Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật

Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật

Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật:

với tác dụng cực đại vi khuẩn ngừng sinh trưởng và thường chết

Thích hợp

Thấp nhất Cao nhất

Cường độ tác dụng của yếu tố bên ngoài

Đồ thị biểu diễn tác dụng của yếu tố bên ngoài lên vi sinh vật

Mức độ tác động của yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật được quyết định bởi

các yếu tố sau:

- Tính chất và cường độ tác tác dụng

- Đặc tính của cơ thể vi sinh vật

- Trạng thái môi trường mà vi sinh vật tồn tại

- Quan hệ giữa các yếu tố ngoại cảnh với nhau

- Thời gian tác động

Tác dụng có hại của các yếu tố bên ngoài đối với vi sinh vật thể hiện chủ yếu

ở những biến đổi sau:

- Phá huỷ thành tế bào

- Làm biến đổi tính thấm của màng nguyên sinh chất

- Làm thay đổi đặc tính keo của nguyên sinh chất

- Kìm hãm hoạt tính của các enzim

- Phá huỷ quá trình sinh tổng hợp của tế bào

Các yếu tố ngoại cảnh tác dụng lên tế bào vi sinh vật thuộc 3 nhóm: yếu tố

vật lý, yếu tố hoá học và yếu tố sinh vật học

1 Ảnh hưởng của nhân tố vật lý đến vi sinh vật:

ứng hoá học xảy ra trong tế bào

Đa số vi khuẩn thuộc nhóm ưa nước (hydrophil)

nghĩa là chúng cần nước ở

dạng tự do dễ hấp thụ, chỉ có một số xạ khuẩn thuộc nhóm ưa khô (xerophilic) vì

chúng sử dụng được cả nước hydroscopic gắn trền bề mặt các hạt đất ở dạng các

P

aw =

P0

Trong đó: P là áp suất hơi nước của dung dịch

Po là áp suất hơi nước của 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

được trong phạm vi aw = 0,63 – 0,99

Khi thiếu nước sẽ xảy ra hiện tượng loại nước ra khỏi

tế bào, trao đổi chất bị

giảm và tế bào có thể bị chết Sức đề kháng của vi sinh vật với trạng thái khô là

khác nhau và phụ thuộc vào:

- Nguồn gốc vi sinh vật: vi sinh vật trong không khí chịu khô tốt hơn vi sinh

vật trong đất, vi sinh vật trong đất chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong nước

- Loại hình vi sinh vật: sức đề kháng của xạ khuẩn tốt hơn nấm men, nấm

men tốt hơn vi khuẩn và vi khuẩn tốt hơn nấm mốc Ngay trong một nhóm vi sinh

vật thì sức đề kháng của các loài vi sinh vật khác

nhau là không giống nhau, ví dụ:

một số đơn cầu khuẩn G- nếu thiếu nước một vài giờ

sẽ bị chết , trong khi đó các

loài Streptococcus có thể chịu được hàng tuần, đặc

biệt trực khuẩn lao

(Micobacterim tuberculosis) có sức đề kháng cao với

sự khô trong không khí

- Trạng thái tế bào: tế bào già chịu khô tốt hơn tế bào non, bào tử chịu khô

tốt hơn tế bào tế bào dinh dưỡng

Đa số vi sinh vật đất phát triển mạnh mẽ nhất ở độ

ẩm đồng ruộng 60 –

80% (vi khuẩn cố định đạm hiếu khí sinh trưởng

được ở độ ẩm 40 – 80%, vi khuẩn

nitrat hoá sinh trưởng được ở độ ẩm 60 – 70%) Do

đó việc đảm bảo độ ẩm trong

đất có ý nghĩa quyết định hoạt tính sinh học của đất Hoạt đông của vi sinh vật sẽ bị

ức chế nếu đất thiếu ẩm, trong điều kiện đất khô hạn quá (độ ẩm dưới 40% độ ẩm

bão hoà) thì mọi quá trình sinh học trong đất sẽ bị ngừng trệ

Ứng dụng: do vi sinh vật cần độ ẩm nhất định để sinh trưởng và phát triển

cho nên bằng cách phơi khô, sấy khô hoặc đông khô

có thể bảo quản được lâu dài

nông sản, thực phẩm và các nguyên liệu khác

Hoạt động của vi sinh vật bị giới hạn trong môi

trường chứa nước ở dạng có thể hấp

thụ Vùng này của nước nằm từ 20 đến 1000C gọi là vùng sinh động học

Nhiệt độ cao làm biến tính protein, các enzim bị mất hoạt tính, ngoài ra nhiệt

độ cao còn phá hoại màng nguyên sinh chất và làm bất hoạt ARN Do đó ở nhiệt độ

cao vi sinh vật có thể bị tiêu diệt Các vi khuẩn không sinh bào tử thường chỉ chịu

được 60oC trong vòng 30 phút, 70oC trong 10 – 15 phút, 80 – 100oC trong 30 – 60

giây Như vậy nhiệt độ cao trên 65oC sẽ gây tác hại cho vi sinh vật, ở nhiệt độ trên

100oC hầu hết tế bào sinh dưỡng bị tiêu diệt trong một thời gian nhất định Sức đề

kháng của vi sinh vật đối với nhiệt độ cao phụ thuộc vào từng loài vi sinh vật, tuổi

tế bào, có hay không có bào tử, ngoài ra còn phụ

thuộc vào điều kiện môi trường

(pH, áp suất thẩm thấu, thành phần chất hữu cơ trong môi trường) Đây chính là cơ

sở cho việc xác định biện pháp khử trùng ở nhiệt độ cao có hiệu quả

Nhiệt độ thấp (dưới vùng sinh động học) có thể làm bất hoạt quá trình vận

chuyển các chất hoà tan qua màng nguyên sinh chất

do thay đổi cấu hình không

gian của một số permeaza chứa trong màng hoặc ảnh hưởng đến việc hình thành và

tiêu thụ ATP cần thiết cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng Vi

sinh vật thường chịu được nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ dưới điểm băng hoặc thấp hơn

chúng không thể hiện hoạt động trao đổi chất rõ rệt Sức đề kháng của vi sinh vật

đối với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hình vi sinh vật, trạng thái sinh lý của tế

bào vi sinh vật cũng như thành phần môi trường

Để bảo quản giống vi sinh vật, thực phẩm và các vật liệu cần thiết người ta

dùng phương pháp làm lạnh Tuy nhiên cần chú ý sử dụng phương pháp làm lạnh

người ta chia vi sinh vật thành 3 nhóm:

- Nhóm vi sinh vật ưa lạnh (psychrophilic): sinh

trưởng được ở nhiệt độ từ 0

- 20oC, và tốt nhất là 10oC Nhóm vi sinh vật này thường phân bố trong nước biển,

các ao hồ và suối nước lạnh, trong các 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 của nhóm vi sinh vật

- Nhóm vi sinh vật ưa nóng (thermophilic): sinh

trưởng được ở nhiệt độ từ 45

– 50oC; 50 – 60oC; 70 – 80 oC Các vi sinh vật ưa nóng gồm chủ yếu là xạ khuẩn, vi

khuẩn sinh bào tử, nấm mốc thường gặp ở các bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng,

vùng núi lửa

80

Đặc biệt còn có một số vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt, đó là nhóm vi sinh

vật có khả năng sinh trưởng trên nhiệt độ sôi của

nước như vi khuẩn Pyrodium

occultum ở 110oC, Pyrococcus woesei ở 104,8oC, Thermococcus celer ở 103oC,

virut HIV chịu được nhiệt độ 1000C trong 30 phút

vật khác Căn cứ vào sự thích ứng với oxy của vi sinh vật, người ta chia vi sinh vật

sinh vật khác, do đó khi oxy bị hạn chế thì sinh

trưởng của nhóm này bị chậm lại

Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng tốt ở nồng độ oxy 1 – 15%

- Vi sinh vật kỵ khí: không thể sinh trưởng trong môi trường có oxy, thậm

chí một số vi sinh vật bị chết khi tiếp xúc với oxy

- Vi sinh vật tuỳ tiện: có thể sinh trưởng trong môi trường có đủ hoặc thiếu

oxy, có hoặc không có oxy Trong điều kiện không

có oxy chúng thu năng lượng

tia tử ngoại, tia X, tia gamma và tia vũ trụ

Ánh sáng mặt trời: là nguồn tia chiếu tự nhiên nhất

có tác dụng phá huỷ tế

bào vi sinh vật (trừ nhóm vi khuẩn dinh dưỡng quang năng) do tia UV (2900 – 4000

Ao) trực tiếp tác động lên tế bào hoặc có thể gián tiếp

do tạo ra các chất độc loại

peroxit trong môi trường có chứa vi sinh vật Tác

dụng này sẽ bị yếu đi nếu tế bào

có vỏ nhầy, có chứa sắc tố, có bào tử và tăng cường hơn khi vi sinh vật được xử lý

bằng thuốc nhuộm như metilen, eritrozin, xanh

- Chiều dài bước sóng: Tia tử ngoại có bước sóng

nhiên nếu có mặt thuốc nhuộm (eosin, eritrosin) nồng

Tia bức xạ ion hoá: các tia bức xạ có bước sóng ngắn

như tia X (0,06 – 136

Ao), tia γ (0,006 – 1,4 Ao) sẽ có năng lượng lớn đủ

để gây ion hoá các phân tử, tách

các electrron và phân huỷ các phân tử thành các

nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử

được gọi là tia bức xạ ion hoá

Tia bức xạ ion hoá gây tác dụng trực tiếp làm phá huỷ các thành phần quan

trọng và đặc biệt nhạy cảm của tế bào như ADN,

protein và tác dụng gián tiếp do sự

hình thành các gốc oxy hoá hoạt động làm hư hại

ADN và protein tế bào Ví dụ:

phân tử H2O bị tách thành OH- và H+, gốc OH- rất hoạt động sẽ gây hư hại ADN và

protein

Người ta sử dụng các tia bức xạ ion hoá trong công tác khử trùng, tiêu độc,

trong bảo quản chế biến và trong tác y, vi sinh vật học (gây đột biến, phá huỷ các

độc tố vi khuẩn)

e Nồng độ các chất hoà tan (áp suất thẩm thấu):

Màng nguyên sinh chất là một màng bán thấm Áp suất thẩm thấu của tế bào

vi sinh vật thường ở 5 – 20 atm, do vậy chúng cần môi trường có áp suất thẩm thấu

tương ứng Áp suất thẩm thấu của môi trường được quyết định bởi nồng độ các chất

hoà tan trong môi trường mà vi sinh vật tồn tại

Trong môi trường ưu trương (hypertonic) tức là môi trường có áp suất thẩm

thấu cao, tế '62ào vi sinh vật bị co nguyên sinh chất

do bị mất nước, tế bào bị khô

sinh lý và sẽ bị chết nếu kéo dài Do đó trong thực tế người ta thường bảo quản và

chế biến thực phẩm (muối dưa, cà, ướp thịt, cá, làm mứt ) bằng cách dùng môi

trường có nồng độ chất tan cao (nồng độ muối 15 – 20%, nồng độ đường 50 –

80%) Với nồng độ chất tan như vậy để tạo áp suất thẩm thấu khoảng 100 atm, cao

hơn rất nhiều so với giới hạn áp suất thẩm thấu mà vi sinh vật tồn tại được (5 – 20

atm ứng với nồng độ muối dưới 2% và đường 20 – 30%)

Trong môi trường nhược trương (hypotonic), tế bào