inactivarea termica

Legea dupa care are loc inactivarea termica este urmatoarea:

N_o - numarul initial de celule din mediu

t - timpul de sterilizare, minute

N - numarul de celule pe care dorim sa-l obtinem dupa sterilizare

K - o constanta ce depinde de tipul de microorganism, min^-1

Gradul de sterilizare va fi:

În functie de N₀, N se poate calcula t.

În cazul microorganismului Escherichia coli:

Parametrii care caracterizeaza sterilizarea sunt:

D - timpul de reducere decimala reprezinta timpul necesar de mentinere la o anumita temperatura pentru a distruge 90 % din popula&# 141o1421b 355;ia microbiana existenta.

Z   - numarul de grade care determina cresterea de zece ori a valorii D.

Figura 8: Determinarea grafica a parametrilor de sterilizare

Tabelul 4

Parametrii de sterilizare pentru bacteriile sporulate

S-au facut cercetari pentru a stabili care este corelatia dintre timp si temperatura letala.

Tabelul 5

Raportul maxim letal între timp si temperatura pentru o suspensie de 10⁶ celule în mediu apos cu pH = 6,9

Sterilizarea completa, strict necesara în cazul mediilor de cultura, se realizeaza daca la temperatura de sterilizare mentinem un timp suficient care este dependent si de volumul lichidului supus sterilizarii. Daca sterilizam eprubete cu volum de 10-15 ml, regimul termic impus este 12 - 14 minute/121^oC. Daca volumul creste la 1 l atunci timpul de mentinere este de 20-25 de minute. Daca dorim sterilizarea continutului din vase mari (10 l), timpul de mentinere este de 50-55 minute.

În conditii de laborator, la sterilizarea mediilor umede si a mediilor uscate, se pot folosi teste biologice pentru a verifica gradul de sterilizare (durata si timp) necesar pentru inactivarea microorganismelor (se lucreaza cu culturi pure de bacterii rezistente Bacillus sthearotermophillus).

Daca timpul de mentinere la temperaturi letale nu este suficient, atunci inactivarea nu este ireversibila si microorganismele se pot reactiva în timp. Anumite conserve au un grad de conservabilitate limitat deoarece e posibila reactivarea. Bacteria reactivata se poate înmultii la temperaturi diferite de cele optime initiale, datorita posibilelor modificari fiziologice.

Influenta factorului extrinsec - cantitate de apa libera din mediu

Ca factor extrinsec umiditatea, cantitatea de apa libera din mediul ambiant, influenteaza vital activitatea microbiana, de aceea o prima conditie pentru cresterea si înmultirea microorganismelor este prezenta apei libere si a substantelor nutritive în mediu.

Apa are un rol vital pentru microorganisme deoarece:

solubilizeaza substantele nutritive;

este mediul în care au loc reactii enzimatice;

- permite transportul în ambele sensuri prin membrana celulara, din exterior spre interior a substantelor nutritive solubile si spre exterior a catabolitilor (substante care nu mai sunt necesare celulei).

În absenta apei în exteriorul celulei, celula sufera fenomenul de plasmoliza, se reduce continutul de apa al celulei care duce la inactivare enzimatica, la o viata latenta a celulei, stare care poate atrage dupa sine moartea celulelor. La starea de uscaciune cel mai bine rezista endosporii bacterieni, apoi sporii de mucegai (clamidosporii) si alte tipuri de spori, iar în cazul drojdiei, ascosporii sunt rezistenti la uscaciune.

Necesarul de apa libera pentru celula microbiana se exprima sub forma indicelui a_w (water activity) - activitatea apei.

Apa libera, folosita biologic în reactiile de metabolism celular, este de fapt raportul dintre presiunea de vapori a lichidului din substratul nutritiv (p) si presiunea de vapori a apei pure (p_a

La o anumita temperatura, indicele a_w este corelat cu umiditatea relativa a aerului (j

Indicele a_w care permite dezvoltarea microorganismelor este situat în intervalul 0,62-0,99.

Bacteriile sunt cele mai pretentioase si necesita un indice a_w mai ridicat (cresterea are loc spre limita superioara a domeniului), iar microorganismele mai putin pretentioase din punctul de vedere al continutului în apa libera al mediului sunt mucegaiurile, drojdiile osmotolerante si bacteriile halofile.

aderea indicelui a_w are loc nu numai prin uscare ci si prin adaugare în aliment (mediu) a unor saruri sau substante.

Daca indicele a_w este scazut sub valoarea minima, cresterea este oprita indiferent de celelalte conditii. Daca a_w este minim, cresterea este posibila numai daca temperatura este optima si se mentine astfel. Daca a_w este optim atunci microorganismele cresc într-un domeniu mai larg de temperatura.

Tabelul 6

Valori ale indicelui a_w pentru câteva exemple de microorganisme

Cunoasterea comportarii microorganismelor sub aspectul necesarului de apa libera în mediu a condus la aplicatii practice: conservarea prin uscare, conservarea prin sarare, sau în medii cu concentratie 14-20% sare, 70-72 Bx ( un grad Bricks reprezinta cantitatea de zahar în grame la 100 ml solutie).

Deoarece mucegaiurile sunt cel mai putin pretentioase (necesita putina apa libera), reprezinta agentii de alterare a produselor alimentare conservate prin uscare.

Influenta factorului extrinsec - radiatii

Energia radianta manifesta, functie de lungimea de unda si de doza de iradiere, efecte diferentiate asupra populatiei microbiene. Dintre radiatii amintim în ordinea crescatoare a lungimii de unda:

radiatiile ionizante (l < 12nm)

radiatiile ultraviolete (13,6 < l < 400nm)

radiatiile luminoase (600 < l < 800nm)

radiatiile infrarosii (800 < l < 4 x 10⁵nm)

Efectul biologic al radiatiilor depinde de numarul si starea microorganismelor ( microorganismele care prezinta forma sferica sunt mai rezistente la radiatii decât alte forme; mai sensibile sunt bacteriile G(-), apoi cele G(+), drojdia, mucegaiurile, si foarte rezistente sunt virusurile si enzimele).

Radiatiile au eficienta mai mare în prezenta oxigenului datorita formarii prin iradiere a unor radicali liberi cu efect oxidant care determina inactivarea microorganismelor lipsite de catalaza. Prin iradieri repetate poate sa apara radiorezistenta celulelor care se transmite ereditar.

Radiatiile ionizante ( radiatiile a b si g) determina o bombardare a celulei astfel încât energia absorbita sub forma de cuante determina ionizari specifice care conduc la distrugerea structurilor moleculare. Radiatiile ionizante au efect microbicid si pot fi folosite pentru sterilizarea diferitelor medii.

Dintre radiatiile ionizante, în industria alimentara, se folosesc radiatiile g, deoarece au o putere mare de ionizare si pot sa patrunda în produsul iradiat pe o distanta de pâna la 8 cm. Aceste radiatii se folosesc pentru sterilizarea ambalajelor deoarece în alimente determina modificarii de gust (gust de iradiat) si modificari de culoare. Radiatiile ionizante se folosesc pentru sterilizarea vaccinurilor, a unor antibiotice si pentru sterilizarea cartofilor (radacinoaselor), dar iradierea este limitata. Daca doza nu e suficient de mare, enzimele nu sunt inactivate. La carne poate sa apara fenomenul de râncezire (sunt favorizate procese biochimice).

Radiatiile ultraviolete, la lungimea de unda l = 254 nm, au efect letal si se pot folosi pentru sterilizarea aerului din boxele, camerele de inoculare sau din laboratoarele în care se lucreaza cu culturi pure. Au o putere mica de patrundere (pâna la 1 cm în apa si 1-2 mm în lapte) de aceea nu se folosesc decât pentru sterilizarea unor solutii care sunt iradiate sub forma de pelicula. La manipulare, ele ataca retina, deci omul trebuie sa poarte ochelari de protectie.

În afara de efectul letal, ultravioletele se folosesc pentru obtinerea de mutanti, deoarece aceste radiatii sunt absorbite de acizii nucleici si determina modificari în structura secundara a acizilor nucleici. Modificarile sunt neletale si conduc la transmiterea modificata a caracterelor genetice, obtinându-se mutanti care pot prezenta proprietati genetice modificate în sens util. Astfel s-a stabilit ca sub actiunea radiatiilor ultraviolete au loc formari de legaturi între bazele purinice si pirimidinice ale acizilor nucleici.

S-a constatat ca modificarile aduse de ultraviolete se pot corecta si acest lucru se face prin fotoreactivare (în prezenta luminii si a unor enzime specifice se formeaza structura cunoscuta prin refacerea legaturilor initiale) sau prin reactivare la întuneric (celula are posibilitatea sa repare bucati eronate si, în prezenta unor enzime specifice, sa se produca din nou).

Microorganismele care au enzime de reparare a efectului de dimerizare capata o radiorezistenta superioara. Dintre microorganisme cel mai rezistent este Micrococcus radiodurans. Microorganismele sunt de 1000 de ori mai rezistente decât omul la efectul nociv al radiatiilor.

În industria alimentara ultravioletele se folosesc pentru sterilizarea pâinii care este apoi ambalata ermetic.

Radiatiile luminoase sunt favorabile dezvoltarii bacteriilor fotosintetizante. Scotobacteriile prefera semiîntunericul. Unele microorganisme sporuleaza mai intens la lumina si produc o cantitate mai mare de pigmenti.

Radiatiile infrarosii si manifesta efectul caloric.

Influenta factorului extrinsec - energie sonica (ultrasunete)

Energie sonica (ultrasunetele), functie de frecventa, poate sa conduca la distrugerea fizica a celulelor microbiene prin fenomenul de cavitatie. Ultrasunetele cu n > 16000Hz, datorita frecventei, determina rupturi la nivel celular, apar germenii de cavitatie sub forma unor bule de gaz. Acestia, în stare de comprimare, suporta presiuni ridicate, iar în faza de destindere explodeaza si determina rupturi la nivel macromolecular. Ultrasunetele se folosesc pentru sterilizarea apei, a unor substante farmaceutice si pentru extragere din celule a unor componente intracelulare.

Agitarea modifica cresterea si deranjeaza dezvoltarea sub forma de valuri a microflorei aerobe. Prin agitare se produce o aerare a mediului si are loc o inactivare a microorganismelor anaerobe (apele repezi care curg cu viteza mai mare sunt mai pure decât cele mai line).

Agitarea ca operatie este folosita la cultivarea microorganismelor deoarece ele vin în contact mai bine cu mediul nutritiv si, în cazul mucegaiurilor, acestea dezvolta numai miceliul vegetativ si produc cu randament mai mare substante valoroase: enzime, vitamine, acizi.

Influenta factorului extrinsec - presiunea

Microorganismele sunt rezistente la presiuni ridicate (pâna la 3000 atm); nu este influentata celula datorita dimensiunilor mici.

Exista microorganisme adaptate la presiunea hidrostatica, care se dezvolta în profunzimea marilor si a oceanelor - bacterii barofile (presiunea hidrostatica 600 atm).

Exista bacterii halofile care rezista la concentratii ridicate de sare, zahar:

Halobacterium, Halococcus;

Drojdii din genul Zigosaccharomyces rezistente la concentratii de 70% zahar;

Drojdii din genul Debaryomyces rezistente la concentratii de 15% NaCl.

5.1.2 Factori extrinseci de natura mecanica

Îndepartarea celulelor microbiene din diferite medii se realizeaza prin operatii a caror influenta se manifesta în functie de viteza cu care se produce separarea biomasei.