Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы

Непрерывное культивирование.

Более перспективно непрерывное культивирование. Сущность состоит в том, что в ферментере поддерживается постоянная плотность популяции, а значит микробные клетки долгое время находятся в определенном физиологическом состоянии. Поддерживаются постоянные условия среды за счет подвода свежей питательной среды и отвода продуктов метаболизма, создается открытая биологическая система. Может быть 1 ферментер - это гомогенно непрерывный процесс или батарея ферментеров, соединенных друг с другом, тогда это гетерогенно непрерывный процесс
(в каждом ферментере создаются постоянные условия, но отличные от другого).

При непрерывном культивировании необходим постоянный приток свежего субстрата.

В условиях непрерывного культивирования различают:

- Турбидостатный процесс. Концентрация клеток в популяции регулируется скоростью подачи субстрата с постоянной его концентрацией.

- Хемостатный. Постоянная скорость подачи, но разная концентрация субстрата.

Преимущества непрерывного культивирования:

1.Получение однородного целевого продукта.

2.Полностью используется весь субстрат.

3.Легко автоматизируется процесс.

4.Не требуется больших площадей

5.Малая затрата ручного труда.

1. Физические факторы.

2. Физико-химические факторы.

3. Химические ингибиторы. Характер их действия на микроорганизмы.

4. Биологические факторы. Симбиоз и его виды.

Существование микроорганизмов зависит от изменения условий их обитания. Внешние факторы являются условиями их среды. Влияние каждого фактора определяется степенью воздействия, или интенсивностью, характеризуются тремя кординальными точками.

Минимум (min-) наименьшее влияние фактора, ниже которого развитие невозможно.

Максимум (max) – значение величины фактора, выше которого развитие невозможно.

Оптимум- (opt) наиболее благоприятные условия для данного микроорганизма.

Эти положения легли в основу закона минимума:

Чтобы приостановить развитие микроорганизма достаточно уменьшить ниже минимума влияние одного фактора.

В биотехнологии этот закон применяют в двух случаях:

1. Когда на жизнедеятельности микроорганизма основан определенный процесс. Успех производства будет зависеть от того, насколько условия будут приближены к оптимальным. На практике используют методы математического планирования для подбора условий культивирования для того или иного продуцента.

2. Когда деятельность микроорганизма нарушает технологический процесс, вызывает порчу продукта, т. е. необходимо подавить деятельность микроорганизма или подавить его развитие.

1) Физические факторы.

· Влажность.

Вода- обязательный компонент клетки. Для жизнедеятельности микроорганизмов необходима свободная вода, которая находится в капельно-жидком состоянии. По потребности в этой воде микроорганизмы различаются.

Чтобы сравнить водные растворы и твердые материалы по количеству в них доступной воды, пользуются параметром активность воды (αw)- относительная влажность, это отношение концентрации воды в фазе пара в воздушном пространстве над данным материалом к концентрации воды в воздухе над чистой водой, т. е. влага, которая может легко испарятся. Микроорганизмы способны развиваться при αw=0,6-0,998, грибы – αw=0,6-0,8, дрожжи- αw=0,81, бактерии- αw=0,98 не ниже.

С этим показателем тесно связано осмотическое давление (ОД).

Гибель клетки в гипертоническом растворе, когда ОД среды больше ОД в клетке, - плазмолиз.

Гибель клетки в гипотоническом растворе (ОД в клетке больше ОД окружающей среды) - плазмоптиз.

По отношению к осмотическому давлению существуют осмофильные и осмотолерантные микроорганизмы. Осмофилы любят растворы с высокой концентрацией веществ (с высоким осмотическим давлением) дрожжи, грибы. Осмотолерантные – переносят колебания осмотического давления- грибы.

Однако микроорганизмы, которые переносят высокие концентрации углеводов, не переносят высокие концентрации соли (NaCl).

Микроорганизмы, которые переносят высокие содержания соли – галофилы. Умеренные галофилы развиваются при концентрации до 20%, а экстремальные галофилы (Holobacterium, Halococcus) выдерживают до 32% соли.

1) Влияние обезвоживания.

Некоторые микроорганизмы, несмотря на то, что питание без воды невозможно, могут сохранять жизнедеятельность в совершенно сухом состоянии в течение длительного периода времени. Наиболее устойчивы грибы, они могут переносить водный стресс и развиваться при низком водном потенциале. У бактерий устойчивость к обезвоживанию возрастает, если они способны образовывать споры или цисты (Azotobacter). Спора находится в состоянии анабиоза. Стафилококки сохраняют жизнедеятельность в сухом виде до 2 лет, палочка Коха до 9 месяцев, но при попадании во влажную среду клетка прорастает и дает начало вегетативной клетке.

В биотехнологии для сохранения ЧК применяют метод лиофилизации: высушивание микробной культуры из замороженного состояния (-76,°С) под высоким вакуумом.

3. Температура.

Микроорганизмы не имеют механизмов, регулирующих температуру, поэтому их существование полностью зависит от температуры окружающей среды.

По отношению к температуре все микроорганизмы делятся на 3 группы.

1.Психрофилы (криофилы). Оптимальная температура (+10°)°С, минимальная: 0-6 °С, максимальная: 30-35 °С. Это в основном светящиеся бактерии, обитают в водах северных морей, микрофлора холодильников и холодильных камер.

2. Мезофилы. Оптимальная температура 28-35 °С, минимальная 5-10 °С, максимальная: 43-50 °С. Это болезнетворные микроорганизмы, обитают и пищеварительном тракте животных. Среди мезофиллов выделяют термотолерантные, которые при оптимальной температуре 28-35 °С, могут переносить колебания температуры до 60°С.

3.Термофилы

Оптимальная температура 50-60 °С, минимальная: 18-30 °С, максимальная: 75-80 °С. Они составляют остаточную микрофлору консервов. Имеются среди бактерий, грибов. Участвуют в самосогревании зерна, хлопка.

Низкие температуры оказывают бактериостатический эффект, т. к. приостанавливают жизнедеятельность микроорганизмов. В микробной клетке изменяется вязкость цитоплазмы, дисперсность белковых частиц, инактивируются ферменты, небольшие концентрации соли при температуре 20 °С убивают микроорганизмы.

Высокие температуры вызывают свертывание цитоплазмы, коагуляцию белков, полную инактивацию ферментов у психрофилов и мезофилов (60 °С и более).

Во влажной среде микроорганизмы гибнут при более низких температурах, чем в сухой. Споры бактерий устойчивы к действию температуры, что обусловлено их строением и составом. В пищевой биотехнологии особенно опасны спорообразующие термофилы.

На действии высоких температур основан ряд методов уничтожения микроорганизмов:

1. Стерилизация сухим жаром (160-180 °С, 2 часа)

2. Стерилизация паром в автоклаве (создается давление пара и ему соответствует определенная температура)

3. Пастеризация- уничтожение бесспоровых вегетативных форм, (60-70 °С в течение 15 минут).

Пастеризация - до 100 °С; стерилизация – свыше 100 °С.