Mesophiles [vi khuẩn có nhiệt độ vừa phải] được tìm thấy trong nước, đất và trong các sinh vật bậc cao, là loại vi khuẩn phổ biến nhất được nghiên cứu. Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của chúng dao động trong khoảng từ 25 ° C đến 40 ° C. Nhiệt độ tối ưu cho nhiều vi khuẩn gây bệnh là 37 ° C, do đó các mesophiles là loại vi khuẩn gây bệnh phổ biến của chúng ta.
Các chất kích thích nhiệt [các vi khuẩn ưa nhiệt] có khả năng sinh trưởng ở nhiệt độ cao với độ tối ưu trên 60 ° C. Một số sinh vật phát triển ở nhiệt độ gần điểm sôi của nước và thậm chí trên 100 ° C khi chịu áp lực. Hầu hết các thermophile không thể phát triển dưới 45 ° C.
Nồng độ pH
Hầu hết vi khuẩn phát triển tốt nhất trong môi trường có dải pH trung lập giữa pH 6,5 và 7,5. Những loài vi sinh vật phát triển ở mức độ ph được phân loại là acidophiles [acid-loving] hoặc alkalinophiles [base-loving]. Acidophile phát triển ở pH giá trị dưới 4 với một số vi khuẩn vẫn hoạt động ở độ pH 1.
Vi khuẩn Alkalinophilic thích giá trị pH 9-10 và hầu hết không thể phát triển trong các giải pháp với độ pH ở hoặc dưới trung tính. Thông thường trong quá trình phát triển của vi khuẩn, các axit hữu cơ được giải phóng vào môi trường, làm giảm độ pH của nó và do đó gây trở ngại hoặc ức chế hoàn toàn sự phát triển hơn nữa. Mặc dù các thành phần phổ biến như pepton và axit amin có hiệu ứng đệm nhỏ. Muối phosphate là các chất phổ biến nhất được sử dụng bởi vì chúng giúp tăng phạm vi tăng trưởng của hầu hết các vi khuẩn, không độc và cung cấp một nguồn phốtpho, một yếu tố dinh dưỡng thiết yếu. Tuy nhiên, nồng độ phosphate cao có nhược điểm là nó có thể dẫn đến hạn chế dinh dưỡng nghiêm trọng do sự kết tủa của các phốt phát kim loại không hòa tan [như sắt] trong môi trường.
Bản thống kê các nguyên tố hóa học ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Nước
Ngược lại với các sinh vật cao hơn, sự trao đổi chất của microorgansims phụ thuộc vào sự hiện diện của nước lỏng. Các yêu cầu của vi sinh vật đối với nước có sẵn khác nhau rất nhiều. Để so sánh hàm lượng nước có sẵn của chất rắn và dung dịch, hoạt độ nước hoặc độ ẩm tương đối là các thông số hữu ích.
Các chất hoá học tác dụng lên vi sinh vật khác nhau hoàn toàn khác nhau. Ta xét một số ảnh hưởng cơ bản sau:
Ảnh hưởng của nồng độ ion hydro [pH]
Phản ứng pH môi trường tác động trực tiếp lên vi sinh vật. Ion hydro nằm trong thành phần môi trường làm thay đổi trạng thái diện tích của thành tế bào. Tuỳ theo nồng độ của chúng mà làm tăng hoặc giảm khả năng thẩm thấu của tế bào đối với những ion nhất định. Mặt khác chúng cũng làm ức chế phần nào các enzym có mặt trên thành tế bào.
Sự phát triển của vi sinh vật chỉ có thể rất nghiêm ngặt ở axit hay kiềm. Đối với vi khuẩn thuận lợi nhất là chúng phát triển trong môi trường trung tính hoặc kiềm yếu. Đối với nấm men và nấm mốc thì phát triển ở môi trường axit yếu.
Nếu nồng độ hydro trong dung dịch vượt quá mức độ bình thường đối với vi sinh vật nào đó thì sự sống bị ức chế. Thí dụ như trong quá trình làm dưa chua, độ axit dần dần tăng lên làm tiêu diệt những vi khuẩn gây thối, sau đó những vi khuẩn lactic. Sự thay đổi pH môi trường có thể gây ra thay đổi kiểu lên men hay đặc tính lên men.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm phần lớn chúng ta sử dụng những môi trường có pH đối với vi khuẩn 7 - 7,6; đối với nấm men và nấm mốc 3,0 - 6,0.
Bảng 2.13. Ảnh hưởng pH đối với một số vi sinh vật
LOÀI VI SINH VẬT pH môi trường Độ axit tối thiểu Tối ưu Kiềm tối thiểu Saccharomyces cerevisiae 4 5,8 6,8 Streptococus lactic 4,0 - 5,1 7,9 Lactobacterinus casei 3,0 - 3,9 - 7,1 E. coli 4,4 6,5 - 7,8 7,8 Clostr.amylobacter 5,7 6,9 - 7,3 Vi khuẩn gây thối Bac. Mesentericeus 5,8 6,8 8,5 Clostr. Putrificum 4,2 7,5 - 8,5 9,4 Vi khuẩn cố định đạm Azotobacter chroccoccum 5,6 65 - 7,8 8,8 - 9,2 Vi khuẩn nitrat Nitrosomonas 3,9 7,7 - 7,9 9,7 Nitrosobacter 3,9 6,8 - 7,3 13,0 Nấm mốc 1,2 1,7 - 7,7 9,2 - 11,1
Ứng dụng ảnh hưởng của pH: Hiện nay người ta ứng dụng ảnh hưởng này trong sản xuất cũng như trong chọn giống vi sinh vật chủ yếu tạo điều kiện cho vi sinh vật có lợi phát triển và ức chế sự phát triển của vi sinh vật có hại. Thí dụ như trong đời sống người ta thường hay ngâm dấm, dầm dấm. Đó là một trong những cách bảo quản.
Ảnh hưởng của chất độc, các chất diệt khuẩn
Nhiều chất độc hoá học có khả năng tiêu diệt vi sinh vật. Khả năng tác dụng này có một ý nghĩa rất lớn trong kỹ thuật vi sinh vật học. Cơ chế tác dụng của chúng khác nhau, nói chung không đồng nhất, nó phụ thuộc vào bản chất hoá học của chất diêt vi sinh vật, phụ thuộc vào từng loài vi sinh vật.
Thí dụ: Este, alcol, dung dịch kiềm yếu tác dụng làm tan chất lipoit có trong thành phần tế bào. Muối kim loại nặng, kẽm, axit, phocmanlin làm đông tụ protein, làm thay đổi thành phần bào tương của vi sinh vật.
Axit nitric, clo, bột clo, permanganat kali, các chất hữu cơ oxy hoá mạnh có khả năng phá huỷ hẳn tế bào vi sinh vật, còn các chất khác như glyxerin, nồng độ đường và nồng độ muối cao gây áp suất thẩm thấu.
Các chất được ứng dụng trong kỹ thuật để tiêu diệt vi sinh vật còn gọi là chất diệt khuẩn. Hoạt tính diệt khuẩn của các chất hoá học phụ thuộc trước tiên vào cấu tạo, nồng độ chất, thời gian tác dụng của nó đối với vi sinh vật, loại vi sinh vật, thành phần hoá lý của môi trường và nhiệt độ của môi trường đó.
Ứng dụng: Các chất diệt khuẩn được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau:
- Tác dụng diệt khuẩn mạnh ở nồng độ nhỏ.
- Có khả năng tan trong nước
- Chất diệt khuẩn không được có mùi, vị và không gây độc hại cho người.
- Bền vững trong bất kỳ điều kiện bảo quản nào.
- Không gây tác dụng phá huỷ dụng cụ chứa cũng như thiết bị kỹ thuật.
Đối với vật dụng diệt khuẩn ẩm thì dùng chất hoá học ở dạng dung dịch, huyền phù hay bột còn chất khí thì dùng dạng khí hoặc dạng hơi.
Các chất hóa học thường được ứng dụng để diệt khuẩn như sau:
* Kiềm và muối
- NaOH 0,1% với pH = 10, trong nồng độ này vi sinh vật bị tiêu diệt trong 1 - 2 phút ở nhiệt độ 400C [không được dùng với thiết bị làm bằng nhôm].
- NaCO3 1% hay 0,5% thường sử dụng ở nhiệt độ 550C.
* Halogen và những dẫn xuất
- Clor: Đây là chất diệt khuẩn rất mạnh. Nó có thể sử dụng ở dạng nước hay dạng khí. Tác dụng của chúng lên tế bào dinh dưỡng, lên bào tử không đồng đều. Nồng độ rất nhỏ cũng đủ tiêu diệt vi sinh vật.
Phản ứng Clor với nước theo cơ chế sau:
Cl2 + H2O → HOCl + HCl
Ngoài ClO2 ra tác dụng diệt vi sinh vật còn có O và HCl
HOCl → HCl + O
Khả năng tác dụng của Clor lên trực khuẩn đường ruột xem bảng sau:
Bảng 2.14. Khả năng tác dụng của Clo lên vi sinh vật
Thời gian tương tác [phút] Lượng vi sinh vật trong 1ml nước phụ thuộc nồng độ Clo mg/l 0,5 1,0 2,0 4,0 0 1.800.000 1.800.000 1.800.000 1.800.000 1 13.900 1.940 350 285 2 6.000 970 24 8 5 4.500 640 15 5
- Bột Clo CaOCl2 là dạng hypoclorit được ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Thường thường sử dụng nồng độ 2%.
- Antifocmin thường được ứng dụng nhiều trong sản xuất bia. Antifocmin được điều chế từ ba thành phần bột Clor, hydroxit canxi, hydroxit natri.
* Hợp chất kim loại nặng
Thường sử dụng nhiều là thuỷ ngân, đồng và bạc. Chúng ở dạng các hợp chất hữu cơ hay vô cơ. Các chất này chủ yếu là làm đông tụ protein của vi sinh vật.
Clorua thuỷ ngân. Thường sử dụng ở trạng thái dung dịch ở nồng độ 1/10000. Nếu nồng độ 1/1000 sẽ tiêu diệt những tế bào dinh dưỡng trong vòng 1 - 30 phút. Và nồng độ 1/500 tiêu diệt bào tử vi sinh vật.
Các hợp chất bạc. Thường sử dụng nhiều dạng khác nhau. Trong y học người ta sử dụng nitrat bạc. Trong công nghiệp thực phẩm người ta sử dụng một số hợp chất khác. Cơ chế tác dụng chủ yếu là do bạc tác dụng lên tế bào ở nồng độ 1:10.000.000.000.
* Phenol và những dẫn xuất của chúng
Thường sử dụng rất nhiều những đầu xuất khác nhau của phenol.
- Cacbonlic [C6H5OH]. Thường sử dụng với độ pha loãng 1:100. Ở nồng độ này phần lớn những tế bào dinh dưỡng bị tiêu diệt sau 5 - 10 phút. Trong nồng độ dung dịch 2 0 5% tiưêu diệt nhiều tế bào gây bệnh.
* Các chất khí
Thường sử dụng nhiều chất khí khác nhau. Rất nhiều chất khí có khả năng tiêu diệt vi sinh vật.
Foocmalin. Cơ chế tác dụng của chúng là lên nhóm amin của protit vi sinh vật dẫn tới làm biến tính chúng.
Nồng độ phocmalin 5% tiêu diệt bào tử sau 30 phút - 2% sau 60 phút, 1% sau 2 giờ. Để diệt khuẩn thường sử dụng dung dịch 2% được điều chế từ dung dịch 40% focmalin.
Ngoài ra người ta còn sử dụng SO2 và một số chất khác trong công nghiệp nước uống.
Các sản phẩm trao đổi chất
Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật cũng như nhiều sinh vật khác có hai quá trình đồng hoá và dị hoá. Hai quá trình này luôn luôn song song tồn tại. Do quá trình dị hoá mà nhiều sản phẩm trao đổi chất của chúng có tác dụng ngược lại quá trình đồng hoá.
Các sản phẩm trao đổi chất thường có tác dụng rất độc hại đối với vi sinh vật. Bình thường các vi sinh vật lấy các chất dinh dưỡng trong môi trường đồng thời thải các chất cặn bã ra xung quanh. Các chất thải này một mặt gây ức chế các quá trình hấp thụ thức ăn của vi sinh vật. Các sản phẩm trao đổi chất bao bọc xung quanh tế bào tạo thành một lớp làm cho các chất dinh dưỡng không chui vào trong tế bào được. Mặt khác chính các sản phẩm trao đổi chất này gây tác động ức chế sinh tổng hợp các hệ enzym và làm ức chế hoạt động của enzym.
Hiểu được tác dụng này người ta tiến hành nuôi vi sinh vật để thu sinh khối phải cải tiến nhiều cách để làm sản phẩm trao đổi chất ít gây độc hại đối với vi sinh vật. Các biện pháp đó như sau: