Антропогенные факторы.

Этот вид экологических факторов является следствием хозяйственной деятельности человека, в процессе которой происходит загрязнение окружающей среды. Основными источниками загрязнения являются всевозможные выбросы газообразных веществ в атмосферу, попадание в водную среду производственных и коммунально-бытовых отходов, нефтепродуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусором и твердыми отходами, широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накопление тепла в атмосфере и гидросфере.

Одним из основных антропогенных факторов, неблагоприятно влияющих на окружающую среду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы, является химическое загрязнение. В окружающую среду выбрасывается большое количество различных химических веществ, в том числе и неприродных соединений. К числу наиболее распространенных загрязнителей внешней среды неприродными органическими соединениями относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые являются основой современных моющих средств (стиральных порошков); синтетические полимерные материалы (пластмассы, полиэтилен, синтетическое волокно) и др. Многие из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично. Другие - очень медленно (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около 200 лет).

Ежегодно производятся десятки миллионов тонн разнообразных синтетических материалов, в почвы сельскохозяйственных угодий вносится огромное количество минеральных удобрений и пестицидов (химических веществ для защиты растений от вредителей болезней и сорняков). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объектах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пищевые продукты, а с ними в организм человека.

Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, диоксида углерода, твердых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение атмосферы приобретает глобальный характер, что может привести к возможному изменению климата, увеличению потока жесткой УФ-радиации на поверхность земли, увеличению числа заболеваний среди людей.

Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, городского хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Наибольшей опасности загрязнения бытовыми и промышленными отходами подвергается вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, поступают в водоемы.

За счет выпадения осадков и в период весеннего половодья с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод связано также с использованием водных ресурсов в промышленности и сельском хозяйстве, в энергетике, на хозяйственно-бытовые нужды, мелиоративных преобразований и т.д.

Промышленные сточные воды - это отработанные воды предприятий, загрязненные разнообразными примесями, а также воды тепловых электростанций с повышенной температурой (тепловое загрязнение воды). Они оказывают токсическое действие на биоценозы водоемы, так как содержат тяжелые металлы (стоки металлургической и химической промышленности), а также способствуют массовому развитию микроорганизмов, в том числе патогенных (стоки пищевой, кожевенной, целлюлозной промышленности).

Способы и пути борьбы с антропогенными загрязнениями разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров, создание безотходных и малоотходных технологий, утилизация отходов с помощью микроорганизмов, применение замкнутых циклов водопользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, поиски новых видов топлива и источников энергии и др.

Микроорганизмы способны осуществлять биодеградацию (разрушение) и детоксикацию (обезвреживание) целого ряда загрязнений воды и почвы.

Любые сточные воды перед спуском в открытые водоемы подвергаются очистке. Очистка сточных вод осуществляется на очистных сооружениях и должна обеспечивать такую степень чистоты, которая позволила бы использовать водоемы после поступления в них очищенных вод в качестве источников хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, а также для отдыха, рыбной ловли и т.д.

Для очистки сточных вод, содержащих много органических веществ, наиболее широкое распространение получили биологические методы очистки. Они основаны на использовании биохимической деятельности микроорганизмов - их способности к различным превращениям органических и минеральных веществ в процессе конструктивного и энергетического обмена.

Нормальная работа очистных сооружений может нарушаться, если в стоки попадают специфические токсичные или неприродные органические синтетические средства.

Благодаря способности адаптироваться к необычным условиям жизни микроорганизмы воды, почвы используют даже неприродные органические соединения, с которыми они ранее в природе не встречались. Детоксикация микроорганизмами таких соединений происходит, главным образом, путем использования их в качестве единственного источника углерода для питания и получения энергии. Такой процесс носит многоступенчатый характер. Вначале микроорганизмы путем различных ферментативных реакций превращают исходные соединения в нетоксичные промежуточные или конечные продукты, которые затем используют в конструктивном или энергетическом обмене. Азот, сера, фосфор и другие элементы, входящие в состав неприродных соединений, чаще используются в конструктивном обмене.

Поиски микроорганизмов-деструкторов в воде, почве, сточных водах, активном иле и других источниках, а также способов повышения их активности продолжаются непрерывно.

Влияние антимикробных химических веществ на микроорганизмы.

Кроме питательных химических веществ, оказывающих положительное влияние на микроорганизмы, имеется ряд химических веществ, тормозящих или полностью прекращающих их рост. Химические вещества вызывают либо микробоцидное (гибель микроорганизмов), либо микробостатическое действие (приостанавливают их рост, но после удаления этого вещества рост вновь возобновляется). Характер действия (микробоцидный или микробостатический) зависит от дозы вещества, времени его воздействия, также температуры и рН. Малые дозы антимикробных веществ часто стимулирует развитие микроорганизмов. С повышение температуры токсичность многих антимикробных веществ, как правило, возрастает. Температура влияет не только на активность самого химического вещества, но и на микроорганизмы. При температурах, превышающих максимальную для данного микроорганизма, даже небольшие дозы таких веществ вызывают их гибель. Аналогичное действие оказывает и рН среды.

К различным антимикробным веществам один и тот же микроорганизм проявляет разную степень устойчивости. Одно и то же вещество может оказывать неодинаковое действие на различные виды микроорганизмов - одни вызывают быструю гибель, другие приостанавливают их развитие, третьи могут вообще не оказывать действие. Это зависит от наличия спор и капсул, устойчивых к химическим веществам. Антимикробные вещества значительно сильнее действуют на вегетативные клетки, чем на споры.

Из неорганических веществ сильным антимикробным действием обладают соли тяжёлых металлов (ртути, меди, серебра), окислители - хлор, озон, йод, пероксид водорода, хлорная известь, перманганат калия), щёлочи и кислоты (едкий натр, сернистая, фтороводородная, борная кислоты), некоторые газы (сероводород, оксид углерода, сернистый, углекислый газ). Вещества органической природы (спирты, фенолы, альдегиды, особенно формальдегид) также оказывают губительное действие на микроорганизмы.

Механизм губительного действия антимикробных веществ различен и зависит от их химической природы. Например, спирты, эфиры растворяют липиды ЦМП, вследствие чего они легко проникают в клетку и вступают во взаимодействие с различными её компонентами, что нарушает нормальную жизнедеятельность клетки. Соли тяжёлых металлов, формалин вызывает быструю коагулюцию белков цитоплазмы, фенолы - инактивацию дыхательных ферментов, кислоты и щёлочи - гидролиз белков. Хлор и озон, обладающие сильным окислительным действием, также инактивируют ферменты. Антимикробные химические вещества используют в качестве дезинфицирующих средств и антисептиков.

Дезинфицирующие вещества вызывают быструю (в течение нескольких минут) гибель бактерий, они более активны в средах, бедных органическими веществами, уничтожают не только вегетативные клетки, но и споры. Они не вызывают появления устойчивых форм микроорганизмов. Микробоцидное действие антисептиков, в отличие от дезинфектантов, проявляется через 3 ч и более. Наибольшая активность проявляется в средах, содержащих органические вещества. Антисептики уничтожают только вегетативные клетки и вызывают образование устойчивых форм микроорганизмов.

Такие антимикробные вещества, как фенолы, хлорамин, формалин, в больших концентрациях (2-5%) являются дезинфектантами, но их же растворы, разбавленные в 100-1000 раз, могут быть использованы как антисептики. Многие антисептики используют в качестве консервантов пищевых продуктов (сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты, юглон, плюмбагин и др.).

Дезинфицирующие вещества в пищевой промышленности используются, как правило, для обработки рабочих поверхностей аппаратов и другого технологического оборудования, инвентаря, тары, посуды и помещений. В пищевой промышленности можно применять лишь такие препараты, которые не оказывают токсического действия на организм человека, не имеют запаха и вкуса. Кроме того, они должны обладать антимикробным действием при нормальной концентрации, растворяться в воде и быть эффективными при небольших сроках действия. Большое значение имеет также их стойкость при хранении. Препараты не должны оказывать разрушительного действия на материал оборудования, должны быть дешёвы и удобны транспортирования.

Для обработки оборудования на предприятиях пищевой промышленности в основном применяется хлорсодержащие вещества, дезинфицирующее действие которых обусловлено выделением активного хлора. Обычно для дезинфекции применяют растворы, содержащие 150-200 мг активного хлора в 1 л. Наиболее уязвимые в смысле бактериального загрязнения места обрабатывают растворами, содержащими 400 мг активного хлора в 1 л. Продолжительность обработки оборудования должна быть не менее 15 мин. К неорганическим хлоросодержащим дезинфицирующим веществам относятся: хлорная известь, антиформин (смесь хлорной извести, кальцинированной и каустической соды), гипохлорит натрия; к органическим - хлорами Б, новые синтетические препараты (дихлордиметилгидантоин) и сложные комбинации новых хлорактивных соединений с поверхностно-активными веществами (например, сульфохлорантин, обладающий одновременно смачивающим, моющим и высоким антимикробным эффектом). В качестве дезинфектантов применяют также формалин (водный раствор формальдегида), известковое молоко, кальцинированную и каустическую соду.

Высокой антимикробной активностью в малых дозах обладают органические синтетические дезинфектанты - так называемые четвертичные аммониевые соединения. Их преимущество перед существующими антимикробными средствами заключается в том, что они хорошо растворимы в воде, не имеют запаха, вкуса, малотоксичный для организма человека, не вызывают коррозии металлов, не раздражают кожи рук персонала. Среди отечественных препаратов этой группы можно назвать цетозол и катамин-АБ. Механизм действия этого класса соединений на микроорганизмы ещё не совсем ясен. Предполагают, что они повреждают клеточную стенку бактерий, в результате чего резко возрастает проницаемость клетки, происходит денатурация белков, инактивация ферментных систем и лизис (растворение) микроорганизмов.

Сильным бактерицидным действием обладают многие газообразные вещества (формальдегид, сернистый ангидрид, окись этилена и b-пропиолактон).

При применении дезинфектантов для обработки оборудования необходимо соблюдать следующие общие правила: применять их только после тщательной механической мойки оборудования; растворы дезинфектантов должны быть свежеприготовленными; после дезинфекции всё обработанное оборудование и коммуникации тщательно промывают до полного удаления дезинфектанта.

Питьевую воду, а также воду промышленную назначения обычно обеззараживают разнообразными путями - с помощью сильных окислителей (большое количество воды - хлором, малое - соединениями хлора, йодом, ионами тяжёлых металлов), путём озонирования, облучения ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200-295 нм, обработки гамма-излучением, ультразвуком.

Для дезинфекции воздуха наиболее часто применяют хлорсодержащие препараты и триэтиленгликоль в виде их испарений или аэрозолей. Указанные дезинфектанты снижают общее количество микроорганизмов в воздухе более чем на 90%. Хорошие результаты для обеззараживания воздуха производственных цехов и холодильных камер даёт озонирование и ультрафиолетовое облучение. Периодическое применение физических (вентиляция, фильтрование) и химических способов дезинфекции, очистки и обеззараживания воздуха и сочетание их с влажной уборкой помещений позволяет значительно понизить бактериальную обсемененность воздуха производственных и бытовых помещений.

Глава 3. Стерилизация

Способы стерилизации питательных сред,

посуды, инструментов, приборов

При работе в микробиологической лаборатории, а также при различных видах микробиологических производств имеет дело с чистыми культурами микроорганизмов, представляющими собой потомство одной клетки. Ввиду того, что в воздухе и на поверхности предметов (на столах, инструментах, одежде), а также на руках, волосах и т.д. всегда имеется большое количество разнообразных микроорганизмов, следует постоянно заботиться о сохранении чистоты исследуемых культур. Примесь посторонних микроорганизмов может ослабить активность основной культуры, исказить или ослабить технологический процесс, ухудшить качество и уменьшить выход продукта. Для того чтобы не допустить развития посторонней микрофлоры в исследуемых культурах, питательные среды, посуду, инструменты и приборы стерилизуют, лабораторные помещения и рабочие места содержат в чистоте и периодически подвергают специальной обработке, направленной на уничтожение микроорганизмов в воздухе и на различных поверхностях, соблюдают правила асептики при работе с культурами микроорганизмов.

Стерилизация является одним из важнейших и необходимых приёмов в микробиологической практике. Слово «стерилизация» в переводе с латинского означает обеспложивание. В практической работе под стерилизацией понимают методы, применяемые для уничтожения всех форм жизни, как на поверхности, так и после стерилизующих объектов. Микробиологи стерилизуют питательные среды, посуду, различные инструменты и другие необходимые предметы с целью не допустить развития посторонних микроорганизмов в исследуемых культурах. Термин «стерильность» имеет абсолютное значение. Можно говорить только либо о стерильности, либо о пастеризации, но не может быть состояния «частичной» или «неполной стерилизации», «близкого к стерильному», «почти стерильного».

Существуют следующие способы стерилизации:

1. Термическая стерилизация

· прокаливание в пламени горелки

· стерилизация горячим воздухом

· стерилизация насыщенным паром под давлением (автоклавированием)

· дробная стерилизация (тиндализация).

2. Холодная стерилизация

· фильтрование

· химические дезинфицирующие средства

· ультрафиолетовые

Возможность и целесообразность того или иного способа определяется особенностями материала, подлежащего стерилизации, его физическими свойствами и химическим составом, целью исследования.

Стерилизация инструментов и приборов

Мелкие металлические инструменты (петли, иглы, пинцеты, ножницы) стерилизуют прокаливанием в пламени горелки непосредственно перед использованием. На пламени кратковременно обжигают горлышки колб, пробирок, а также ватные пробки при пересевах культур и розливе сред. В пламени погибают вегетативные клетки и споры микроорганизмов.

Приборы для культивирования микроорганизмов, а также детали к этим приборам, резиновые пробки и платки стерилизуют автоклавированием. Предметы, подлежащие стерилизации в автоклаве, завёртывают в бумагу.

Некоторые предметы (металлические инструменты, мембранные фильтры) иногда стерилизуют длительным кипячением в дистиллированной воде. Однако этим способом с целью стерилизации в микробиологической практике пользуются очень редко в связи с тем, что длительное время кипячение может повредить обрабатываемый материал, а уменьшение времени кипячения может не обеспечить стерилизацию, так как споры некоторых микроорганизмов сохраняют жизнеспособность даже после кипячения в течение нескольких часов.

Предметы, изготовленные из термолабильных пластмасс, например, центрифужные пробирки, стерилизуют ультрафиолетовыми лучами. Время устанавливают экспериментальное. Оно зависит от мощности используемой лампы и расстояния между лампой и объектом. После облучения предметы до использования следует хранить в стерильной посуде.

Стерилизацию предметов из термолабильных пластмасс можно производить и окисью этилена.

Стерилизация стеклянной посуды (Стерилизация горячим воздухом)

Основным способом стерилизации стеклянная посуды, ваты, марли, бумаги является стерилизации горячим воздухом. Она осуществляется в сушильных шкафах при температуре 165-180єС в течение 1,5-2 часов.

Посуду перед стерилизацией тщательно моют, сушат завёртывают в бумагу для сохранения стерильности после прогревания.

Стерилизация питательных сред

Стерилизация насыщенным паром под давлением

(автоклавирование)

Это наиболее надёжный и чаще всего применяемый способ стерилизации питательных сред. Он основан на прогревании субстрата насыщенным водяным паром при давлении выше атмосферного. С повышением давления пара возрастает его температура. Совместное действие высокой температуры и пара обеспечивает надёжность стерилизации: при автоклавировании погибают и вегетативные клетки и споры микроорганизмов.

Автоклавирование проводят при различных режимах. Когда указывают режим стерилизации в единицах давления: 0,05; 0,1; 0,2 Мпа - имеют ввиду дополнительное давление. Условия повышенного давления пара создают в специальных герметически закрывающихся толстенных аппаратах - автоклава.

Дробная стерилизация (тиндализация)

Применяется для стерилизации сред, портящихся под действием температура выше 100єС. Этот приём был введён английским учёным Тиндалем. Принцип тиндализации заключается в том, что проводят нагревание среды или компонентов при нормальном давлении несколько раз и в период между прогреваниями дают прорасти жизнеспособным спорам. Предполагается, что возникшие из спор клетки погибают при последующем прогревании, не успев образовать новые споры.

Прогревание можно осуществлять в парах кипящей воды или как, говорят, текучим паром. Обработку текучим паром проводят 3 раза по 40 мин в автоклаве.

При однократной обработке погибают лишь вегетативные кленки, а споры сохраняют жизнеспособность. Поэтому стерилизацию текущим паром (тиндализацию) повторяют ещё два раза с промежутком в одни сутки, рассчитывая, что за это время споры прорастут в чувствительные молодые клетки.

Практическое значение тиндализации в настоящее время весьма ограничено, так как между прогреванием некоторые споры могут не прорасти, а часть появившихся вегетативных клеток может вновь образовать споры и в таком виде противостоять действию высокой температуры. Кроме того, этот метод требует большой затраты времени.

Среды, не выдерживающие нагревания при 100єС, прогревают более осторожно при 60-80єС 4-5 дней подряд.

Пастеризация

Однократный прогрев материала при температуре ниже 100єС. Метод пастеризации предложен Л.Пастером. Он предназначен для уничтожения в основном бесспоровых микроорганизмов. Пастеризация в подавляющем большинстве случаев не обеспечивает стерильной субстрата. Её проводят при 60-70єС от 16 до 30 мин, при 80єС - 10-15 мин. Иногда материал нагревают до 90єС и сразу не охлаждают. При таких способах обработки погибнет большинство бесспоровых форм. Этот вид стерилизации проводится на водной бане или в ультратермостате.

В микробиологической практике пастеризацией сред или посевного материала часто используют для выделения чистых культур спорообразующих микроорганизмов и для выявления способности микроорганизмов к образованию спор. Пастеризация широко применяется в пищевой промышленности для обработки продуктов, теряющих вкусовые и питательные качества при кипячении: молока, ягодных и фруктовых соков, вин, пива и др.

Холодная пастеризация

Стерилизация фильтрованием

Применяется в тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания, в частности, для сред, содержащих белки, для сывороток, некоторых антибиотиков, витаминов, летучих веществ и др. Этот прием довольно широко используется для стерилизации культуральной жидкости, когда необходимо освободиться от клеток микроорганизмов, но сохранить все содержащиеся в ней продукты обмена в неизменном виде. Способ заключается в фильтровании жидкостей через специальные фильтры, имеющие мелкопористые перегородки и поэтому задерживающие клетки микроорганизмов. Причем здесь имеет место не только механическая задержка, но и адсорбция микроорганизмов на стенках (поверхностях), ограничивающих поры вследствие того, что большинство микроорганизмов в водных суспензиях несет на своей поверхности отрицательный заряд, а фильтры изготавливаются из положительно заряженных материалов. Поры фильтров должны быть достаточно мелкими не только затем, чтобы обеспечить механическую задержку клеток, но и для того, чтобы микроорганизмы оказались в сфере действия электрических зарядов стенок. Диаметр пор определяет область применения фильтров. Чем меньше поры фильтра, тем более пригоден он для стерилизации. Как правило, бактериальные фильтры пропускают вирусы и бактериофаги.

В настоящее время используют три типа фильтров:

1. Мембранные фильтры (пористые диски, изготовляемые из смеси асбеста и целлюлозы).

2. Фильтры Зейтца (диски, изготовляемые из смеси асбеста и целлюлозы).

3. Мелкопористые стеклянные фильтры (диски, изготовленные из фрагментов стекла путем их сплавливания).

Фильтры могут быть сделаны не только в форме дисков, но и в виде полых свечей. В этом случае они готовятся из инфузорной земли.

Обычно фильтрование ускоряется путем создания на фильтре перепада давления. Фильтрование может применяться как в целях стерилизации жидкостей, так и для получения суспензий фагов и вирусов.

Химические дезинфицирующие вещества используют главным образом для стерилизации использованных материалов и уничтожения патогенных микроорганизмов, так как большинство химических агентов нельзя удалить из стерилизуемых материалов.

Используются нелетучие и летучие дезинфицирующие средства, такие как лизол и другие фенольные соединения, гипохлорит, формальдегид, окись этилена, хлороформ и др.

Одним из видов химической обработки может считаться частичная стерилизация с помощью антибиотиков. Ее используют, если стремятся освободиться от одних микроорганизмов и сохранить другие. Для этого растворенный антибиотик добавляется к питательной среде и вноситься в посевной материал. Этот прием часто используют при выделении из почв определенных групп микроорганизмов: дрожжей, грибов, актиномицетов.

Использование различных видов электромагнитных излучений для стерилизации рассматривалось в главе 2.

Список литературы

1. Микробиология пищевых производств. Н.Г.Ильяшенко, Е.А.Бетева, Т.В.Пичугина, А.В.Ильяшенко.- М.: КолосС.2008. – 500с.

2. Ильяшенко Н.Г., Каптерева Ю.В., Пичугина Т.В., Шабурова Л.Н. Условия культивирования микроорганизмов.- М.: МГУПП, 2002.- 55 с.

3. Микробиологические основы ХАССП при производстве пищевых продуктов: Учебное пособие / В.А.Галынкин, И.А.Заикина, В.В.Карцев, С.А.Шевелева, Л.В.Белова, А.А.Пушкарев. – СПб.: «Проспект Науки», 2007. – 288с.

4. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена.- М.: Деловая Литература,2002.- 388 с.

5.Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении / Т.В.Меледина.- СПб.: Профессия, 2003.-304 с.

6.Перетрухина А.Т., Перетрухина И.В. Микробиология сырья и продуктов водного происхождения. – СПб, ГИОРД, 2005. – 320 с.

7.Саришвили Н. Г., Рейтблат Б. Б. «Микробиологические основы
технологии шампанизации вина» - М.: «Пищевая промышленность», 2000 - 364с

8. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена. Учебник для студ.высш.учеб.заведений.- М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 304с.

Дата добавления: 2015-07-25