Зависимость количества микроорганизмов от продолжительности стерилизации консервов. Кривая выживаемости микрофлоры
Рис. 1. Кривая выживаемости микрофлоры при стерилизации
Уравнение кривой выживаемости для реакции термогибели первого порядка
где N — соответственно выжившее и исходное количество бактерий во времени
Зачастую, кривая выживаемости в логарифмических координатах может быть показана прямой линией (рис. 1, поз. Г). Однако, повседневная практика показывает, что для одних и тех же видов и даже штаммов бактерий имеется много других вариантов кривых выживаемости, не являющихся экспоненциальными.
К примеру, кривые выживаемости, состоящие как бы из ломаной прямой линии, что можно увидеть на графике (рис. 1, поз. Е), были обнаружены в опытах со спорами B.cereus — бактериями рода Bacillus, широко распространенными в окружающей среде, являющимися аэробами или факультативными анаэробами спорообразующими палочками — и другими представителями микрофлоры. В этом случае стерилизуемая популяция спор состояла, вероятно, из сбора двух форм (возможно, R и S), различающихся между собой по устойчивости к стерилизации. Один тип — R-колонии (англ. rough — неровный) — характеризуется неровными краями и шероховатой поверхностью, второй тип — S-колоний (англ. smooth — гладкий)- имеет круглую форму, гладкую поверхность.
При прогревании спор B.stearothermophilus — это термофильные бактерии, растущие при температурах 65 ℃ и выше, споры которых высоко устойчивы к тепловому воздействию, поэтому их применяют для контроля стерилизации водяным паром — и других микроорганизмов нередко в первый момент количество обнаруженных жизнеспособных клеток держится на одном уровне или превышает первоначальное количество, которое обнаружено в популяции до стерилизации (рис. 1, поз. А и Б).
Увеличение количества клеток в на первых этапах термической стерилизации — термоактивация спор — является одним из следствий физиологического состояния спор, получившего в литературе наименование dormancy — состояние покоя. Вообще, споры бактерий устойчивы к действию высоких температур и могут длительное время (десятки, сотни лет) существовать в покоящемся состоянии.
Такое состояние спор микроорганизмов может быть прервано несколькими стимулами, в том числе сублетальной термической стерилизацией. В результате нагрева число обнаруживаемых в консервируемом продукте спор бактерий может увеличится в 3..5 и даже в 25 раз.
Условие, что клетки или споры в обладают первоначально неодинаковой чувствительностью к стерилизации, может привести специалистов и технологов к кривым выживаемости вогнутой (рис. 1, поз. Д) и сигмоидальной (рис. 1, поз. В) форм. Также такие кривые могут быть получены и в том случае, если в бактериях имеется несколько термочувствительных структур с разной устойчивостью к стерилизации нагреванием.
Наибольший интерес с точки зрения стерилизации консервов представляет обнаружение в микрофлоре бактерий, которые отмирают при стерилизации последними и отмирание которых происходит со скоростью, меньшей, чем скорость отмирания основной массы клеток. Часть кривой выживаемости, которая хараткеризует отстающую часть гибели бактерий, при их малом числе, получила наименование «хвост» кривой выживаемости.
Выделение и отбор «хвостовых» клеток показывают, что повышенная термоустойчивость малого количества спор в популяции микроорганизмов не передается по наследству. Опыт показывает, что из отобранных «хвостовых» клеток в большинстве случаев получают аналогичную по термоустойчивости популяцию спор, которая дает кривую выживаемости, схожую по форме с исходной. Следует сделать вывод, что потомство «хвостовых» клеток не обладает повышенной термоустойчивостью.
При разработке параметров асептического консервирования, которому свойственны процессы стерилизации при очень высоких температурах, степень наличия «хвостовых» клеток имеет особенно большое значение. Это связано с тем, что отмирание основной массы бактерий и спор происходит в сжатый период времени, а небольшая последняя доля бактерий гибнет за гораздо более продолжительный срок.