Розмноження і відмирання мікроорганізмів при низьких температурах.

Розмноження і відмирання мікроорганізмів при низьких температурах.
Розмноження мікроорганізмів. Розвиток мікроорганізмів проходить кілька стадій (рис. 6). Початкова стадія - лаг-фаза - характеризується тим, що при попаданні організмів в нове середовище їх кількість деякий час залишається на рівні вихідного або при різкому зниженні температури навіть дещо падає.
Потім починається процес розмноження. Протягом певного періоду розмноження йде з постійною швидкістю. Це - логарифмічна фаза зростання. Залежність логарифма кількості бактерій від часу графічно тут може бути зображена прямою.
Як показник швидкості розмноження (поділу) бактерій в логарифмічній фазі зазвичай приймається тривалість генерації, т. Е. Час, необхідний для розподілу бактерії на 2.Отсюда 2
1

Де k- швидкість ділення бактерій.
Мал. 6. Крива зростання бактерій: 1- лагфаза, 2- логарифмічна фаза, 3- максимальна стаціонарна фаза, 4- фаза відмирання
Тривалість лагфази при кожній температурі є непостійною величиною і може коливатися в широких межах. Це залежить від якісного і кількісного складу мікрофлори і від тих умов, в яких знаходилися мікроорганізми до потрапляння їх на інший продукт (середу) або в інші умови.
Тривалість генерації бактерій в логарифмічній фазі при кожній температурі (за умови однакової середовища, для кожного виду або для близьких видів бактерій) є майже постійною величиною. При даній температурі її можна обчислити за формулою:
3де t - час, на протязі якого вихідне кількість бактерій б збільшується в тому ж обсязі або вазі середовища до значення Б.
Після логарифмічною фази настає максимальна стаціонарна фаза - зростання числа мікробів припиняється і, нарешті, фаза відмирання - кількість мікробів скорочується. Максимум числа клітин, якого досягають бактерії в харчовому продукті, дорівнює 10-10ⁱ⁰ в 1 г / мл середовища.
4 Мал. 7. Зростання бактерій АсЬгопюЬас1ег ер. (На 1 г) при різних температурах
Вплив температури істотно відбивається на тривалості лагфази і на швидкості росту в логарифмічній фазі (рис. 7). Чим нижче температура, тим за інших рівних умов стають довшими ділянки кривих в лагфазе і більш пологими ділянки в логарифмічною фазі.
Подовження лагфази з пониженням температури видно з табл. 7.
Вплив температури на тривалість лагфази змішаної мікрофлори показано в табл. 8.
Великий вплив на тривалість лагфази надає температура, при якій мікроорганізми знаходилися до холодильного зберігання. Якщо вони розвивалися при підвищених температурах, то і умовах більш низьких температур їх зростання буде затриманий, навіть якщо бактерії відносяться до псіхрофілов. Так, зростання культури
Ps. fluorescens в м'ясному фарші, яка до досвіду вирощувалася при кімнатній температурі, почався при 8,6 ° приблизно через добу і при -1,6 ° - через 7 діб.
Таблиця 7. Тривалість лагфази чистих культур бактерій при різних температурах [23, 24, 25)

Температура, ° С

бактерії

-2

0

2

4

10

20

Pseudomonas sp. № 99 (в годинах) ...

50

45

42

1

1

1

Ps. fluorescens (в днях)

14

8

3,5

1,5

-1


Таблиця 8. Лагфаза (в годинах) змішаної мікрофлори при різних температурах

Продукт

Температура

С

0

2,5

6

10

Фарш

24

18

2

0

котлети

28

15

2

0

Якщо ж бактерії вже перебували при низькій температурі і були в активному стані, то зростання їх при попаданні на новий субстрат в цих же умовах починається після дуже нетривалої затримки (див. Рис. 7). Таким чином, при холодильному зберіганні не слід допускати зіткнення свіжого продукту з тарою та інвентарем, які в забрудненому вигляді перебували на холоді і, отже, були засіяні активно розмножуються мікроорганізмами.
Уповільнення активності росту (подовження тривалості генерації) при зниженні температури чистих і змішаних культур Психрофільні бактерій показано на рис. 8, 9 і в табл. 9 і 10.
Значення тривалості генерації на різних продуктах при різних температурах за даними інших дослідників наводиться на стор. 38, 56, 57.
Зростання кожної групи мікроорганізмів відбувається в певних межах температур. Наприклад, межі зростання Bact. coli від 10 до 49 °, т. е. в температурному діапазоні ~ 40 °. Бактерії Pseudomonas і Achromobacter ростуть від -5 ° до 35 °; температурний діапазон переміщений в бік більш низьких температур, але він приблизно такої ж величини. З цього випливає, що глибокі зміни в характері процесу зростання і розмноження мікроорганізмів відбуваються в невеликому температурному діапазоні.
Розмноження мікроорганізмів-це результат ряду послідовних і паралельних хімічних реакцій, причому продукти
8Рис. 8. Тривалість генерації бактерій на м'ясі: I - Achromobacter зр. N 7, // - Achromobacter зр. N 483, III - Achromobacter зр. N 5
Генерація в годинах (ip)

9Мал. 9. Тривалість генерації бактерій в молоці й вершках:
| - Pseudomonas sp. в молоці, || - Pseudomonas sp і вершках,||| - Ліг. aerogenes в молоці, IV - Str. faecalis в молоці dlnk / dt = A / (RT₂)
Таблиця 9
Тривалість генерації (в годинах) бактерій в варених м'ясних середовищах при різних температурах

Середа

бактерії

Температура, ° С

-2,1

-1,8

-0,2

0

1.7

2

2,2

4,1

4,4

7,8

8,6

10

20

М'ясний фарш м'ясний бульйон

Achromobacter зр. Pseudomonas Шогезсепз Pseudomonas Sp. № 99

25,5

25,4

18,3

18.7

18.8

13,4

9,4

13,4

12,8

9,9

10,7

6,6

3,7

4,8

3,9

2,4


Продукт

температура, ° С
-2

0

2,5

4

б

7

10

18

Дефростированное

Kilkee

М'ясний фарш …. М'ясні котлети. . .

19,5

15,7

23.5

27.6

15,7

12,9

7,6

7.7

6.7

5,6

5,5

3,9

1.7

Таблиця 10 Тривалість генерації (в годинах) змішаної культури бактерій на кільці і на сирих м'ясних напівфабрикатах при різних температурах
однієї реакції можуть бути вихідними сполуками інший. Порушення цієї послідовності може служити причиною порушення всього процесу зростання і привести в кінцевому підсумку до відмирання.
Однією з причин порушення такої послідовності може бути неоднакове зміна з температурою швидкості відбуваються реакцій.
Залежність швидкості хімічної реакції від температури можна виразити рівнянням Арреніуса:2625де:
до-швидкість реакції;
t-час;
Т - абсолютна температура;
R - газова постійна;
А - постійна енергія активації, т. Е. Енергія, якою повинні володіти молекули для вступу в реакцію. Припустимо, що швидкість росту залежить від швидкості якоїсь однієї реакції в послідовності реакції зростання. Залежність швидкості росту від температури тоді повинна буде виражатися рівнянням, наведеним вище. Зображення цього рівняння в напівлогарифмічному масштабі, т. Е. Зображення
Залежно lnk від -, буде прямою лінією.
27 Графічне зображення залежності lg g від - для бактерій Pseudomonas sp. № 99 показано на рис. 10. У вузькому інтервалі температур від 271 до 283 ° К має місце прямолінійна залежність
lg g від -, після чого пряма різко заломлюється. Починаючи з цього
моменту вступає в силу інша реакція з іншим температурним коефіцієнтом; вона і визначає тривалість генерації. З нахилів прямих (див. Рис. 10) видно, що28
маємо
При R = 1,987 кал / ° С моль
А = 2,3 5,2 X XX = 1,987 2,38 X 10⁴ кал / моль
для інтервалу від -2 до 10 °.
Від 10 до 20 ° нахил стає значно більш пологим:
= 1,77 X і Л = 4,06Х
У мікробіологічній практиці зміна швидкості розмноження (і інших процесів) зазвичай висловлюють через температурний Мал. 10. Залежність Igg від - для Pseudomonas sp. N 99ріс10коефіцієнт Q₁₀, т. е. ставленням констант швидкостей при різниці температури в 10 °.
Нехай k і k відповідають швидкості генерації при Т і T. Тоді30
В температурному інтервалі в 10 ° (в порівнянні з абсолютною температурою ~ 300 °)31
тобто LnQ₁₀ в невеликому температурному інтервалі майже постійний
Так як32

33Мал. 11. Залежність lg g від Т для Pseudomonas (/) і Achromobacter (//)
то за умови Т₁- вихідна (постійна) температура і T ₂ -lgg₂ = C-C₁T,
т. е. в невеликому температурному інтервалі (від 273 до 283 °) lgg - практично лінійна функція від абсолютної температури, як це було знайдено емпірично з різними бактеріями (рис. 11).
У разі підвищення температури тут також можна спостерігати різкий перегин.
У табл. 11 наведені дані по температурному коефіцієнту розмноження бактерій. Температурний коефіцієнт має різні

бактеріїСередаТемпература, ⁰С
від 30 до 37від 20 до 30від 15 до 20від 10 до 15від 5 до 10від 0 до 5
Вул. фекальний [26]молоко1,22,44,48,67
Pseudomonas зр. [27] *1,832,15,144,645,17
Pseudomonas зр. [27]вершки2,531,946,055,077,74
Aer. aerogenes [27]молоко1,623,013,298,998,36
від 20 до 25від 15 до 20від 10 до 15від 4 до 10від 2 до 4по -1 в 2
Achromobacter: зр. № 7 [28]поверхня м'яса1,371,652,053,444,43,93
«№ 483 [28]Те ж »»1,551,752,114,093,763,71
«№ 5 [28]1,381,692,764,384,78
від 4,1 до 8,6від 2,2 до 4,1по -0,2 в 2,2від -2,1 до-0,2
Ps. Шогезсепз [24]М'ясний варений фарш5,563,924,835,14
от4,4 до 7,8від 1,7 до 4,4від 0 до 1,7по -1,8 в 0
Achromobacter зр. [24]Те ж »»5,453,717,966,5
від 6 до 10від 2,5 до 6від 0 до 2,5
Змішана мікрофлора [24] М'ясний сирий фарш2,327,675,02
To жМ'ясні сирі котлети3,96,513,57
від 7 до 18від 0 до 7по -2 в 0
To жсира Kilkee3,064,232,96

* Розраховано нами
значення в різних інтервалах температур, приймемо при болёё низьких температурах цей коефіцієнт приймає великі значення (від ~ 3,5 до ~ 8).
Високе значення температурного коефіцієнта при низьких температурах дуже важливо в практичному відношенні. Воно показує, що навіть дуже невелике відхилення температури в цьому діапазоні може або подовжити термін зберігання продукту або, навпаки, викликати прискорення його псування
Аналогічну температурну залежність показують цвілі. ріс12
. Мал. 12. Зростання цвілі Thamnidium elegans при різних температурах (по Бочаровой)
На рис. 12 видно зміна діаметра колоній Thamnidiumelegans при температурах 20, 10, 5, 2, 0, -5 і -8 °. При температурі -8 ° зростання почалося тільки після 40 днів і був дуже повільним, в той час як при 20, 10 і 5 ° зростання було майже прямолінійним і з дуже малою затримкою [29].
Відмирання мікроорганізмів. При зниженні температури досягається така точка, при якій розмноження мікроорганізмів зовсім припиняється. Мікроорганізми старіють і настає відмирання. Ця точка називається мінімальною температурою зростання.
Для мезофільних мікроорганізмів, температурний мінімум яких лежить вище 0 °, процес відмирання має місце вже при плюсових температурах, т. Е. До замерзання середовища. Для псіхрофілов відмирання настає при температурах нижче 0 °.
Відмирання мікроорганізмів при низьких температурах протікає повільніше, ніж в умовах нагрівання.
Швидкість відмирання мікроорганізмів при інших рівних умовах залежить від видової їх приналежності і віку культури. Швидше руйнуються неспоровие бактерії. З них менш стійкими є бактерії кишкової групи і протей. Значно більш стійкими до холоду з неспорових бактерій виявляються стафілококи.
Спори бактерій і цвілі виживають протягом дуже тривалих термінів при низьких температурах.
Ступінь стійкості різних бактерій при температурі нижче температурного мінімуму зростання в різних незаморожених продуктах показана в табл. 12.
Таблиця 12. Холодостійкість бактерій в різних середовищах при температурі -2 ° (в% від вихідного)

Середа

pH

Витримка,

дні

кишкова

паличка

протей

стафілокок

токсігенний

Рибний бульйон з 3%

36,2

NaCl

6,3

25

2,7

6,2

Салака пряного посола

6,3

30

6

<0,2

-55

Салака дефростірован- ная з додаванням:

3% NaCl

6,6

45

<1

0,1

13

6% NaCl

6,6

45

1

0,1

28

9% NaCl

6,6

45

<1

1

48

молоко

6,3

30

9,6

24,5

27,7

Молочна сироватка . .

5,9

30

2

16

18,8

сметана

5,9

30

7

7,7

88

Сир

4,6

90

0,1

0,1

51

Варена ковбаса . . .

6,3

42

0,1

51


Коли ці бактерії витримувалися в чистій культурі протягом 30 діб при 4, 0 і -2 °, то вони виживали в більшій кількості
Таблиця 13. Холодостійкість бактерій через 30 днів витримки (в% від вихідного)

бактерії

Температура, ° С

4

0

-2

Кишкова паличка . . .

1,5

2,9

14,2

Протей

105

2,2

22,1

стафілококи

4,8

84,0

79,0


при -2 °, ніж при температурах, більш близьких до температурного мінімуму розмноження (табл. 13).
В умовах Заморожування, коли мікроорганізму піддаються сильному впливу середовища, відмирання відбувається швидше, ніж в незаморожених середовищах. В заморожених середовищах стафілококи витримують більш тривале зберігання, ніж психрофільні бактерії. Різниця в швидкості відмирання стафілококів і Психрофільні бактерій в замороженої середовищі можна бачити за даними табл. 14 [30].

Таблиця 14. Холодостійкість бактерій на свіжому свинячому фарші при температурі від -17,8 до -22 ° (в% від вихідного)

Середа

бактерії

Початкове зміст в 1 г, тис.

Після зберігання протягом

1 тижня

1 місяця

5 місяців

10 місяців

18 місяців

Свинина 50% -ної жирності

стафілококи

325

<46

15

12,3

Те ж, 30% -ної жирності

»

425

79

17

Те ж

псіхрофіли

1400

43

10

3

0,3


Щодо високу стійкість до заморожування мають фекальні стрептококи. Так, стерильна куряча підлива інокулював приблизно однаковою кількістю бактерій Esch, coli, Aer. aerogenes, Str. faecalis u Str. faecal, var. liquefaciens і зберігалася при -21 ° протягом 481 дня. Від вихідного вмісту бактерій кишкової палички (5600 тис. В 1 мл) залишилося тільки 66 клітин; від вихідного змісту ентерококів (15 млн. в 1 мл) залишилося 5 млн., т. е. приблизно на рівні вихідного [31].
Різниця в холодостійкості кишкової палички, протея і стафілококів зберігається і в умовах замороженої середовища. Коли ці бактерії, внесені в рибний бульйон, заморожувалися і зберігалися при -18 °, то через 26 днів кількість тих, що вижили бактерій кишкової палички і протея становило лише 10 і 12,5% від вихідного змісту, а кількість стафілококів - 87%, т. Е. Зменшилася лише на 13%. Те ж саме спостерігалося при додаванні до бульйону 6% NaCl. Кількість перших двох бактерій впало до 1,2-0,9% від вихідного, а стафілококів - всього до 13,5%.
Графічне зображення відмирання мікроорганізмів в часі в заморожених субстратах представлено на рис. 13. Кількість життєздатних клітин знижується в значній мірі на першому етапі заморожування - в процесі замерзання середовища. Ті, що вижили мікроорганізми при подальшому зберіганні в замороженої середовищі відмирають повільніше, ніж в процесі замерзання. При температурах нижчих (-30 °) це уповільнення більше, ніж при більш високих температурах (-11 ° і вище) [32].
Це явище спостерігалося при зберіганні дріжджів Saccharomyces cerevisiae, заморожених при -24 °, протягом 77 днів при -24, -15 і -5 ° [33]. Через 25 днів зберігання відповідно залишалося 525 млн., 241 млн. І 34 млн. Від вихідного (1600 млн.); через 77 днів зберігання при -24 і -15 ° залишалося все ще 27 млн. і 5,9 млн .; в зразках, що зберігалися при -4 ° - тільки 4290, т. е. приблизно в 6000 і 1400 разів менше, ніж при -24 і -15 °.
ріс13Мал. 13. Відмирання дріжджів в 5,4% -ому розчині глюкози
Швидкість відмирання цвілі підпорядковується таким самим закономірностям, як і дріжджі. Після витримування засіяних плесенями поживних середовищ при температурах -18, -12 і -8 ° їх поміщали в умовах кімнатної температури [5]. Спостереження показали що культури, які піддавалися впливу температури -18 °, виявилися менш пошкодженими і росли активніше, ніж заморожені при температурах -12 і -10 ° (рис. 14).
Зміна вмісту бактерій на палтусі [34] в процесі зберігання при -10, -15 і -20 ° також показує, що при температурі -10 ° виживає менше бактерій, ніж при -15 і особливо при -20 ° (табл. 15).
Мікроорганізми в вершковому маслі відмирали в більшій кількості, коли воно зберігалося тривалий час при -9 °, ніж при - 18 ° (рис. 15) [29].
ріс14Мал. 14. Зростання цвілі С1ас1о8рогшт ЬегЬагіт після заморожування при температурах -18, -12 і -8 ° (по Бочаровой)
Та ж закономірність щодо відмирання мікроорганізмів спостерігалася при дослідженні молока, риби та яєць [34].
Відмирання мікроорганізмів при різних температурах виявляється ще більш різко в кислих продуктах (табл. 16).

Таблиця 15. Відмирання бактерій при різних температурах (% тих, хто вижив)

Температура зберігання,

Термін зберігання,

ДНІВ

115

178

192

206

220

-10

6,1

3,6

2,1

2,1

2,5

-15

16,8

10,4

3,9

10,0

8,2

-20

50,7

61,0

57,4

55,0

53,2


При аналізі відтанути смородини після 4-місячного зберігання її при температурі -9 ° було знайдено всього 4%, а при температурі -18 ° -80% від вихідного вмісту мікроорганізмів.
У той же час в середовищах з додаванням 0,9% ИаС1 (евтектична точка -21,2 °) дріжджі відмирали швидше при температурі -30 °, ніж при більш високих температурах (рис. 16).
ріс15Мал. 15. Відмирання бактерій у вершковому маслі при температурах -9 і -18 ° (по Бочаровой)
Велика швидкість відмирання мікроорганізмів в незамерзлих середовищах при температурах, більш близьких до мінімальної температури
Таблиця 16. Відмирання мікроорганізмів в заморожених ягодах і соках в залежності від температури (в% до вихідних)

Середапродовжувати
ність
зберігання

Температура
зберігання

% тих, хто вижив

Температура
зберігання
% тих, хто вижив
Полуниця в сиропі [35]

4 міс.

- 10

11

-20

40

Лохина в 50 ° / о-ном сиропі [36]

9 »

-6,7

0,1

- 17,8

40

Ожина в 50% -ному сиропі [37]

24 ВС

- 10

1

-20

25

Апельсиновий сік (42)

по Бріггсу) [38]:

лейконосток

[<1

14

лактобацили

40 днів

-9,4

9,5

-17,8

27

дріжджі)

1 34

61

турі розмноження, ніж при більш низьких температурах, можливо пояснюється більшою швидкістю біохімічних процесів в першому випадку.
ріс16Мал. 16. Відмирання дріжджів в 0,9% -ому розчині NaCl
У замерзлих середовищах більше відмирання мікроорганізмів при більш високих температурах (вище -18 °) пояснюється рядом причин. Одна з них - наявність при більш високих температурах концентрованих розчинів як в середовищі, так і в самій клітині, які діють на протоплазму. При цьому чималу роль відіграє хімічний склад середовища, так як не кожна висококонцентрованих середовище діє згубно на мікроорганізми. Цим, ймовірно, пояснюється висока ступінь відмирання мікроорганізмів в кислих середовищах.
При температурах нижче евтектичною точки розчини переходять в твердий стан і не діють на клітини. Зважаючи на велику виживання мікроорганізмів при температурі-18 ° до продуктів, що закладаються на зберігання слід пред'являти такі ж суворі санітарно-гігієнічні вимоги, як при зберіганні в умовах більш високих температур
Слід зазначити, що велика виживаність мікроорганізмів при -18 °, ніж при -9, -12 °, аж ніяк не суперечить сучасній тенденції зберігання продуктів при більш низьких температурах. Справа в тому, що при більш низьких температурах якість продукту все ж зберігається довше, ніж при більш високих, так як при цьому знижується негативний вплив інших, які не мікробіальних, чинників.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *