Ряд химических веществ замедляет или полностью тормозит рост микроорганизмов. Если вещество подавляет рост бактерий, но после его удаления рост бактерий возобновляется, то говорят о бактериостатическом действии. Если вещества вызывают гибель клеток, то они называются бактерицидными, или антисептиками. Тот или иной эффект зависит от концентрации действующего вещества. Однако среди микроорганизмов существуют виды, устойчивые к общим клеточным и метаболическим ядам, таким, как сероводород, фенол, окись углерода. Есть даже виды микроорганизмов, способные использовать эти вещества как источник энергии. Для многих антимикробных веществ в той или иной мере удалось выяснить субклеточную мишень и механизм действия. Виды антисептиков. Из неорганических соединений наиболее сильнодействующими антисептиками являются соли тяжелых металлов, особенно ртути. При действии ртути концентрацией 1: 1000 в течение нескольких минут большинство бактерий погибает. Более устойчивыми являются споры бактерий. Губительное действие на микроорганизмы оказывают ионы тяжелых металлов (золота, меди, особенно серебра), присутствующие в растворах даже в ничтожно малых концентрациях. Такое специфическое действие называют олигодинамическим (oligos -малый, dinamys - сила). Например, в воде, в которой находится металлическое серебро, хотя обычными методами даже следы растворившегося серебра не определяются, микроорганизмы погибают. Это объясняется тем, что ионы серебра адсорбируются на поверхности клетки и изменяют свойства и функции цитоплазматической мембраны. Олигодинамическое свойство серебра можно использовать для дезинфекции питьевой воды. Препараты серебра и посеребренные материалы используют в медицине. Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, перманганат калия) и минеральные кислоты (сернистая, борная, фтористо-водородная). Губительны для микроорганизмов сероводород, окись углерода, сернистый газ, диоксид углерода. Ядами для микроорганизмов являются некоторые органические соединения - формалин, фенолы. Вегетативные клетки бактерий погибают в 2...5%-ном растворе карболовой кислоты довольно быстро, а споры даже в 5%-ном растворе карболовой кислоты сохраняют жизнеспособность в течение 2 недель и более. Губительно действуют на микроорганизмы спирты, органические кислоты (салициловая, масляная, уксусная, бензойная, сорбиновая). Бактерицидным действием обладают эфирные масла, дубильные вещества, некоторые красители (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин). Многие из названных антисептиков используют в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, в быту как дезинфицирующие средства для борьбы с патогенными микробами. Например, для дезинфекции питьевой воды, тары, оборудования, инвентаря широко используют хлор. Антисептики используют для защиты от микробных поражений текстильных материалов, древесины, бумаги и других материалов и объектов. Действие антисептиков на микроорганизмы. Механизм действия антисептиков сводится к следующим явлениям: повреждению поверхностных структур клетки и ферментов, нарушению метаболизма микроорганизмов и синтеза клеточных компонентов. Повреждение поверхностных структур клетки происходит под действием таких антисептиков, как этанол, фенолы, крезолы, нейтральные мыла, поверхностно-активные вещества (ПАВ). Этанол 70%-ной концентрации вызывает коагуляцию белков и оказывает бактерицидное действие. Фенолы, крезолы, нейтральные мыла и ПАВ (детергенты) действуют на наружные слои клеток и нарушают избирательную проницаемость цитоплазматической мембраны. Поскольку клеточные мембраны состоят главным образом из липидов и белков, то детергенты, имея полярную структуру (их молекулы содержат как липофильные, так и гидрофильные ионизированные группы), накапливаются в липопротеиновых мембранах (тоже имеющих полярную структуру) и нарушают их функции. Детергенты обладают широким спектром антимикробного действия. Их обычно применяют для дезинфекции различных поверхностей и одежды. С детергентами сходны по своему действию некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, колистин, бацитрацин, субтилин) и антимикробные вещества растительного происхождения. Под действием антисептиков происходит повреждение ферментов и нарушение метаболизма микроорганизмов. Так, некоторые тяжелые металлы (медь, ртуть, серебро и др.) действуют на ферменты как сильные яды даже в малых концентрациях. Это так называемое олигодинамическое действие. Как в виде солей (НgС12, CuCl2, AgNO3), так и в форме органических соединений они связывают SH-группы (сульфгидрильные группы) и тем самым глубоко изменяют третичную и четвертичную структуру ферментных белков. Блокируется и функциональная сульфгидрильная группа кофермента А. Как ферментный яд действует цианид: он связывает железо и блокирует функцию дыхательного фермента - цитохромоксидазы. Оксид углерода также подавляет функцию цитохромоксидазы, т.е. действует путем «конкурентного торможения». Антимицин А нарушает перенос электронов по дыхательной цепи. 2,4-динитрофенол разобщает процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях. Фторацетат блокирует цикл трикарбоновых кислот. Нарушение синтеза клеточных компонентов происходит под действием сульфонамидов. Самым известным примером торможения роста микроорганизмов в результате включения структурного аналога в один из клеточных компонентов служит действие производных сульфаниловой кислоты. Антибактериальное действие сульфонамидов было обнаружено чисто эмпирически. Позднее было найдено, что механизм действия связан со структурным сходством между сульфонамидами и n-аминобензойной кислотой, которая входит в состав одного из коферментов. Антагонизм между метаболитами и антиметаболитами (структурными аналогами) может проявляться на разных уровнях. Структурные аналоги могут препятствовать включению нормальных метаболитов и тем самым синтезу отдельных клеточных компонентов. Они могут включаться и в полимеры, а это приводит к снижению активности и даже полной инактивации какого-либо фермента или нарушению функции нуклеиновой кислоты. Использование антисептиков при производстве и хранении продовольственных товаров. Для обработки свежих плодов, овощей, плодово-ягодных полуфабрикатов применяются сернистый ангидрид, сернистая кислота и ее соли. Например, соли сернистой кислоты (бисульфит калия и натрия, метабисульфит калия и др.) в виде гранул или таблеток закладывают либо в массу плодов и овощей, либо в упаковочный материал; консервирующим началом является сернистый ангидрид, выделяющийся постепенно. Для консервирования полуфабрикатов из плодово-ягодного сырья, рыбных консервов, кетовой икры и других продуктов используют бензойную кислоту и ее натриевую соль. Бензойная кислота находится в бруснике, чернике. Повышенная стойкость к микробному загрязнению этих ягод и продуктов их переработки, возможно, связана именно с наличием бензойной кислоты. В качестве консерванта безалкогольных и алкогольных напитков, полуфабрикатов, маринадов, кулинарных изделий используют сорбиновую кислоту и ее соли. Сорбиновая кислота менее токсична, чем бензойная и сернистая, и более активна по отношению к микроорганизмам. В природе в небольших количествах ее находят в ягодах рябины. При содержании ее в количестве 0,03...0,1 % она безвредна для людей, не придает продукту посторонних привкусов и запахов, но длительно задерживает рост микроорганизмов, даже бактерий группы кишечной палочки и сальмонелл. Особенно эффективно ее действие в кислой среде при рН 3,0...4,5. Однако на рост молочнокислых и уксуснокислых бактерий сорбиновая кислота не влияет. Сорбиновая кислота может вноситься непосредственно в продукт, ею можно обрабатывать поверхность как продукта, так и оберточных материалов. Для предотвращения плесневения и появления картофельной болезни хлеба используют пропионовую кислоту, ее вводят в тесто или ею обрабатывают оберточную бумагу. Пропионовую кислоту можно использовать для сохранения некоторых рыбных продуктов. Многие скоропортящиеся продукты успешно можно хранить в атмосфере с повышенным содержанием диоксида углерода. Так, при концентрации СО2 в атмосфере около 20 % рост плесневых грибов - возбудителей порчи продуктов - тормозится, а при концентрации 40...50 % совсем прекращается. Бактерии более устойчивы к диоксиду углерода, их рост угнетается при концентрации 40...50 % СО2, а некоторые спорообразующие анаэробы развиваются даже при 60...80 % СО2. Высокое содержание СО2 в атмосфере хранилища ухудшает качество некоторых продуктов. Наиболее целесообразно использовать диоксид углерода в сочетании с охлаждением продуктов. Сроки хранения мяса, птицы, колбас и других продуктов при температуре около О °С в атмосфере, содержащей 10... 15 % СО2, увеличиваются в 2-3 раза по сравнению со сроками обычного хранения при той же температуре. Некоторые пищевые продукты (полукопченые колбасы, сыр, копченая рыба) хорошо хранятся при периодическом озонировании небольшими дозами непосредственно в холодильных камерах или в камерах, озонированных перед загрузкой продуктов. Периодическое озонирование воздуха овощехранилищ небольшими концентрациями способствует эффективному хранению лука, моркови, белокочанной капусты. Озон О3 - вещество нестойкое, распадается на молекулярный и атомарный кислород. Именно атомарный кислород, являясь сильным окислителем, убивает микроорганизмы. Чувствительность разных микроорганизмов к антисептикам неодинакова. Целесообразно применять смесь антисептиков, подбирая ее с таким расчетом, чтобы при воздействии на микрофлору пищевого продукта один консервант дополнял другой.