Влияние излучений окружающей среды

Влияние лучистой энергии проявляется по-разному, но под ее воздействием происходят изменения на физическом и (или) химическом уровне в клетках микроорганизмов и окружающей среде. Эти изменения вызываются только поглощенными лучами, а в клетках микроорганизмов содержатся структуры, допускающие поглощение энергии. Энергия излучения переносится определенными порциями, которые называются кванты.

Количество энергии зависит от длины волны (чем меньше длина волны света, тем больше он дает энергии). Следовательно, воздействие облучения зависит от проникающей способности лучей. Энергия радиации при длине волны от 1200 нм (инфракрасное (ИК) излучение, ИК-лучи) до 200 нм (ультрафиолетовое (УФ) излучение, УФ-лучи) способна произвести фотохимические изменения в поглощающих молекулах и атомах, а при длине менее 200 нм вызывает ионизацию молекул. Для уничтожения микроорганизмов применяют ультрафиолетовое и рентгеновское облучение.

Свет. В природе микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию света и солнечной радиации. Но необходим свет для жизни только фотосинтезирующих микробов (например, цианобактерий, зеленых и пурпурных бактерий), которые в процессе фотосинтеза используют световую энергию для ассимиляции углекислого газа. Не способные к фотосинтезу микроорганизмы хорошо развиваются без доступа света.

Солнечные лучи оказывают губительное действие на микроорганизмы. Два часа на ярком солнце позволяют полностью продезинфицировать некоторые предметы (например, стеклянную емкость). Пигментсодержащие бактерии более устойчивы к действию света и солнечной радиации. Интересно, что патогенные бактерии в основном менее устойчивы к негативному действию света, чем сапрофитные.

Инфракрасные лучи. Энергия инфракрасных лучей (длина волны более 760 нм) недостаточна, чтобы вызвать изменения в поглощающих их элементах микробной клетки. В основном эта энергия превращается в тепло, которое и оказывает губительное действие на микроорганизмы. ИК-излучение используется для термической обработки, в том числе пищевых продуктов.

Ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовые лучи (длина волны 10—400 нм, наиболее действенны в области 250—280 нм) представляют собой наиболее активную часть солнечного света, именно они обусловливают его бактерицидное действие. Они вызывают фотохимические изменения в среде и элементах микробных клеток. Сила воздействия УФ-лучей на микроорганизмы зависит от многих факторов: дозы облучения (т.е. величины поглощенной энергии), pH объекта, степени контаминации (обсеменения микроорганизмами) субстрата, температуры и др.

Воздействие УФ-лучей проявляется прежде всего в инактивации ферментов микроорганизмов и повреждении молекул наиболее важных веществ клеток. Важно, что в самой облучаемой среде могут образовываться вещества, оказывающие негативное воздействие на микроорганизмы (озон, пероксид водорода и др.).

Интересно, что малые дозы облучений стимулируют жизнедеятельность микроорганизмов. Дозы меньше губительных могут приводить к нарушению обмена веществ, изменять свойства микроорганизмов, вызывать наследственные изменения. В некоторых случаях это полезно — например, для получения культур микроорганизмов, хороших продуцентов антибиотиков, ферментов и других биологически активных веществ. Воздействие больших доз облучения приводит к гибели микроорганизмов. Но даже при большой дозе облучения (естественно, ниже смертельной) возможно восстановление нормальной жизнедеятельности многих микробов. Различные микроорганизмы неодинаково чувствительны к одной и той же дозе облучения. Пигментные бактерии, содержащие каротиноидные пигменты, чрезвычайно стойки, так как эти пигменты обладают защитными свойствами против УФ-лучей. Более устойчивы к действию УФ-лучей споры бактерий, чем вегетативные клетки. Споры грибов более выносливы, чем мицелий.

В настоящее время УФ-лучи применяют при изготовлении бактерицидных ламп (это аргоно-ртутные лампы низкого давления), используемых для дезинфекции воздуха холодильных камер, лечебных и производственных помещений, пищевых продуктов при розливе, товаров при фасовке и упаковке, для обеззараживания тары, упаковочных материалов, оборудования и т. д. Бактерицидные свойства УФ-лучей успешно применяют для дезинфекции питьевой воды.

Использование УФ-лучей для стерилизации пищевых продуктов является делом сложным, так как проникающая способность у этих лучей низкая и их действие проявляется в тонком слое или только на поверхности. Тем ни менее облучение охлажденного мяса позволяет хранить его в дватри раза дольше. Хорошие результаты дает стерилизация соков и вин (при обработке их в топком слое) — это так называемая холодная стерилизация. Но имеются сведения об ухудшении вкусовых и пищевых характеристик продуктов, не говоря о безопасности — пока еще многое не изучено до конца.

Ионизирующие излучения (рентгеновские лучи, альфа-частицы, гамма-излучение и др.). Расщепление атомных ядер радиоактивных элементов сопровождается излучением альфа-, бета- (высокоскоростные электроны) и гамма-лучей (коротковолновые рентгеновские лучи). Энергия лучей с длиной волны 10 нм и менее велика, в связи с чем эти лучи химически и биологически чрезвычайно активны. Гамма-лучи менее активны, чем альфа-лучи, и действуют на микроорганизмы значительно слабее, чем на высшие организмы.

Очень малые дозы активизируют жизнедеятельность микроорганизмов, в низких дозах ионизирующая радиация оказывает на микроорганизмы мутагенное действие, в высоких — вызывает гибель. Однако обнаружены бактерии из рода Pseudomonas, обитающие в ядерных реакторах. Смертельная доза для микробов во много раз выше, чем для макроорганизмов. Радиоактивные излучения способны вызывать ионизацию молекул и атомов (образуются положительно и отрицательно заряженные ионы), которая сопровождается разрушением молекулярных структур. При радиоактивном облучении могут образовываться свободные радикалы, атомарный водород, пероксиды, которые способны вызывать химические реакции, не свойственные клетке. В результате происходят необратимые нарушения обмена веществ, разрушаются ферменты, изменяются внутриклеточные структуры.

В настоящее время ведутся работы по использованию ионизирующих излучений для стерилизации различных материалов, консервирования и др. Но проблема появления в продукте наведенной радиации очень серьезна. Кроме того, необходимые дозы радиации вызывают нежелательные изменения органолептических свойств многих продуктов.

Радиоволны. Они представляют собой электромагнитные волны, которые имеют достаточно большой диапазон длин волн: от миллиметров до километров. Они возникают при изменении электрического поля, появлении переменного тока высокой (ВЧ) и сверхвысокой частот (СВЧ). В электромагнитном иоле электрическая энергия преобразуется в тепловую, объект крайне быстро нагревается и гибель микроорганизмов наступает в результате теплового воздействия. Сверхвысокочастотная электромагнитная обработка продовольственных товаров применяется для разогрева, варки, размораживания и др. Время приготовления сокращается во много раз, но сравнению с традиционным способом тепловой обработки, хорошо сохраняются свойства продукта, микроорганизмы погибают, но безопасность такого воздействия для человека пока остается недоказанной.

Ультразвук. Это механические колебания с частотами более 20 кГц (герц — одно колебание в секунду). Человек не слышит ультразвуковые волны, но они обладают большой механической энергией и могут распространяться в различных средах, вызывая различные физические, химические и биологические явления. Гибель микроорганизмов зависит от механического и электрохимического действия энергии ультразвука. Происходят распад высокомолекулярных соединений, коагуляция белков, инактивация ферментов. Под воздействием ультразвука происходит разрушение клеток микроорганизмов.

Ультразвуковые волны малой мощности могут ускорять отдельные физиологические процессы микроорганизмов, но бактерицидное действие ультразвука начинает проявляться при большой интенсивности. Вегетативные клетки слабее спор, притом что микроорганизмы обладают разной чувствительностью к воздействию ультразвука. Интересно, что кокки более стойкие, чем палочки, дикие дрожжи устойчивее, чем культурные штаммы.

Воздействие ультразвука зависит от продолжительности воздействия, химического состава облучаемого субстрата, его вязкости, pH, температуры, контаминации и др. Энергия ультразвука может использоваться для стерилизации питьевой воды, жидких продуктов питания, стерилизации стеклянной тары, особенно загрязненной.