Đang tải... (xem toàn văn)
Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật
Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật: 77 Sự sinh trưởng phát triển vi sinh vật có quan hệ mật thiết với yếu tố ngoại cảnh Yếu tố ngoại cảnh đẩy mạnh, hay ức chế đình trình sinh trưởng, phát triển vi sinh vật Đa số yếu tố có đặc tính tác dụng chung biểu điểm hoạt động: tối thiểu, tối thích cực đại Với tác dụng tối thiểu yếu tố môi trường vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng mở đầu trình trao đổi chất, với tác dụng tối thích vi sinh vật sinh trưởng với tốc độ cực đại biểu hoạt tính trao đổi chất trao đổi lượng lớn nhất, với tác dụng cực đại vi khuẩn ngừng sinh trưởng thường chết Thích hợp Thấp Cao Cường độ tác dụng yếu tố bên Đồ thị biểu diễn tác dụng yếu tố bên lên vi sinh vật Mức độ tác động yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật định yếu tố sau: - Tính chất cường độ tác tác dụng - Đặc tính thể vi sinh vật - Trạng thái môi trường mà vi sinh vật tồn - Quan hệ yếu tố ngoại cảnh với - Thời gian tác động Tác dụng có hại yếu tố bên ngồi vi sinh vật thể chủ yếu biến đổi sau: - Phá huỷ thành tế bào - Làm biến đổi tính thấm màng nguyên sinh chất - Làm thay đổi đặc tính keo nguyên sinh chất - Kìm hãm hoạt tính enzim - Phá huỷ trình sinh tổng hợp tế bào Các yếu tố ngoại cảnh tác dụng lên tế bào vi sinh vật thuộc nhóm: yếu tố vật lý, yếu tố hoá học yếu tố sinh vật học Ảnh hưởng nhân tố vật lý đến vi sinh vật: a Độ ẩm: Hầu hết trình sống vi sinh vật có liên quan đến nước độ ẩm yếu tố quan trọng môi trường Hàm lượng nước tế bào vi sinh vật cao: vi khuẩn 75 – 85%, nấm men 73 – 82%, nấm mốc 84 – 90% Nước 78 mơi trường hồ tan chất dinh dưỡng trước hấp thụ vào tế bào, đảm bảo cân áp suất thẩm thấu, nước cần thiết cho việc thực phản ứng hoá học xảy tế bào Đa số vi khuẩn thuộc nhóm ưa nước (hydrophil) nghĩa chúng cần nước dạng tự dễ hấp thụ, có số xạ khuẩn thuộc nhóm ưa khơ (xerophilic) chúng sử dụng nước hydroscopic gắn trền bề mặt hạt đất dạng phân tử Nhu cầu vi sinh vật nước biểu thị cách định lượng độ hoạt động nước (water activity, aw) môi trường P aw = P0 Trong đó: P áp suất nước dung dịch Po áp suất nước nước nguyên chất Nước nguyên chất có aw = 1, nước biển có aw = 0,980, máu người có aw = 0,995, cá muối có aw =0,750, kẹo, mứt có aw = 0,700 Đa số vi sinh vật sinh trưởng phạm vi aw = 0,63 – 0,99 Khi thiếu nước xảy tượng loại nước khỏi tế bào, trao đổi chất bị giảm tế bào bị chết Sức đề kháng vi sinh vật với trạng thái khô khác phụ thuộc vào: - Nguồn gốc vi sinh vật: vi sinh vật khơng khí chịu khơ tốt vi sinh vật đất, vi sinh vật đất chịu khô tốt vi sinh vật nước - Loại hình vi sinh vật: sức đề kháng xạ khuẩn tốt nấm men, nấm men tốt vi khuẩn vi khuẩn tốt nấm mốc Ngay nhóm vi sinh vật sức đề kháng lồi vi sinh vật khác khơng giống nhau, ví dụ: số đơn cầu khuẩn G- thiếu nước vài bị chết , lồi Streptococcus chịu hàng tuần, đặc biệt trực khuẩn lao (Micobacterim tuberculosis) có sức đề kháng cao với khơ khơng khí - Trạng thái tế bào: tế bào già chịu khô tốt tế bào non, bào tử chịu khô tốt tế bào tế bào dinh dưỡng Đa số vi sinh vật đất phát triển mạnh mẽ độ ẩm đồng ruộng 60 – 80% (vi khuẩn cố định đạm hiếu khí sinh trưởng độ ẩm 40 – 80%, vi khuẩn nitrat hoá sinh trưởng độ ẩm 60 – 70%) Do việc đảm bảo độ ẩm đất có ý nghĩa định hoạt tính sinh học đất Hoạt đơng vi sinh vật bị ức chế đất thiếu ẩm, điều kiện đất khô hạn (độ ẩm 40% độ ẩm bão hồ) q trình sinh học đất bị ngừng trệ Ứng dụng: vi sinh vật cần độ ẩm định để sinh trưởng phát triển cách phơi khô, sấy khơ đơng khơ bảo quản lâu dài nông sản, thực phẩm nguyên liệu khác b Nhiệt độ: Hoạt động trao đổi chất vi sinh vật coi kết hàng loạt phản ứng hố học tế bào Vì phản ứng phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt 79 độ nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng ảnh hưởng sâu sắc đến trình sống tế bào Hoạt động vi sinh vật bị giới hạn mơi trường chứa nước dạng hấp thụ Vùng nước nằm từ 20 đến 1000C gọi vùng sinh động học Nhiệt độ cao làm biến tính protein, enzim bị hoạt tính, ngồi nhiệt độ cao phá hoại màng nguyên sinh chất làm bất hoạt ARN Do nhiệt độ cao vi sinh vật bị tiêu diệt Các vi khuẩn không sinh bào tử thường chịu 60oC vòng 30 phút, 70oC 10 – 15 phút, 80 – 100oC 30 – 60 giây Như nhiệt độ cao 65oC gây tác hại cho vi sinh vật, nhiệt độ 100oC hầu hết tế bào sinh dưỡng bị tiêu diệt thời gian định Sức đề kháng vi sinh vật nhiệt độ cao phụ thuộc vào lồi vi sinh vật, tuổi tế bào, có hay khơng có bào tử, ngồi cịn phụ thuộc vào điều kiện môi trường (pH, áp suất thẩm thấu, thành phần chất hữu mơi trường) Đây sở cho việc xác định biện pháp khử trùng nhiệt độ cao có hiệu Nhiệt độ thấp (dưới vùng sinh động học) làm bất hoạt q trình vận chuyển chất hồ tan qua màng ngun sinh chất thay đổi cấu hình khơng gian số permeaza chứa màng ảnh hưởng đến việc hình thành tiêu thụ ATP cần thiết cho trình vận chuyển chủ động chất dinh dưỡng Vi sinh vật thường chịu nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ điểm băng thấp chúng hoạt động trao đổi chất rõ rệt Sức đề kháng vi sinh vật nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hình vi sinh vật, trạng thái sinh lý tế bào vi sinh vật thành phần môi trường Để bảo quản giống vi sinh vật, thực phẩm vật liệu cần thiết người ta dùng phương pháp làm lạnh Tuy nhiên cần ý sử dụng phương pháp làm lạnh thích hợp để đáp ứng yêu cầu Vùng nhiệt sinh trưởng vi sinh vật giới hạn nhiệt độ cực tiểu nhiệt độ cực đại Giới hạn vi sinh vật khác khác nhau, vi khuẩn sống hoại sinh giới hạn tương đối rộng vi khuẩn gây bệnh giới hạn lại hẹp Căn vào giới hạn nhiệt độ sinh trưởng vi sinh vật mà người ta chia vi sinh vật thành nhóm: - Nhóm vi sinh vật ưa lạnh (psychrophilic): sinh trưởng nhiệt độ từ - 20oC, tốt 10oC Nhóm vi sinh vật thường phân bố nước biển, ao hồ suối nước lạnh, kho lạnh bảo quản thực phẩm ví dụ : vi khuẩn phát quang Photobacterium ficheri, vi khuẩn Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligenes gây hư hỏng thực phẩm Hoạt tính trao đổi chất nhóm vi sinh vật thường thấp - Nhóm vi sinh vật ưa ấm (mesophilic): sinh trưởng nhiệt độ 20 – 25oC; 30 – 370C; 40 – 45oC Đa số vi sinh vật thuộc nhóm này, bao gồm nấm men, nấm mốc, vi khuẩn hoại sinh, vi khuẩn gây bệnh cho người động vật - Nhóm vi sinh vật ưa nóng (thermophilic): sinh trưởng nhiệt độ từ 45 – 50oC; 50 – 60oC; 70 – 80 oC Các vi sinh vật ưa nóng gồm chủ yếu xạ khuẩn, vi khuẩn sinh bào tử, nấm mốc thường gặp bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng, vùng núi lửa 80 Đặc biệt cịn có số vi sinh vật có khả chịu nhiệt, nhóm vi sinh vật có khả sinh trưởng nhiệt độ sơi nước vi khuẩn Pyrodium occultum 110oC, Pyrococcus woesei 104,8oC, Thermococcus celer 103oC, virut HIV chịu nhiệt độ 1000C 30 phút c Khơng khí: Oxy chất có vai trị quan trọng sinh trưởng vi sinh vật, oxy cần cho nhóm vi sinh vật lại gây độc nhóm vi sinh vật khác Căn vào thích ứng với oxy vi sinh vật, người ta chia vi sinh vật thành nhóm: - Vi sinh vật hiếu khí: sinh trưởng khí chứa 21% O2 Chúng cần nhiều lượng từ oxy hoá chất dinh dưỡng so với nhóm vi sinh vật khác, oxy bị hạn chế sinh trưởng nhóm bị chậm lại Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng tốt nồng độ oxy – 15% - Vi sinh vật kỵ khí: khơng thể sinh trưởng mơi trường có oxy, chí số vi sinh vật bị chết tiếp xúc với oxy - Vi sinh vật tuỳ tiện: sinh trưởng mơi trường có đủ thiếu oxy, có khơng có oxy Trong điều kiện khơng có oxy chúng thu lượng lên men d Các tia xạ: Ánh sáng gây biến đổi hố học dẫn đến tổn thương sinh học tế bào hấp thụ Mức độ gây hại ánh sáng tuỳ thuộc vào mức lượng lượng tử ánh sáng hấp thụ mức lượng lượng tử lại phụ thuộc gián tiếp vào chiều dài sóng tia chiếu Thường tia sóng có chiều dài khoảng 10.000 Ao gây tác hại cho vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia gamma tia vũ trụ Ánh sáng mặt trời: nguồn tia chiếu tự nhiên có tác dụng phá huỷ tế bào vi sinh vật (trừ nhóm vi khuẩn dinh dưỡng quang năng) tia UV (2900 – 4000 Ao) trực tiếp tác động lên tế bào gián tiếp tạo chất độc loại peroxit mơi trường có chứa vi sinh vật Tác dụng bị yếu tế bào có vỏ nhầy, có chứa sắc tố, có bào tử tăng cường vi sinh vật xử lý thuốc nhuộm metilen, eritrozin, xanh toluidin Tia tử ngoại (tia cực tím – UV) có bước sóng từ 100 – 3.000 Ao kìm hãm sinh trưởng, gây đột biến gen, cải biến tính chất di truyền, giết chết vi sinh vật Tác dụng tia tử ngoại phụ thuộc vào: - Loại hình vi sinh vật - Liều lượng thời gian chiếu - Chiều dài bước sóng: Tia tử ngoại có bước sóng 2537 – 2650 Ao có tác dụng mạnh - Trạng thái môi trường: môi trường có mặt xistin (hợp chất có chứa SH) hạn chế tác dụng hợp chất hấp thụ tia tử ngoại, bảo vệ vi sinh vật, nhiên có mặt thuốc nhuộm (eosin, eritrosin) nồng độ 0,01% tăng cường tác dụng 81 Do lực xuyên sâu tia tử ngoại kém, xuyên qua lớp nước thuỷ tinh mỏng nên chúng thường sử dụng để khử trùng khơng khí phịng mổ, buồng cấy Tia xạ ion hoá: tia xạ có bước sóng ngắn tia X (0,06 – 136 Ao), tia γ (0,006 – 1,4 Ao) có lượng lớn đủ để gây ion hoá phân tử, tách electrron phân huỷ phân tử thành nguyên tử nhóm nguyên tử gọi tia xạ ion hoá Tia xạ ion hoá gây tác dụng trực tiếp làm phá huỷ thành phần quan trọng đặc biệt nhạy cảm tế bào ADN, protein tác dụng gián tiếp hình thành gốc oxy hố hoạt động làm hư hại ADN protein tế bào Ví dụ: phân tử H2O bị tách thành OH- H+, gốc OH- hoạt động gây hư hại ADN protein Người ta sử dụng tia xạ ion hố cơng tác khử trùng, tiêu độc, bảo quản chế biến tác y, vi sinh vật học (gây đột biến, phá huỷ độc tố vi khuẩn) e Nồng độ chất hoà tan (áp suất thẩm thấu): Màng nguyên sinh chất màng bán thấm Áp suất thẩm thấu tế bào vi sinh vật thường – 20 atm, chúng cần mơi trường có áp suất thẩm thấu tương ứng Áp suất thẩm thấu môi trường định nồng độ chất hồ tan mơi trường mà vi sinh vật tồn Trong môi trường ưu trương (hypertonic) tức mơi trường có áp suất thẩm thấu cao, tế '62ào vi sinh vật bị co nguyên sinh chất bị nước, tế bào bị khô sinh lý bị chết kéo dài Do thực tế người ta thường bảo quản chế biến thực phẩm (muối dưa, cà, ướp thịt, cá, làm mứt ) cách dùng mơi trường có nồng độ chất tan cao (nồng độ muối 15 – 20%, nồng độ đường 50 – 80%) Với nồng độ chất tan để tạo áp suất thẩm thấu khoảng 100 atm, cao nhiều so với giới hạn áp suất thẩm thấu mà vi sinh vật tồn (5 – 20 atm ứng với nồng độ muối 2% đường 20 – 30%) Trong môi trường nhược trương (hypotonic), tế bào vi sinh vật bị trương nguyên sinh chất hút nước nhiều, nhiên thành tế bào vi sinh vật vững nên không xảy tượng vỡ sinh chất ... trọng sinh trưởng vi sinh vật, oxy cần cho nhóm vi sinh vật lại gây độc nhóm vi sinh vật khác Căn vào thích ứng với oxy vi sinh vật, người ta chia vi sinh vật thành nhóm: - Vi sinh vật hiếu khí: sinh. .. gốc vi sinh vật: vi sinh vật khơng khí chịu khơ tốt vi sinh vật đất, vi sinh vật đất chịu khô tốt vi sinh vật nước - Loại hình vi sinh vật: sức đề kháng xạ khuẩn tốt nấm men, nấm men tốt vi khuẩn... Sức đề kháng vi sinh vật nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hình vi sinh vật, trạng thái sinh lý tế bào vi sinh vật thành phần môi trường Để bảo quản giống vi sinh vật, thực phẩm vật liệu cần thiết