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

Опыт Бухнера показывает, насколько УФ-лучи губительно действуют на клетки: чашку Петри с плотной средой засевают сплошным газоном. Часть посева накрывают бумагой, и ставят чашку Петри на солнце, а затем через некоторое время ее ставят в термостат. Прорастают только те микроорганизмы, которые находились под бумагой. Поэтому значение солнечного света для оздоровления окружающей среды очень велико.

Радиоактивное излучение

Α-лучи, β- лучи и γ-лучи обладают высокой энергией, в связи с чем химически и биологически чрезвычайно активны.

Особенность радиоактивных излучений- их способность вызыватьонзаиютоов и молекул, которая сопровождается разрушением молекулярных структур.

Микроорганизмы радиоактивно значительно более устойчивы, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений.

Эффективность действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения и многих других факторов. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы. Они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели. При дозе ниже смертельной может восстановиться нормальная жизнедеятельность облученных клеток.

Радиоустойчивость различных видов и даже штаммов неодинакова чувствительностью. Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей, многие бактерии рода Pseudomonas – распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью. Весьма радиоустойчивы споры бактерий и грибов. Высока радиоустойчивость вирусов.

В нашей стране и во многих других проведены и продолжают проводиться исследования возможности радиационной обработки пищевых продуктов в целях предотвращения быстрой микробной порчи их. Наиболее приемлемы для этих целей γ-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызывающие при облучении появления в продукте «наведенной» радиации.

При обработке пищевых продуктов радиобиологический эффект зависит от состава микрофлоры, её численности, химического состава и агрегатного состояния продукта, поглощенной дозы и мощности дозы.

Применительно к радиационной обработке пищевых продуктов предложены специальные термины: радисидация, радуризация и радаппертизация. Радисидация – это обработка пищевых продуктов в дозах, достаточных для гибели патогенных для человека микроорганизмов. Радуризация снижает численность микроорганизмов, вызывающих порчу и потерю массы пищевых продуктов. Радаппертизация осуществляется для промышленной стерилизации пищевых продуктов в условиях, исключающих повторное инфицирование микроорганизмами.

Ультразвук

Определенные частоты ультразвука  при искусственном воздействии  способны вызывать деполимеризацию  органелл микробных клеток, под действием  ультразвука газы, находящиеся в  жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое  давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Ультразвуковыми колебаниями называют механические колебания с частотами  более 20 000 колебаний в секунду. Колебания такой частоты находятся за пределами слышимости человеческого уха. С помощью ультразвука можно вызвать распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, инактивацию ферментов и токсинов, разрушить полностью или частично много- и одноклеточные организмы, в том числе и микроорганизмы. Эффективность действия зависит от природы организмов, интенсивности ультразвуковой энергии и частоты колебаний.

Различные микроорганизмы обладают неодинаковой чувствительностью к воздействию  ультразвука. Бактерии более чувствительны, чем дрожжи; при этом кокковидные бактерии более стойки, чем палочковидные. Споры бактерий значительно выносливее вегетативных клеток. Дикие дрожжи более резистентны, чем культурные.

Природа бактерицидного действия ультразвука  в полной мере еще не раскрыта. Основной причиной является, по-видимому, кавитационный эффект. При распространении УЗ-волн в жидкости происходит быстрочередующееся разрежение и сжатие частиц жидкости. При разрежении в среде образуются мельчайшие полые пространства – «пузырьки», заполняющиеся парами окружающей жидкости и газами. При сжатии, в момент захлопывания кавитационных «пузырьков», возникает мощная гидравлическая ударная волна, оказывающая разрушительное действие. Гибель микроорганизмов завит, очевидно, не только от механического, но и от электрохимического действия УЗ-энергии. В водной среде происходят ионизация молекул воды и активация растворенного в ней кислорода. При этом образуются вещества, обладающие большой реакционной способностью, которые и обуславливают возникновение ряда химических процессов, неблагоприятно действующих на живые организмы.

Антибиотики

Антибиотики это продукты жизнедеятельности бактерий, актиномицетов  и плесневых грибов - низших растительных организмов. Синтезированные одними микроорганизмами, они являются губительными и действуют угнетающе на другие виды микробов. Химический состав многих антибиотиков выяснен учёными, и  в настоящее время растёт промышленное производство лекарственных препаратов путём синтеза их характерными микроорганизмами в специальных условиях.

Действие различных антибиотиков на микроорганизмы избирательно, не одинаково. Так, некоторые из них направлены против развития грибов, некоторые - подавляют  рост бактерий. Те, которые задерживают  или приостанавливают рост микроорганизмов, действуют бактериостатически. Антибиотики, приводящие к гибели микроорганизмов, разрушению их клетки изнутри, имеют бактерицидное действие. Некоторые антибиотики способны растворять клетку микроба, это явление носит название бактериолизис.

Антибиотики не воздействуют на вирусы, и поэтому бесполезны при лечении заболеваний, вызываемых вирусами (например, грипп, гепатиты А, В, С, ветряная оспа, герпес, краснуха, корь)

Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования  и разделения антибиотиков на группы. По характеру воздействия на бактериальную  клетку антибиотики можно разделить  на три группы:

• бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться),
• бактерициды (бактерии погибают, но физически продолжают присутствовать в среде),
• бактериолитические (бактерии погибают, и разрушаются бактериальные клеточные стенки).

Активность антибиотиков очень высока, она в десятки  тысяч раз превышает активность сильнодействующих антисептиков. Поэтому  антимикробное действие проявляется при чрезвычайно малых их консистенциях.

Некоторые антибиотики нарушают генетический аппарат клетки и другие клеточные структуры; подавляют  синтез белков, нуклеиновых кислот и веществ клеточной стенки. Эффективность действия антибиотиков может изменяться в зависимости от их концентрации, температуры, состава среды и других факторов.

Со временем микроорганизмы адаптируются к антибиотикам, в результате чего возникают нечувствительные (устойчивые) к ним формы.

Называют антибиотики  обычно по видовому или родовому названию выделяющего их микроорганизма или  по характеру действия. Например, пенициллин именуется по родовому названию его  продуцента – гриба пеницилла Penicillium; антибиотик грамицидин назван так потому, что воздействует преимущественно на грамположительные бактерии.

Первым антибиотиком, применимым для лечения человека, оказался плесневой  гриб Penicillinum, открытый в 1929 году английским учёным Александром Флемингом в лаборатории лондонской больницы св. Марии. Учёный, находясь в поиске средства для уничтожения кокков, обнаружил случайное заражение плесенью агаров с посевами кокков (агар-агар - желеобразная масса для культивирования бактерий, полисахарид, полученный из морских водорослей). В чашках с питательными средами для бактерий оказались заплесневелые участки, в которых колонии бактерий прекратили своё развитие.

В относительно чистом виде кристаллический пенициллин извлекли в 1939 году англичане химики - бактериологи Хоуард Флори и Эрнест Чейн. В 1941 была сделана первая инъекция человеку. В Советском Союзе в 1943 году лекарственное сырьё пенициллина удалось получить З.В. Ермольевой.

Используют антибиотики  и в сельском хозяйстве для  борьбы с возбудителями заболеваний растений. Применяют их также в качестве стимуляторов роста растений и животных. Добавление небольших количеств антибиотика, например биомицина, в пищевой рацион молодняка птиц и домашних животных способствует ускорению их роста и снижению заболеваемости.

Многими исследователями  показана эффективность применения антибиотиков для задержки микробной  порчи скоропортящихся пищевых  продуктов, особенно в сочетании  с действием холода.

В некоторых странах разрешено  использование антибиотиков для  обработки сырых продуктов (мяса, птицы, рыбы), которые затем сохраняются  на холоде. Допустимое содержание антибиотика  в продукте строго регламентируется и, кроме того, требуется, чтобы в  процессе обычной тепловой кулинарной обработки он полностью разрушался.

Для консервирования пищевых  продуктов целесообразно иметь  специальные, не применяемые в медицине антибиотики. Таким антибиотиком является, например, вырабатываемый некоторыми молочнокислыми стрептококками низин. Он ингибирует рост многих стафилококков и стрептококков, задерживает прорастание спор анаэробных термостойких бактерий. Применяют низин также при приготовлении сгущенного молока, плавленых сыров, икры.

Для обработки плодов и  овощей, закладываемых на длительное хранение, предложено использовать трихотецин. Этот антибиотик немедицинского назначения, вырабатываемый грибом Trichothecium roseum, обладает высоким противогрибковым действием и уже применяется в стране для борьбы с болезнями овощных и плодовых культур при выращивании.

Фитонциды

Фитонциды — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших. Фитонциды открыл советский учёный Б.П. Токин (в 1928 году) у цветковых растений. Фактически, вырабатываемые высшими растениями фитонциды по своей природе являются теми же антибиотиками.

Фитонциды — естественный фактор иммунитета растений. При попадании  в растение микробы нарушают целостность  и форму клеток, а также процессы жизнедеятельности в них, проявляя ядовитое действие на оболочку и цитоплазму растительных клеток. В свою очередь, растение отвечает выработкой веществ, нейтрализующих действие микробных  ферментов, и тем самым обезвреживаются  токсины микробов — в этом проявляется  биохимическая роль факторов иммунитета растений.

Фитонциды чрезвычайно разнообразны по своей химической природе. Обычно это комплекс соединений — гликозидов, терпеноидов, дубильных веществ и др., т. н. вторичных метаболитов, не относящихся к основным классам природных соединений — белкам, углеводам и жирам

Одна из важнейших особенностей фитонцидов — специфичность их действия. Даже в микроскопических дозах они  могут задерживать рост и размножение  одних микроорганизмов, стимулировать  рост других и играть существенную роль в регулировании состава  микрофлоры воздуха, почвы и воды.

Различают летучие фракции фитонцидов, выделяемые надземными частями растений в атмосферу, подземными частями  — в почву, а водными растениями — в воду, и нелетучие —  биологически активные вещества различной  природы, находящиеся во внутритканевом соке растений.

Летучие фракции лавровишни и почек черемухи содержат синильную  кислоту, листья черемухи содержат цианосодержащие гликозиды. Синильная кислота отщепляется при гидролизе гликозидов и входит в состав летучих фракций фитонцидов черемухи. Водорастворимые фракции почвенных таких растений, как лиственица, береза бородавчатая, вяз, липа мелколистная, клен остролистный, ясень обыкновенный, характеризуются наличием фенольных соединений и органических кислот. Устойчивость капусты к микробам связывают с наличием горчичных масел. Пропионовый альдегид обнаружен в луке и яблоках. В 70% растений, обладающих фитонцидным действием, содержатся алкалоиды растительного происхождения — азоторганические вещества. К фитонцидам растений относят эфирные масла, красящие вещества (пигменты) и другие.

Содержащиеся в клеточном  соке и цитоплазме растений, фитонциды  находятся в растворённом в воде состоянии, однако достаточно летучи и  легко выделяются в воздух. Данная особенность доказывается при воспоминании о луке или чесноке, хрене или  горчице, лимоне, мандарине, черёмухе и  многих других растениях. Один простой эксперимент поражает результатами: бактерии, вызывающие заболевание холерой, поднесённые к приготовленной кашице из свежего чеснока, гибнут через 2 минуты.

Фитонцидами против бактерий богаты: хвоя многолетней пихты и молодой поросли сосны, кора поросли ели, отвар корней осенней кровохлебки, змееголовник, иссоп, полынь, душица, хрен, редька, а также соки винограда, ежевики, клюквы, клубники, земляники, черной смородины. Чеснок и лук обладают противотифозными и антидифтерийными фитонцидами.

Фитонциды, поражающие одноклеточных  паразитов, содержат: листья черемухи, тополя серебристого, березы и можжевельника, корень дикого пиона, ткани репейника, листья томатов, сок лука и чеснока. Летучие фитонциды листьев и кожуры цитрусовых (апельсинового, мандаринового и лимонного деревьев) обладают мощным протистоцидным действием. Отмечено разное действие на различных простейших в то или иное время года. Например, весной и в начале лета листья тополя более активны. Фитонциды осенних почек черемухи против простейших сильнее фитонцидов желтых листьев примерно в 12 раз. Сок старого дуба более активен, чем молодого дерева. Фитонцидная активность дерева еще более усиливается на месте его ранения.