Вопрос 27 Химические факторы окружающей внешней среды, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов. Антисептики.

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.