Сущность и практическое значение методов обработки: пастеризация и стерилизация; свет, радиоактивное излучение; ультразвук; антибиотики

  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, предложенный Дж. Тиндалем. Заключается в дробной обработке жидкостей и пищевых продуктов в текучем паре при 100 °С или при трёх- четырёхкратном нагревании их до 100—120 °С с промежутками в 24 ч. За это время споры бактерий, выжившие при 100 °С, прорастают, и вышедшие из них вегетативные клетки бактерий погибают при последующем нагревании.

    Жидкость стерилизуется в этом  случае при 100°С три дня подряд по 30 мин ежедневно; в промежутках между нагреваниями ее хранят в термостате, для того чтобы споры проросли, а затем вегетативные клетки были уничтожены при следующем нагревании.

  Способы консервирования ягод и косточковых плодов следует рассматривать как частичную стерилизацию. При обычном нагревании консервных банок в течение 20 мин при 80°С гибнут только вегетативные клетки и споры многих грибов, в то время как споры бактерий остаются жизнеспособными. Прорастанию бактериальных спор препятствуют низкие значения рН, обусловленные присутствием кислот во фруктовом соке. На пастеризованной клубнике часто появляется так называемый «клубничный гриб» Byssochlamys nivea. Его аскоспоры выдерживают 86°С; при этой температуре D_l0 составляет 14 мин.

  Сухой жар

    При стерилизации сухим жаром бактериальные споры переносят более высокие температуры и притом дольше, чем при стерилизации влажным жаром. Поэтому жаростойкую стеклянную посуду, порошки, масла и т. п. стерилизуют в течение 2 ч при 160°С в сухом стерилизаторе. В случае стерилизации материалов с высокой теплоемкостью или термоизоляционными свойствами следует учитывать время прогрева. В любом случае рекомендуется контролировать температуру с помощью индикаторов или проверять полноту стерилизации (для этого в аппарат помещают также пробу почвы, содержащей споры, которую потом высевают).

    В тех случаях, когда это  позволяет стерилизуемый материал, в настоящее время применяют 30-минутный нагрев при 180°С. Как показывает опыт, при этом погибают все споры. Стерилизация жаром основана на коагуляции клеточных белков.

  Фильтрация

    Растворы, содержащие термолабильные вещества, удобнее всего стерилизовать фильтрованием. Неглазурованные фарфоровые цилиндры (свечи Шамберлана) применялись уже в лаборатории Пастера. В лабораториях и для стерилизации питьевой воды используют фильтры Беркефельда (из прессованного кизельгура). Часто употребляют также асбестовые пластинки (в фильтрах Зейца), стеклянные фильтры и мембранные фильтры. Некоторые из них выпускаются с различной величиной пор, что позволяет даже разделять организмы разной величины и формы.

  Облучение

    Для полной или частичной стерилизации применяют ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. В лабораторных условиях наибольшее значение имеют ультрафиолетовые лучи. В спектре УФ-ламп преобладает излучение в области 260 нм, поглощаемое главным образом нуклеиновыми кислотами и при достаточно длительном воздействии вызывающее гибель всех бактерий. УФ-облучение используется для частичной стерилизации помещений; при этом бактерии погибают очень быстро, а споры грибов, гораздо менее чувствительные к ультрафиолету, -значительно медленнее. Ионизирующее излучение применяют для стерилизации пищевых продуктов и других компактных материалов.

  Химические средства

    При стерилизации пищевых продуктов, лекарственных препаратов и разного рода приборов, а также в лабораторной практике оправдало себя применение окиси этилена, которая убивает и вегетативные клетки, и споры, но действует только в том случае, если подвергаемые стерилизации материалы содержат некоторое количество (5-15%) воды. Окись этилена применяют в виде газовой смеси (с N₂ или С0₂), в которой ее доля составляет от 2 до 50%.

  Для сохранения термолабильных веществ, содержащихся в питательных средах, в практику была введена стерилизация р-пропиолактоном. Он значительно активнее окиси этилена, но обладает, видимо, довольно сильным канцерогенным действием и вызывает ряд других побочных физиологических эффектов. Его добавляют в количестве 0,2% в готовые питательные среды, которые затем инкубируют 2 часа при 37°С. Если оставить среду на ночь, пропиолактон полностью разложится. Углеводы при этом не затрагиваются. Напитки стерилизуют также диэ-тилпирокарбонатом (0,003-0,02%).

  Пастеризация

  Пастеризация — процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60 °C в течение 1 часа или при температуре 70—80 °C в течение 30 мин. Технология была открыта в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.

  При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и др.) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).

  В зависимости от вида и свойств  пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают длительную (при температуре 63—65 °C в течение 30—40 мин), короткую (при температуре 85—90 °C в течение 0,5—1 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд).

  Пастеризация  не может применяться при консервировании продуктов, так как герметично закрытая тара является благоприятной средой для прорастания спор анаэробной микрофлоры.

  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 и фруктовые соки. Жидкость на 2-3 секунды нагревают до температуры 135—150 °C и сразу же охлаждают до 4—5 °C. При этом патогенные микроорганизмы уничтожаются. Молоко, например, после такой обработки пригодно для употребления 6 недель и дольше.

  Процесс ультрапастеризации происходит в закрытой системе. Длительность превышает две  секунды. Применяют два способа:

• контакт с нагретой поверхностью при температуре от 125—140 °C;
• прямое 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.