Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Лучистая энергия

Читайте также:
  1. Pабота. Кинетическая энергия системы. Потенциальная энергия.
  2. VII. Жизнь благородная и жизнь пошлая, или энергия и косность
  3. VII. Жизнь благородная и жизнь пошлая, или энергия и косность.
  4. Беспокойство как энергия
  5. Внутренняя энергия идеального газа
  6. Внутренняя энергия системы
  7. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. РАБОТА. ТЕПЛОТА
  8. Деньги — это энергия
  9. Если, как ты сказал, сексуальная энергия трансформируется в любовь, то значит, и материнская любовь к ребенку — тоже сексуальная энергия?
  10. Закончить я хочу урок о пси энергиях созданием пси-шаров (энергоинформационных шаров), зарядкой их цветовыми потоками и мыслеформами.

Воздействие на микроорганизмы различных форм лучистой энергии проявляется по-разному. В основе действия лежат те или иные химические или физические изменения, происходящие в клетках микроорганизмов и в окружающей среде.

Воздействие лучистой энергии подчиняется общим законам фотохимии – изменения могут быть вызваны только поглощенными лучами. Следовательно, для эффективности облучения большое значение имеет проникающая способность лучей.

Свет. В природе микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Свет необходим для жизни только фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов; даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Однако развитие многих плесневых грибов в темноте протекает ненормально: при постоянном отсутствии света хорошо развивается только мицелий, а спорообразование тормозится.

Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.

Известно, что лучистая энергия переносится «порциями» – квантами. Действие кванта зависит от содержания в нем энергии. Количество энергии изменяется в зависимости от длины волны: чем она больше, тем меньше энергия кванта.

Инфракрасные лучи (ИК-лучи) обладают сравнительно большой длиной волны. Энергия этих излучений недостаточна, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их веществах. В основном она превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на микроорганизмы при использовании ИК-излучений для термической обработки продуктов.

Ультрафиолетовые лучи. Эти лучи являются наиболее активной частью солнечного спектра, обусловливающей его бактерицидное действие. Они обладают высокой энергией, доста-

точной для того, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их молекулах субстрата и клетки.

Наибольшим бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 250–260 нм.

Эффективность воздействия УФ-лучей на микроорганизмы зависит от дозы облучения, т. е. от количества поглощенной энергии. Кроме того, имеет значение характер облучаемого субстрата: его рН, степень обсеменения микробами, а также температура.



Очень малые дозы облучения действуют даже стимулирующе на отдельные функции микроорганизмов. Более высокие,

но не приводящие к гибели дозы вызывают торможение отдельных процессов обмена, изменяют свойства микроорганизмов, вплоть до наследственных изменений. Это используется на практике для получения вариантов микроорганизмов с высокой способностью продуцировать антибиотики, ферменты и другие биологически активные вещества. Дальнейшее увеличение дозы' приводит к гибели. При ■ дозе ниже смертельной возможно восстановление (реактивация) нормальной жизнедеятельности.

Различные микроорганизмы неодинаково чувствительны к одной и той же дозе облучения (рис. 24, 25).

Среди бесспоровых бактерий особенно чувствительны к облучению пигментные бактерии, выделяющие пигмент в окру-

жающую среду. Пигментные бактерии, содержащие каротино-идные пигменты, чрезвычайно стойки, так как каротиноидные пигменты обладают защитными свойствами против УФ-лучей.

Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки. Чтобы убить споры, требуется в 4–5 раз больше энергии (см. табл. 9). Споры грибов более выносливы, чем мицелий.



Гибель микроорганизмов может быть следствием как непосредственного воздействия УФ-лучей на клетки, так и неблагоприятного для них изменения облученного субстрата.

УФ-лучи инактивируют ферменты, они адсорбируются важнейшими веществами

клетки (белками, нуклеиновыми кислотами) и вызывают изменения – повреждение их молекул. В облучаемой среде могут образоваться вещества (перекись водорода, озон и др.), губительно действующие на микроорганизмы.

В настоящее время УФ-лучи довольно широко применяют на практике. Искусственным источником ультрафиолетового излучения чаще служат аргонно-ртутные лампы низкого давления, называемые бактерицидными (БУВ-15,

БУВ-30).

Ультрафиолетовыми лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помещений. Обработка УФ-лучами в течение 6 ч уничтожает до 80 % бактерий и плесеней, находящихся в воздухе. Такие лучи могут быть использованы для предотвращения инфекции извне при розливе, фасовке и упаковке пищевых продуктов, лечебных препаратов, а также для обеззараживания тары, упаковочных материалов, оборудования, посуды (в предприятиях общественного питания).

В последнее время бактерицидные свойства УФ-лучей успешно применяют для дезинфекции питьевой воды.

Стерилизация пищевых продуктов с помощью УФ-лучей затрудняется их низкой проникающей способностью, в связи с чем действие этих лучей проявляется только на поверхности или в очень тонком слое. Тем не менее известно, что облучение охлажденных мяса, мясопродуктов удлиняет срок их хранения в 23 раза.

  Таблица 9
Названия бактерий Количество бактерицидной энергии, вызывающее отмирание до 99 % исходного числа бактерий вводе, мВт/см2
Escherichia coli........... 9 000–12 000
Aerobacter aerogenes......... 9 000 10 000
Pseudomonas fluorescein ....... Micrococcus candicans ........ Sarcina flava............. 4 500–5 000 9 000–12 000 60 000–65 000
Bacillus subtilis (споры) ....... Bacillus megaterium (споры) ..... Bacillus mycoides (споры) ...... 30 000–40 000 36 000–40 000 36 000–40 000

Рис. 24. Отмирание бактерий под действием УФ-лучей (по данным автора):

а – Esch. coli; б – Pseud, fluorescens; в – Micrococcus candicans; г – Sarcina flava; д – Вас. subtilis; e – Вас. megatherium

Рис. 25. Выживаемость дрожжей

вина под влиянием различных доз

облучения УФ-лучами (по данным

Г. П. Авакяна):

а – Sacch. ludwigii; б – Sacch. vini; s –

Hans, apiculata; г – Torulopsis utilis; д

Candida mycoderma

Предлагается применять УФ-лучи для стерилизации плодовых соков и вин (в тонком слое). При таком «холодном» способе стерилизации вино получается лучшего качества и сохраняется без порчи дольше, чем пастеризованное. Предлагается обработка совместно с ультразвуком (Г. П. Авакян).

Для некоторых продуктов (например, для сливочного масла, молока) стерилизация УФ-лучами неприемлема, так как в результате облучения ухудшаются вкусовые и пищевые свойства продуктов.

Радиоактивные излучения. Расщепление атомных ядер радиоактивных элементов сопровождается излучением α-лучей, β-лучей (высокоскоростные электроны) и γ-лучей (коротковолновые рентгеновские лучи). Энергия квантов радиоактивных излучений очень высока, в связи с чем они химически и биологически чрезвычайно активны, при этом γ-лучи менее активны, чем а- и β-лучи.

Характерной особенностью радиоактивных излучений является их способность вызывать ионизацию атомов и молекул (образуются положительно и отрицательно заряженные ионы), которая сопровождается разрушением молекулярных структур.

Микроорганизмы значительно радиоустойчивее, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных.

Эффект действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы; они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен ' веществ нарушается значительнее, наблюдаются различные патологические изменения в клетках (лучевая болезнь), которые могут привести к их отмиранию. При дозе ниже смертельной может восстановиться нормальная жизнедеятельность облученных клеток.

Различные структуры и функции клетки обладают неодинаковой чувствительностью. Чувствительны к действию ионизирующих излучений многие ферментные системы, мембранные структуры, ядерный аппарат, особенно ДНК, что отражается при облучении на функции размножения.

Губительное действие радиоактивных излучений обусловлено многими факторами. Они вызывают радиолиз воды в клетках и в субстрате. При этом образуются свободные радикалы, атомарный водород, перекиси. Эти вещества, обладая высокой химической активностью, вступают во взаимодействие с другими веществами – возникает большое количество химических реакций, не свойственных нормально живущей клетке. В результате наступают необратимые нарушения обмена веществ, разрушаются ферменты, изменяются внутриклеточные структуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Таблица 10
Названия бактерий Доза облучения, снижающая количество бактерий в 10 раз, Крад Названия эактерий Доза облучения, снижающая количество бактерий в 10 раз, Крад
Escherichia coli . . Proteus vulgaris . . Salmonella typhimu- Streptococcus faecalis Aerobacter aerogenes Pseudomonas fluores- 20–37 15–10 20–70 50 30 10 111 210–290 170–270 Bacillus subtilis . . Bacillus cereus . . Bacillus megatehe- 130–300 180
Clostridium sporoge-
Clostridium gens perfrin- 120–200
Micrococcus varians Micrococcus radiodu- Micrococcus caseoly- ticum...... Staphylococcus au- Clostridium fnum botuli- 300–400
Clostridium cum putrifi-
     

Радиоустойчивость различных микроорганизмов колеблется в широких пределах.

Для вегетативных клеток бактерий губительная доза облучения у-лучами лежит в пределах от 10 тыс. до 300 тыс. рад1, а для некоторых – даже 1 млн. рад (табл. 10). Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей и сальмонеллы – возбудители пищевых отравлений, многие бактерии рода Pseudomonas – распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью. Особо радиоустойчивы споры бактерий; для их гибели необходима доза от 500 тыс. до 5 млн. рад. Если, например, вегетативные клетки Clostridium botulinum гибнут при дозе облучения 0,4 Мрад, то их споры – при 2,0–2,5 Мрад.

Смертельной дозой для большинства грибов и дрожжей являются дозы порядка сотен тысяч рад, но существуют виды более и менее радиоустойчивые.

Радиопоражаемость микроорганизмов одного и того же вида изменяется в зависимости от возраста клеток, состава среды, мощности дозы (дозы облучения в единицу времени).

В настоящее время расширяется использование ионизирующих излучений (в медицине, сельском хозяйстве, промышленности). Наиболее приемлемыми для обработки сельскохозяйственного сырья, пищевых продуктов оказались γ-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызы-

1 Ρ а д – единица измерения дозы ионизирующих излучений; соответствует 100 эрг, поглощенным 1 г облучаемого объекта. Крад – килорад= 1000рад. Мрад– мегарад= 1 млн. рад.

вающие при облучении появления в продукте «наведенной» радиации.

Трудами многих отечественных и зарубежных исследователей научно обоснована возможность и эффективность облучения γ-излучениями некоторых скоропортящихся пищевых продуктов для удлинения сроков их хранения. Источником этих лучей являются радиоактивные изотопы, чаще Со60.

В связи с высокой радиоустойчивостью бактериальных спор для стерилизации пищевых продуктов требуются большие дозы – около 4–5 Мрад. Однако такие дозы вызывают нежелательные изменения свойств многих продуктов: цвета, запаха, вкуса, растительные продукты размягчаются. Поэтому разработаны дозировки γ-излучений для частичного уничтожения микроорганизмов в продуктах. Такую обработку нестерилизую-щими дозами называют ρ а ду ρ и за цие й. Облучение дозами в пределах от 0,2 до 0,6 Мрад, не ухудшая качества продуктов, в сотни раз снижает их обсемененность микроорганизмами и значительно удлиняет срок хранения, особенно при сочетании с холодом (см. гл. 7, «Микробиология мяса и рыбы»).

На эффективность облучения большое влияние оказывает первоначальная обсемененность продукта микроорганизмами. Чем она больше, тем ниже действие принятой дозы ионизирующей радиации.

В радуризированных продуктах, как показали гигиенические исследования и эксперименты на животных, токсические для человека и канцерогенные вещества, видимо, не образуются.

Однако радуризация пищевых продуктов в нашей стране разрешается органами здравоохранения с большой осторож-' ностью. Для внедрения в практику пищевой промышленности любого нового способа обработки пищевого продукта требуется всестороннее доказательство безвредности обработанного продукта и отсутствия снижения его пищевой ценности и орга-нолептических свойств. Исследования в этой области продолжаются.

Радиоволны. Это электромагнитные волны, характеризующиеся относительно большой длиной – от миллиметров до километров и частотами от 3 -104 до 3·10η герц (Гц) '.

Прохождение коротких и ультрарадиоволн (с длиной от 10 м до миллиметров) через среду вызывает в ней возникнове-" ние переменных токов высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Характер нагревания в поле ВЧ и СВЧ отличается от обычных способов нагрева и обладает рядом преимуществ. Объект

1 Герц (Гц) = одно колебание в секунду. Килогерц (кГц)=1000 колебаний. Мегагерц (МГц) = 1 000 000 колебаний в секунду. Герц, килогерц и мегагерц – единицы частоты.

(продукт) нагревается быстро и равномерно но всей массе. Воду в стакане, например, можно довести до кипения в течение 2–3 с. Рыба (1 кг) варится в течение 2 мин, мясо (1 кг) – 2,5, курица – 6–8 мин.

Нагрев может происходить избирательно, т. е. различные компоненты облучаемого объекта в зависимости от их электрофизических свойств будут нагреваться в различной степени.

Гибель микроорганизмов в электромагнитном поле высокой интенсивности наступает в результате теплового эффекта, но полностью механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы не раскрыт. Некоторые исследователи считают, что существует специфическое воздействие электромагнитных волн. Установлено, что СВЧ-поля малой интенсивности, не вызывающей нагревания среды, оказывают влияние на некоторые физиологические и биохимические свойства микробных клеток. Приводятся данные по гибели некоторых бактерий и дрожжей в СВЧ-поле при 35–40 °С (А. И. Педенко и др.).

Благодаря специфическим особенностям этого способа нагревания перспективно применение его для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов, в частности для плодово-ягодных консервов (компотов, джемов, фруктовых соков и пр.). По сравнению с обычной паровой стерилизацией в автоклавах плоды и ягоды благодаря значительному сокращению срока нагревания (1–3 мин) до температуры 90–100 °С гораздо лучше сохраняют свои первоначальные свойства (аромат, вкус, консистенцию, витаминность) при обеспечении достаточной стерильности.

В последние годы сверхвысокочастотная электромагнитная обработка пищевых продуктов все более применяется в пищевой промышленности и общественном питании (для варки, сушки, выпечки, разогревания, размораживания и др.).

По сравнению с традиционным способом тепловой обработки время нагревания СВЧ-энергией до одной и той же температуры сокращается во много раз, в связи с чем полнее сохраняются вкусовые и питательные свойства продукта, а эффект воздействия на его микрофлору практически одинаков. Остаточной микрофлоры не более, чем в продукте, обработанном при той же температуре традиционным способом: в составе ее преобладают спороносные бактерии и микрококки.

Для каждого вида продукта требуются оптимальные режимы СВЧ-нагрева, так как микрофлора по составу может быть значительно различной, а чувствительность разных микроорганизмов неодинакова.


Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 6; Нарушение авторских прав


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Температура среды | Ультразвук
lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2019 год. (0.013 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты