при температуре выше максимальной температурной границы развития. Потеря способности клеток к репродукции обусловлена денатурацией нуклеиновых кислот и белковых веществ.

Гибель микроорганизмов под действием нагревания – это не мгновенный акт, а параллельно-последовательный процесс, который на начальной стадии может быть обратимым. Восстановление клеток, поврежденных нагреванием, протекает медленно и происходит в тех случаях, когда в окружающей среде имеются химические компоненты, необходимые для восстановления нативной структуры нуклеиновых кислот или белковых молекул. Иногда проходит довольно длительный срок, прежде чем микроорганизмы, поврежденные при термообработке, восстановят жизнеспособность и вызовут порчу продукта.

Термоустойчивость микроорганизмов является функцией наследственности; физиологического состояния клеток или спор; факторов внешней среды, влияющих на микроорганизмы во время нагревания. Факторы внешней среды – это влажность среды; ее активная кислотность; ионная сила раствора; содержание в среде углеводов, жиров, белков, солей; содержание фитонцидов в растительном, химических консервантов, антибиотиков и др.

Термоустойчивость бактериальных спор может в 10⁶ раз превышать термоустойчивость их вегетативных клеток. Повышенная термоустойчивость спор обусловлена рядом факторов, в первую очередь дипиколинатом кальция. В бактериальных спорах содержание кальция составляет 1,5-4%, а в вегетативных клетках – доли единицы. Мутанты бактерий, в спорах которых отсутствует дипиколиновая кислота, обладают повышенной чувствительностью к нагреванию. Наибольшей термоустойчивостью обладают зрелые покоящиеся споры. При прорастании споры теряют термоустойчивость.

Термоустойчивость спор разных видов микроорганизмов и даже разных штаммов одного вида может колебаться в широких пределах и различаться в несколько раз. Например, для гибели 90% спор в растворе нейтрального фосфатного буфера при температуре 100⁰С для одних штаммов Bacillus cereus потребуется 0,83 мин, для других штаммов этого вида – 14,2 мин, а для Bacillus stearothermophilus – 714 мин.

Эффект летального действия нагревания зависит от влажности среды, в которой происходит нагревание, а также от исходной влажности прогреваемых клеток или спор. Максимум термоустойчивости обнаруживается у спор с активностью воды 0,3-0,4. Различие в термоустойчивости наблюдается при прогревании микроорганизмов в условиях высокой влажности, при пониженной влажности уменьшается и может полностью исчезнуть. В консервируемом продукте при стерилизации в герметичной таре создаются условия прогревания во влажной среде.

Кислоты вызывают денатурацию белковых и нуклеиновых молекул аналогично нагреванию. В присутствии кислоты ионы кальция в процессе обмена веществ могут быть удалены из бактериальных спор. Чем выше кислотность продукта, тем большее влияние она оказывает на снижение термоустойчивости микроорганизмов. Таким образом, в консервах с высокой кислотностью величина рН определяет термоустойчивость микроорганизмов, а в консервах с низкой кислотностью зависит от ряда веществ, не связанных с величиной рН.

Для каждого вида микроорганизма и даже штамма существуют температурные пределы, выше или ниже которых влияние многих внешних факторов среды может нивелироваться.

При совместном прогревании двух или нескольких видов микроорганизмов, каждый из них погибает независимо друг от содержания других видов. Но имеются случаи "наведенной" термоустойчивости, когда термоустойчивость микроорганизмов увеличивается при прогревании в контакте с более устойчивыми микроорганизмами.

Математическая модель гибели микроорганизмов при нагревании впервые разработана по экспериментальным данным, полученным Бигелоу (Bigelow) в начале ХХ в. Установлены экспоненциальная зависимость между числом погибших клеток и продолжительностью нагревания (кривая выживаемости). В полулогарифмической системе координат кривая представляет прямую линию, но в начале и в конце прогрева наблюдаются отклонения, например, в результате наличия особенно термоустойчивых спор.

Дата добавления: 2014-01-07