32. Влияние условий культивирования на жизнедеятельность микроорганизмов.

Все факторы внешней среды, оказывающие большое влияние на развитие микроорганизмов, можно разделить на три основные группы: физические, химические и биологические. Из физических факторов наиболее важное значение имеют влажность, концентрация веществ, температура, радиация, свет; из химических - реакция среды и окислительно-восстановительные условия в ней; из биологических - антимикробные вещества. Необходимо помнить, что существует тесная взаимосвязь между многими факторами окружающей среды и что изменение одного из них часто меняет реакцию микроорганизма на действие других факторов.

Физические факторы

Влажность. В клетках микроорганизмов протекает множество различных биохимических процессов. Вода же является той необходимой средой, в которой только и могут осуществляться все эти химические реакции. Микробная клетка на 65-85 % состоит из воды, и вся ее жизнедеятельность связана с наличием влаги.

Концентрация веществ. Высокие концентрации любых веществ, в том числе питательных, создают высокое осмотическое давление во внешней среде, превышающее внутреннее осмотическое давление в клетке. Вода при этом выходит наружу, клетки обезвоживаются и начинается плазмолиз. Из-за невозможности поступления в микробную клетку питательных веществ, прекращается нормальный обмен с внешней средой.

Температура. Как и все факторы внешней среды, температурная зависимость характеризуется тремя кардинальными точками (минимум, оптимум, максимум), которые различны для отдельных микроорганизмов. Все микроорганизмы по их отношению к температуре делят на три основные группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Температурный оптимум психрофилов находится в пределах 0-15 °С (представители микрофлоры северных морей). Для психрофилов характерна небольшая скорость роста. К мезофилам относится большинство используемых в промышленности бактериальных и грибных культур микроорганизмов, температурный оптимум развития которых находится в пределах 25-37 °С. К термофильным микроорганизмам относятся формы, температурный оптимум которых 50-60 °С, крайние пределы 30-70 °С. Термофильные микроорганизмы представляют особый интерес для промышленного использования, так как культивирование их при высоких температурах создает селективные условия и позволяет снизить требования к стерильности процесса.

Высокие и низкие температуры неодинаково влияют на микроорганизмы. Наиболее губительны для них высокие температуры, вызывающие коагуляцию белков клетки и нарушение активности ферментов. При повышении температурного максимума жизнедеятельность микроорганизмов резко снижается.

Химические факторы

Концентрация ионов водорода (pH). Каждый микроорганизм имеет свой максимум и минимум pH, в пределах которых он может развиваться.

Бактериальные микроорганизмы хорошо развиваются при pH, близком к нейтральному - от 6,5 до 7,5. У микроскопических грибов и различных видов дрожжей оптимум pH в кислой зоне - от 4 до 6.

Окислительно-восстановительный потенциал. Выражают через rH2. Если pH выражает степень кислотности и щелочности, то rH2 - степень аэробности.

Шкала от 0 до 41 характеризует любую степень аэробности. По отношению к этому фактору внешней среды все микроорганизмы подразделяются на следующие основные группы: аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Аэробы содержат в своих клетках систему дыхательных ферментов и в качестве акцепторов водорода при окислительно-восстановительных процессах используют молекулярный кислород. Анаэробы получают энергию без участия кислорода воздуха за счет сопряженного окисления - восстановления веществ субстрата. Для представителей этой группы микроорганизмов молекулярный кислород не только не нужен, но в ряде случаев и ядовит.

Микроорганизмы, для которых кислород не обязателен, так как они живут за счет сопряженного окисления-восстановления без вовлечения кислорода, называются факультативными анаэробами. Они живут в широком диапазоне rH2 - от 0 до 30. Кислород для них не ядовит или слабо ядовит.

Биологические факторы (антимикробные вещества)

Наиболее известными антимикробными веществами являются антибиотики, которые даже в небольших концентрациях угнетают рост и активность микробов. Антибиотики образуют главным образом актиномицеты, а также некоторые грибы и бактерии. Механизм действия антибиотиков состоит в том, что одни из них нарушают процессы деления бактериальной клетки, другие изменяют отдельные процессы метаболизма, мешают использованию витаминов, конкурируют с отдельными ферментами, нарушают процессы дыхания, способствуют образованию перекисей, лизису клеток, оказывают депрессирующее действие на поверхностное натяжение и т. д.