Co° chế tác dụng cíia các yếu tố bên ngoài lên tế bào vi sinh vật

Sinh trưỏng và trao đối chất của vi sinh vật ỉiên quan chặt chẽ vổi các điều kiện môi trưòng bên ngoài, các điều kiện này bao gồm hàng loạt các yếu tố khác nhau, tác động qua lại với nhau. Đa số các yểu tó đều có một đặc tính tác dụng chung biểu hiện ỏ ba điểm hoạt động, đó là điếm tói thiếu, tối thích và cực dại. Vối tác dụng tói thiểu của các yếu tố môi trường, vi sinh vật bắt đầu sinh trưỏng và mỏ đầu các quá trình trao đổi chất. Với tác dụng tối thích, vi sinh vật sinh trưổng voi tốc độ cực đại và biếu hiện hoạt tính trao đổi chất, trao đổi năng lượng lổn nhất. Vổi tác dụng cực đại vỉ sinh vật ngừng sinh trưỏng và bị tiêu diệt. Tác dụng của yếu tố môi trường lên tế bào vi sinh vật đuọc biếu diễn qua đồ thị sau:

Tổi thích Cường độ

hoạt đông sống cứa vi sinh vật

J V Tối đa

---- — --- --- ►

Cường độ tác dụng cúa yếu tố môi trưòng Hình 2.40: Cường độ tác dụng của yếu tô môi trường

Ảnh hũỏng của các yếu tố môi trường lên vi sinh vật có thể là thuận lội hoặc bât lội. Ánh hưỏng bất lội sẽ dẫn đến tình trạng ức khuẩn hoặc sát khuân. Do tác dụng ức khuân của yếu tố môi trường, tế bào ngừng phân chia và nếu loại bỏ yếu tố này khỏi môi trường vi sinh vật lại tiếp tục sinh trưỏng và phát triển. Khi có mặt của chất sát khuẩn, vi sinh vật đồng thòi ngừng phát triển, ngừng sinh trưỏng và chết nhanh chóng. Sự chết của tế bào không xảy ra ngay một lúc trong cả quần thể mà diễn ra dần dần. Một số yếu tố mà chủ yếu là các hóa chất có thể thể hiện tác dụng ức khuẩn hoặc diệt khuẩn tùy theo nồng độ của chúng có trong môi trường.

Hình 2.4ỉ: Đồ thị biêu diễn tóc dụng ức khuẴn và diệt khuẩn của yếu tó môi trường

Tác dụng kháng khuấn của các yếu tố bên ngoài chịu ảnh hưỏng của một số các điều kiện sau:

- Tính chất và cưồng độ tác dụng của bản thân yếu tố (nhiệt độ, liều lượng tia chiếu tăng hoặc giảm, nồng độ hóa chất cao hay thấp...).

- Đặc tính của cơ thể (đặc tính loài, trạng thái sinh lý của tế bào, tế bào dinh dưỡng hay bào tử...)

- Tính chất của môi trưòng (môi trường có độ nhớt cao hoặc môi trường có chứa các hơp chất hừu cơ làm yếu tác dụng của các yếu tố bên ngoài, còn nhiệt độ tăng hoặc pH thay đôi thì ảnh hưởng ngược lại).

Trong thực tể các yếu tố của môi trường bên ngoài gồm ba loại: - Yếu tố vật lý;

- Yếu tố hóa học; - Yếu tố sinh học.

Dù là yếu tổ nào nhưng khi đã tác dụng bất lợi lên tế bào thì trưổc hết gây tổn hại đến các cấu trúc quan trọng cho sự sóng của tế bào. Những tổn hại đó dẫn đến phá hủy chức phận hoạt động của các câu trúc và làm tế bào chết, chừng nào tế bào còn sống sót ấy là do chúng thích ứng với yếu tố đã cho bằng những thay đối về sinh lý hoặc di truyền.

Các yếu tó bên ngoài tác động lên tế bào vi sinh vật và gây nên những biến dối quan trọng sau đây:

- P h á ỉnIV th à n h te bào:

Một số chất như men lizozim (có chứa trong lòng trắng trứng, thành tế bào vi khuấn, đuôi của thực khuấn thể...) có khả năng phân hủy thành tế bào vi khuấn dẫn đến sự hình thành các nguyên lạp (protoplast) ỏ các vi khuẩn Gram (+) và các cầu lạp (spheroplast) ỏ vi khuấn Gram (-). Dưới tác dụng của penicilin các cầu lạp được hình thành và dễ bị phân hủy. Ớ vi khuẩn Gram(-) do tác dụng của chất kháng sinh này tế bào tạo thành các dạng hình cầu mẫn cảm vói áp suất thấm thấu của môi trường.

- Biên đôi tính thấm của mùng tê bao chớt:

Một số chất không nhất thiết phải xâm nhập vào tế bào nhưng vẫn gây tác dụng kháng khuẩn. Do tác dụng lên một hoặc một số chức phận sinh lý của màng tế bào, các chất này làm vi sinh vật mất khả năng sinh sản. Rất có thế trong trường họp như vậy, hàng rào thấm thấu tồn tại trong màng tế bào chất đă bị hư hại. Các chất ôxyhóa, các chất khử, các rượu, phenol, các chất rửa tống hợp, các muối và một số chất kháng sinh có tác dụng kháng khuấn là do chủng tác dụng lên thành phần của tế bào chất.

- Thav dôi dặc tính keo của nguyên sinh chât:

Các yếu tó vật lý cũng như hòa học đều có thể gây nên tác dụng này. Chẳng hạn nhiệt độ có tác dụng làm biến tính protein và làm chúng đông tụ. Hoặc do khả năng khử nước các alcool, ancohol cũng làm đông tụ protein.

- Kìm hàm hoại tính của men:

Một so chất tác dộng vào các hệ thống sinh năng lượng của tế bào, ngăn cản quá trình đưòng phân, quá trinh photphorirrôxyhóa. Các chất ôxyhóa phá hủy các hệ thống tế bào làm tốn hại đến chức phận trao đổi chất. Các men khác có thể bị bất hoạt khi liên kết vổi các yếu tố kim loại như thủy ngân.

- Hủy hoại các quá trình sinh tổng hợp: Dưổi tác dụng của một số chất antimetabolistes (là các chất có cấu trúc tương tự với các chất trao đổi) quá trình sinh tổng hợp bị ức chế. Cơ chế tác dụng của các chất này không giống nhau, một số gắn vổi trung tâm hoạt động của men nhưng không tham gia vào phản ứng làm men mất hoạt tính phân hủy cô chất, một số chất khác có thê tham gia vào phản ứng men và được lắp vào sản phẩm của phản ứng nhưng không được sử dụng trong trao đổi chất vổi mức độ như cơ chất thực.

4.2 .Các yếu tố vật lý

4.2. ỉ. Độ ấm của môi trường

Hầu hểt các quá trình sống của vi sinh vật có liên quan đến nước do đó độ ẩm là yếu tó quan trọng của môi trường. Đa số các vi khuẩn thuộc loại các vi sinh vật ùa nưổc

(Hidrophile) nghĩa là chủng cần nước ỏ dạng tự do, đề hấp thụ. Chỉ một số xạ khuẩn có thế xếp vào loại ùa khô (Xerophile) vì chứng sử dụng được cả niỉớc higroscopic găn trên bê mặt các hạt đất ỏ dạng các phân tử. Khi thiếu nưổc sẽ xảy ra hiện tượng loại nước khỏi tê bào vi sinh vật, trao đổi chất bị giảm và tế bào bị chết.

Tế bào vi sinh vật có 80-90% nưổc, do đó phải có nùổc thì các chất dinh dưõng mổi được hòa tan và khuếch tán vào tế bào, nếu không như vậy thì sự sổng không thế tồn tại. Trong cùng một điều kiện, một số đơn cầu khuẩn Gram(-) rất mãn cảm vổi sự khô hạn, chúng sẽ bị chết khi thiếu nùổc trong vài giờ còn các ỉoài Streptococcus có thế chịu được sự khô cạn hàng tuần, đặc biệt vi khuẩn Mycobacterium có sức đề kháng cao vổi sự khô trong không khí. So vổi tế bào dinh dưổng, bào tử chịu được sự khô hạn lổn hơn rất nhiều, do đó nếu làm lạnh được tế bào đồng thòi làm khô trong chân không ta có thế bảo quản được sức sống của tế bào trong một thời gian dài, đây chính là nguyên tắc của phũõng pháp làm đông khô vi sinh vật.

Ý nghĩa í hực té;

Do vi sinh vật cần độ ẩm nhất định để sinh trưổng và phát triển nên bằng cách phơi và sấy khô ta có thể bảo quản được lâu dài nhiều loại sản phẩm như các loại hạt rau quả, ngũ cốc, cá thịt và các loại sản phấm khác. Muốn ngăn cản được hoạt động của vi sinh vật nhất là của các loại nấm cần phải rút thủy phần của các thực phấm khô này xuống dưói 15%, tuy nhiên thủy phần này còn phụ thuộc loại hàng và cách thức bảo quản.

Trong các thực phấm khô bao giờ cũng có rất nhiều vi sinh vật có khả năng sons tuy không hoạt động phá hoại, do đó khi độ ấm tăng thì xúc tiến cho sự hoạt động của vi sinh vật làm cho thực phẩm hỏng nên cần chú ý đến độ ẩm không khí và sự thủy phần. Độ ẩm không khí tói thiểu có thế làm cho nấm mốc phát triển trên thực phẩm khô là 70-75%. Khi làm lạnh thực phẩm khô cũng cần chú ý đến độ ẩm của không khí để tránh hiện tượng ngưng tụ.

4.2.2. A p ỉ ực môi trU(fng

Ap suât thẩm thấu và áp lực thủy tĩnh có thể ảnh hưỏng đến lé bào vi sinh vật. Trong điêu kiện tự nhiên, vi sinh vật thường sống trong những dung dịch có nồng độ các chất hòa tan khác nhau, do đó cũng có áp suất thẩm thấu của dung dịch khác nhau như nưổc biển, nùổc ngọt, nưổc hồ mặn... Đe thích ứng vỏi các điều kiện này vi sinh vật cũng có áp suất thấm thâu trong tê bào khác nhau, màng tế bào chất của vi sinh vật là bán thấm, do đó các hiện tượng thấm thấu và việc điều chỉnh thẩm áp qua các hệ thống pecmeaza đều có liên quan đến màng này.

Trong môi trường ưu trương (tức là nồng độ các chất hòa tan trong mồi trưòng lổn hơn nồng độ các chất hòa tan trong tế bào) thì tế bào mấl khả năng giừ niĩóc và các chất dinh dương hòa tan bao quanh, tế bào chịu trạng thái khô sinh lý, dẫn đến hiện tượng co nguyên

sinh chất và nếu kéo dài tỉnh trạng này tế bào sẽ bị chết. Ngược lại, trong mồi trường là

nhược trương (nồng độ các chất hòa tan trong mỏi trường nhỏ hôn nồng dộ các chất hòa tan trong tế bào) nước sẽ xâm nhập vào tế bào, áp lực bên trong sẽ tăng lên. Tuy nhiên, do có thành tế bào cứng nên ỏ vi sinh vật thưòng không xảy ra hiện tượng vổ nguyên sinh chất như ỏ tế bào động vật mà chỉ có hiện tùọng trương nguyên sình chát, nếu kéo dài hiện tượng này tế bào sẽ bị chết.

Đa số vi khuấn sinh trưỗng tốt trong môi trường có ít hôn 2% muối, nồng độ cao hơn có hại cho tế bào, nhưng cũng có một số vi khuẩn như vi khuẩn ưa muối lại sịnh trưỏng tốt trong những môi trường có chứa tỏi 30% NaCl. Nhiều vi khuấn ở biến thuộc nhóm này, chúng không có khả năng phát triển ỏ nồng độ muối ăn nhỏ hơn 1 %. Một số vi khuẩn khác lại có thế chịu được môi trường có nồng độ đưòng cao gọi là vi khuấn ưa đường hay ưa thẩm áp.

Ngoài ra, trong hoạt động sống của mình vi sinh vật thường phải chịu những thay đổi về áp lực thủy tĩnh ổ nhiệt độ bình thưòng, áp lực cao có thể làm chậm hoặc mất khả năng di động, làm ngừng sinh trưỏng, làm yếu độc lực và làm thay đổi trao đổi chất nhưng không làm chết tế bào. Tuy nhiên nhiều vi sinh vật ỏ đáy biến và các mỏ dầu có thể chịu áp suất thủy tĩnh tới 200-300 atm đó là các vi khuẩn ưa áp.

Ỷ nghĩa thực íê:

Trong công nghiệp thực phẩm, dựa vào việc nâng cao nồng độ các chất họa tan tức là tạo nên sự khồ cạn sinh lý của tế bào vi sinh vật để bảo quản thực phẩm, phổ biến là sử dụng muối ăn và đưòng:

- Nồng độ muối ăn cao từ 10-15% hoặc nồng độ đường cao từ 50-80% có thể dùng để bảo quản thực phẩm như muối dưa cà, muối thịt cá, làm mứt hoa quả... vì đa số các vi sinh vật rất mẫn cảm với thẩm áp cao của môi trường.

- Nồng độ muối ăn từ 6-8% làm đình chỉ hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Nồng độ muối ăn 10% làm đình chỉ hoàn toàn hoạt dộng của vi khuẩn gây thối rữa và nồng độ đưòng 70% ức chế mạnh hoạt động của vi khuẩn, nhưng có một số nấm men, nấm mốc vẫn hoạt động được.

4.2.3. Ầ m thanh

Sóng âm thanh, đặc biệt là sóng trong vùng siêu âm có ảnh hưởng lon đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Sóng siêu âm dược tạo thành do những dao động cô học với tần số trên 20.000 dao động trong một giây, nó có khả năng tạo huyền phù lổn làm phân giải một số họp chất cao phân tử. v ề mặt sinh học, do tác động của siêu âm mà độ nhốt của môi trường tăng lên, xuất hiện các chất nâng cao sức căng bề mặt và trong nguyên sinh chất hình thành các bọt khí nhỏ, kết quả là tế bào bị hủy hoại về mặt cấu trúc. Các tế bào dinh dưổng bị chết nhanh chóng, tế bào non mẫn cảm hơn nhiều so với tế bào già. Mần cảm nhất đối với siêu âm là vi khuẩn hình sợi, ít mẫn cảm hơn là các trực khuẩn và có sức

đề kháng cao nhất là cầu khuẩn. Đặc biệt siêu âm hầu như không ảnh hưỏng gì đến bào tử vi khuẩn và các vi khuẩn kháng acid.

Tác dụng diệt khuẩn do sóng siêu âm gây nên ỉà do tác dụng cô học của nó, nó tạo thành những khoảng trống từng đợt, từng đột một trong mồi trường làm cho vi sinh vật bị ép, va chạm vào nhau hoặc do siêu âm có khả năng phóng điện. Sóng siêu âm có thể tác dụng gián tiếp lên tế bào vi sinh vật khi chúng tác dụng lẽn môi trưòng làm ion hóa một phần các chất khí hòa tan và tạo thành H202 ,và NO đó là những chất độc đối vỏi vi sinh vật.

Ỷ nghĩa thực tê:

Hiện nay người ta ứng dụng siêu âm để thu nhận các chế phẩm vô bào hoặc để tách các men nội bào, phân lập một số thành tế bào như riboxom, thành tể bào và màng nguyên sinh chất. Trong công nghiệp thực phẩm dùng sóng siêu âm để thanh trùng các loại rưộu và nước giải khát.

4.2.4. N hiệt độ

Hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có thể coi là kết quả của các phản ứng hóa học. Các phản ứng hóa học lại phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ vì thế yếu tố nhiệt độ có ảnh hưỏng sâu sắc đến các quá trình sóng của tế bào. Tế bào thu được nhiệt chủ yếu tù mồi trưòng bên ngoài, một phần củng từ cơ thể thoát ra do kết quả của quá trình trao đổi chất.

Như đã nói ở trên, hoạt động của vi sinh vật bị giỏi hạn trong môi trường chứa nưóc ỏ dạng có thể hấp thụ, vùng nhiệt này của nưóc nằm từ -2°c đến 100°c gọi là vùng sinh dộng

học. Hầu hết tế bào dinh dương bị chết ỏ nhiệt độ trên 100°c (tức là giỏi hạn trên của vùng

sinh động học). Giới hạn giữa vùng nhiệt độ cực đại và cực tiểu gọi là vùng nhiệt sinh

trưỏng của tế bào vi sinh vật. Giói hạn này rất khác nhau giữa các loài vi sinh vật, nó tương

đối rộng ỏ các loài hoại sinh nhưng lại rất hẹp ỏ các vi khuấn gây bệnh.

Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt độ mà ngưòi ta chia vi sinh vật ra thành ba nhóm: - Vi sinh vật ưa lạnh:

Sinh trưỏng tốt nhất ỏ nhiệt độ thấp hơn 20°c, thường gặp trong nước biển, các hồ sâu và suối nưổc ỉạnh như vi khuẩn phát quang và vi khuẩn sắt. Hoạt tính trao đổi chất ỏ các vi khuấn này thấp, tuy nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm nhiều vi khuẩn ưa lạnh dễ dàng thích ứng với nhiệt độ cao hơn.

- Vi sinh vật ưa âm:

Chiếm đa số trong các loài vi sinh vật, chủng thích hợp với nhiệt độ 20-40°C. Ngoài các dạng hoại sinh còn gặp các loại ký sinh gây bệnh cho người và động vật, chúng sinh truỏng tốt nhất ỏ nhiệt độ 37°c (nhiệt độ cơ thể).

- Vi sinh vật ưa nóng:

Sinh trưỏng tốt nhất ỏ 55°c, một số khồng sinh trưổng ỏ nhiệt độ thấp hơn 30°c gọi là vi sinh vật ưa nóng tủy tiện. Nhiệt độ sinh trưỏng cực đại của các vi khuẩn này dao động 75-

80°c,

các vi khuẩn ùa nóng gồm xạ khuẩn, vi khuấn có bào tử, thanh tảo và nấm mốc, chúng íhưòng sống trong các suối nước nóng, các bế ủ phân...

Ngoài ra, còn có nhóm vi sinh vật chịu nhiệt sinh trưỏng ỏ nhiột độ bình thường nhưng củng có thể chịu được nhiệt độ cao hôn như Methylococcus capsulatus sinh trưổng thích hộp ở 37ƯC nhưng vẫn có thể sinh trưỏng được ỏ nhiệt độ 55°c.

Ảnh hưỏng của yếu tố nhiệt độ lên tế bào vi sinh vật thường dưói hai dạng: nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.

Hoạt động của vi sinh vật (tỉ lệ sinh trưởng)

T1 = Nhiệt độ tối thiếu cho sự sinh trưởng; T2 = Nhiệt độ tối thích cho sự sinh trướng; T3 3 Nhiệt độ tối đa cho sự sinh trưóng; T4 = Nhiệt độ gây chết các dạng sinh dưỡng; T5 = Nhiệt độ gây chết các bào tứ.

Hình 2.42: Ảnh hưỏng của nhiệt độ đến quá trình sinh írưổng

No documento Vi sinh vật công nghiệp - Lê Xuân Phương (páginas 96-102)