Informacije

13.2: Upotreba fizičkih metoda za kontrolu mikroorganizama - Biologija

13.2: Upotreba fizičkih metoda za kontrolu mikroorganizama - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ciljevi učenja

  • Razumjeti i uporediti različite fizičke metode kontrole rasta mikroba, uključujući grijanje, hlađenje, zamrzavanje, tretman pod visokim pritiskom, isušivanje, liofilizaciju, zračenje i filtraciju

Hiljadama godina ljudi su koristili različite fizičke metode mikrobne kontrole za očuvanje hrane. Uobičajene metode kontrole uključuju primjenu visokih temperatura, zračenja, filtracije i isušivanja (sušenja), između ostalog. Mnoge od ovih metoda nespecifično ubijaju stanice ometajući membrane, mijenjajući propusnost membrane ili oštećujući proteine ​​i nukleinske kiseline denaturacijom, razgradnjom ili kemijskom modifikacijom. U ovom odjeljku opisane su različite fizičke metode koje se koriste za kontrolu mikroba.

Toplota

Grijanje je jedan od najčešćih i najstarijih oblika kontrole mikroba. Koristi se u jednostavnim tehnikama poput kuhanja i konzerviranja. Toplina može ubiti mikrobe mijenjajući njihove membrane i denaturirajući proteine. The tačka termalne smrti (TDP) mikroorganizma je najniža temperatura pri kojoj svi mikrobi ubijaju pri 10-minutnom izlaganju. Različiti mikroorganizmi različito će reagirati na visoke temperature, a neki (npr. Tvorci endospora, npr C. botulinum) otporniji na toplotu. Sličan parametar, vrijeme toplinske smrti (TDT), je vrijeme potrebno za ubijanje svih mikroorganizama u uzorku na određenoj temperaturi. Ovi parametri se često koriste za opisivanje postupaka sterilizacije koji koriste visoku toplinu, kao što je autoklaviranje. Kuhanje je jedna od najstarijih metoda kontrole vlage toplinom mikroba i obično je prilično učinkovita u ubijanju vegetativnih stanica i nekih virusa. Međutim, ključanje je manje učinkovito u ubijanju endospora; neke endospore mogu preživjeti i do 20 sati ključanja. Uz to, ključanje može biti manje efikasno na većim visinama, gdje je tačka ključanja vode niža i vrijeme ključanja potrebno za ubijanje mikroba je stoga duže. Iz ovih razloga, kuhanje se ne smatra korisnom tehnikom sterilizacije u laboratorijskim ili kliničkim uvjetima.

Mnogi različiti protokoli grijanja mogu se koristiti za sterilizaciju u laboratoriji ili klinici, a ti se protokoli mogu podijeliti u dvije glavne kategorije: sterilizacija suvom toplotom i sterilizacija vlažnom toplinom. Aseptička tehnika u laboratoriji obično uključuje neke protokole sterilizacije suhom toplinom koji koriste direktnu primjenu velike topline, poput sterilizacije inokulacijskih petlji (slika ( PageIndex {1} )). Spaljivanjem na vrlo visokim temperaturama uništavaju se svi mikroorganizmi. Suva toplota se takođe može primeniti tokom relativno dugog vremenskog perioda (najmanje 2 sata) na temperaturama do 170 °C korišćenjem sterilizatora sa suvom toplotom, kao što je pećnica. Međutim, sterilizacija vlažnom toplinom tipično je učinkovitiji protokol jer prodire u ćelije bolje od suhe topline.

Autoklavi

Autoklavi se oslanjaju na sterilizaciju vlažnom toplotom. Koriste se za podizanje temperature iznad vrelišta vode za sterilizaciju predmeta poput kirurške opreme iz vegetativnih ćelija, virusa, a posebno endospora, za koje je poznato da preživljavaju temperature ključanja, bez oštećenja predmeta. Charles Chamberland (1851–1908) dizajnirao je moderni autoklav 1879. dok je radio u laboratoriji Louisa Pasteura. Autoklav se i dalje smatra najefikasnijom metodom sterilizacije (slika ( PageIndex {2} )). Izvan laboratorijskih i kliničkih okruženja, veliki industrijski autoklavi zvani retortas omogućuju veliku sterilizaciju vlažnom toplinom.

Generalno, vazduh u komori autoklava se uklanja i zamenjuje sve većom količinom pare zarobljene unutar zatvorene komore, što dovodi do povećanog unutrašnjeg pritiska i temperature iznad tačke ključanja vode. Dvije glavne vrste autoklava razlikuju se po načinu uklanjanja zraka iz komore. Kod autoklava sa gravitacionim pomeranjem, para se uvodi u komoru sa vrha ili sa strane. Vazduh, teži od pare, tone na dno komore, gde se istiskuje kroz otvor za ventilaciju. Potpuno istiskivanje vazduha je teško, posebno kod većih opterećenja, tako da mogu biti potrebni duži ciklusi za takva opterećenja. U sterilizatorima za predakumiranje, zrak se u potpunosti uklanja pomoću vakuuma velike brzine prije uvođenja pare u komoru. Budući da se zrak potpunije eliminira, para može lakše prodrijeti u umotane predmete. Mnogi autoklavi su sposobni za gravitacijske i prevakuumske cikluse, koristeći prvi za dekontaminaciju otpada i sterilizaciju medija i neumotanog staklenog posuđa, a drugi za sterilizaciju upakovanih instrumenata.

Standardne radne temperature za autoklave su 121 °C ili, u nekim slučajevima, 132 °C, obično pri pritisku od 15 do 20 funti po kvadratnom inču (psi). Trajanje izlaganja ovisi o volumenu i prirodi materijala koji se sterilizira, ali obično iznosi 20 minuta ili više, s većim količinama koje zahtijevaju duže vrijeme izlaganja kako bi se osigurao dovoljan prijenos topline na materijale koji se steriliziraju. Para mora direktno doći u kontakt sa tečnostima ili suvim materijalima koji se sterilišu, tako da se kontejneri ostavljaju labavo zatvoreni, a instrumenti se labavo umotaju u papir ili foliju. Ključ autoklaviranja je da temperatura mora biti dovoljno visoka da ubije endospore kako bi se postigla potpuna sterilizacija.

Budući da je sterilizacija toliko važna za sigurne medicinske i laboratorijske protokole, kontrola kvaliteta je neophodna. Autoklavi mogu biti opremljeni snimačima za dokumentovanje pritisaka i temperatura postignutih tokom svakog rada. Osim toga, unutrašnje indikatore različitih vrsta treba autoklavirati zajedno sa materijalima za sterilizaciju kako bi se osiguralo postizanje odgovarajuće temperature sterilizacije (slika ( PageIndex {3} )). Jedan uobičajeni tip indikatora je upotreba autoklav trake osjetljive na toplinu, koja ima bijele pruge koje postaju crne kada se postigne odgovarajuća temperatura tokom uspješnog rada u autoklavu. Ova vrsta indikatora je relativno jeftina i može se koristiti tokom svakog trčanja. Međutim, traka u autoklavu ne daje naznake duljine izloženosti, pa se ne može koristiti kao pokazatelj sterilnosti. Druga vrsta indikatora, biološki indikatorski test spora, koristi ili traku papira ili tekuću suspenziju endospora Geobacillus stearothermophilus kako bi se utvrdilo da li se endospore ubijaju postupkom. Endospore obligatne termofilne bakterije G. stearothermophilus su zlatni standard koji se koristi za ovu svrhu zbog njihove ekstremne otpornosti na toplinu. Indikatori bioloških spora također se mogu koristiti za testiranje učinkovitosti drugih protokola sterilizacije, uključujući etilen oksid, suhu toplinu, formaldehid, gama zračenje i sterilizaciju plazmom vodikovim peroksidom G. stearothermophilus, Bacillus atrophaeus, B. subtilis, ili B. pumilus spore. U slučaju potvrđivanja funkcije autoklava, endospore se inkubiraju nakon autoklaviranja kako bi se osiguralo da nema živih endospora. Rast bakterija nakon klijanja endospore može se pratiti testovima spora bioloških indikatora koji otkrivaju kisele metabolite ili fluorescenciju koju proizvode enzimi izvedeni iz održivih G. stearothermophilus. Treći tip indikatora za autoklav je Diack cijev, staklena ampula koja sadrži pelet osjetljiv na temperaturu koji se topi na odgovarajućoj temperaturi sterilizacije. Spore trake ili Diack cijevi se povremeno koriste kako bi se osiguralo pravilno funkcioniranje autoklava.

Pasterizacija

Iako je potpuna sterilizacija idealna za mnoge medicinske primjene, nije uvijek praktična za druge primjene, a također može promijeniti kvalitetu proizvoda. Kuhanje i autoklaviranje nisu idealni načini za kontrolu rasta mikroba u mnogim namirnicama jer ove metode mogu uništiti konzistenciju i druge organoleptičke (senzorne) kvalitete hrane. Pasterizacija je oblik mikrobne kontrole hrane koja koristi toplinu, ali ne čini hranu sterilnom. Tradicionalna pasterizacija ubija patogene i smanjuje broj mikroba koji uzrokuju kvarenje uz održavanje kvalitete hrane. Proces pasterizacije prvi je razvio Louis Pasteur 1860 -ih kao metodu za sprječavanje kvarenja piva i vina. Danas se pasterizacija najčešće koristi za ubijanje patogena osjetljivih na toplinu u mlijeku i drugim prehrambenim proizvodima (npr. Sok od jabuke i med) (Slika ( PageIndex {4} )). Međutim, budući da pasterizirani prehrambeni proizvodi nisu sterilni, na kraju će se pokvariti.

Metode koje se koriste za pasterizaciju mlijeka balansiraju temperaturu i dužinu vremena tretmana. Jedna metoda, visokotemperaturna kratkotrajna (HTST) pasterizacija, izlaže mlijeko temperaturi od 72 °C u trajanju od 15 sekundi, čime se smanjuje broj bakterija uz očuvanje kvalitete mlijeka. Alternativa je pasterizacija ultra-visokim temperaturama (UHT), pri kojoj se mlijeko izlaže temperaturi od 138 ° C 2 ili više sekundi. UHT pasterizovano mleko može se dugo skladištiti u zatvorenim posudama bez hlađenja; međutim, vrlo visoke temperature mijenjaju proteine ​​u mlijeku, uzrokujući blage promjene u okusu i mirisu. Ipak, ova metoda pasterizacije je prednost u regijama gdje je pristup hlađenju ograničen.

Vježba ( PageIndex {1} )

  1. Kako se u autoklavu postižu temperature iznad ključanja?
  2. Kako se može usporediti početak kvarenja između HTST-pasteriziranog i UHT-pasteriziranog mlijeka?
  3. Zašto se ključanje ne koristi kao metoda sterilizacije u kliničkom okruženju?

Hlađenje i zamrzavanje

Baš kao što su visoke temperature učinkovite za kontrolu rasta mikroba, izlaganje mikroba niskim temperaturama također može biti laka i učinkovita metoda suzbijanja mikroba, s izuzetkom psihrofila, koji preferiraju niske temperature (vidi Temperatura i rast mikroba). Hladnjaci koji se koriste u kućnim kuhinjama ili u laboratorijama održavaju temperature između 0 ° C i 7 ° C. Ovaj temperaturni raspon inhibira mikrobni metabolizam, značajno usporava rast mikroorganizama i pomaže u očuvanju rashladnih proizvoda, poput hrane ili medicinskog materijala. Određene vrste laboratorijskih kultura mogu se čuvati u frižideru za kasniju upotrebu.

Zamrzavanje ispod -2 ° C može zaustaviti rast mikroba i čak ubiti osjetljive organizme. Prema američkom ministarstvu poljoprivrede (USDA), jedini sigurni načini da se smrznuta hrana može odmrznuti su u frižideru, uronjeni u hladnu vodu koja se mijenja svakih 30 minuta ili u mikrovalnoj pećnici, držeći hranu na temperaturama koje nisu pogodne za rast bakterija. .1Osim toga, zaustavljeni rast bakterija može se ponovo pokrenuti u odmrznutoj hrani, pa se odmrznuta hrana treba tretirati kao svježa kvarljiva hrana.

Bakterijske kulture i medicinski uzorci koji zahtijevaju dugotrajno skladištenje ili transport često se zamrzavaju na ultra niskim temperaturama od -70 °C ili niže. Ove ultra niske temperature mogu se postići skladištenjem uzoraka na suhom ledu u ultra niskom zamrzivaču ili u posebnim spremnicima s tekućim dušikom, koji održavaju temperature niže od -196 ° C (slika ( PageIndex {5} )).

Vježba (PageIndex{2})

Ubija li stavljanje hrane u hladnjak bakterije na hrani?

Pritisak

Izloženost visokom pritisku ubija mnoge mikrobe. U prehrambenoj industriji, obrada pod visokim pritiskom (koja se naziva i paskalizacija) koristi se za ubijanje bakterija, kvasca, plijesni, parazita i virusa u hrani uz održavanje kvalitete hrane i produženje roka trajanja. Primjena visokog tlaka između 100 i 800 MPa (atmosferski tlak na razini mora je oko 0,1 MPa) dovoljna je za ubijanje vegetativnih stanica denaturacijom proteina, ali endospore mogu preživjeti ove pritiske.23

U kliničkim uvjetima, hiperbarična terapija kisikom ponekad se koristi za liječenje infekcija. U ovom obliku terapije, pacijent udiše čisti kisik pod tlakom većim od normalnog atmosferskog tlaka, tipično između 1 i 3 atmosfere (atm). To se postiže stavljanjem pacijenta u hiperbaričnu komoru ili opskrbom kisika pod pritiskom kroz cijev za disanje. Hiperbarična terapija kisikom pomaže u povećanju zasićenosti kisikom u tkivima koja postaju hipoksična zbog infekcije i upale. Ova povećana koncentracija kisika pojačava imunološki odgovor tijela povećavajući aktivnost neutrofila i makrofaga, bijelih krvnih stanica koje se bore protiv infekcija. Povećani nivoi kiseonika takođe doprinose stvaranju toksičnih slobodnih radikala koji inhibiraju rast osetljivih na kiseonik ili anaerobnih bakterija kao npr. Clostridium perfringens, čest uzrok plinske gangrene. U C. perfringens infekcije, hiperbarična terapija kisikom također može smanjiti lučenje bakterijskog toksina koji uzrokuje uništavanje tkiva. Čini se da i hiperbarična terapija kisikom povećava učinkovitost liječenja antibioticima. Nažalost, neki rijetki rizici uključuju toksičnost kisika i efekte na osjetljiva tkiva, kao što su oči, srednje uho i pluća, koja mogu biti oštećena povećanim tlakom zraka.

Obrada visokim pritiskom se obično ne koristi za dezinfekciju ili sterilizaciju fomita. Iako je primjena pritiska i pare u autoklavu efikasna za ubijanje endospora, postignuta visoka temperatura, a ne direktno pritisak, dovodi do smrti endospore.

NIZ LOŠIH POTLUKA

Jednog ponedjeljka u proljeće 2015. žena iz Ohaja počela je osjećati zamagljen, dvostruki vid; otežano gutanje; i spuštenih kapaka. Hitno je prevezena u hitnu pomoć svoje lokalne bolnice. Tokom pregleda počela je osjećati grčeve u trbuhu, mučninu, paralizu, suha usta, slabost mišića lica te poteškoće u govoru i disanju. Na osnovu ovih simptoma aktiviran je bolnički komandni centar za incidente, a službenici javnog zdravstva u Ohaju su obaviješteni o mogućem slučaju botulizma. U međuvremenu, drugi pacijenti sa sličnim simptomima počeli su se pojavljivati ​​u drugim lokalnim bolnicama. Zbog sumnje na botulizam, antitoksin je preko noći dopremljen iz CDC-a u ove medicinske ustanove, kako bi se dao oboljelim pacijentima. Prvi pacijent umro je od respiratorne insuficijencije uslijed paralize, a otprilike polovica preostalih žrtava bila je potrebna dodatna hospitalizacija nakon primjene antitoksina, a najmanje dvije su trebale ventilatore za disanje.

Službenici javnog zdravstva istražili su svaki od slučajeva i utvrdili da su svi pacijenti prethodnog dana bili na istoj večeri u crkvi. Štaviše, izvor zaraze su pronašli u salati od krompira napravljenom od krompira iz domaće konzerve. Više nego vjerovatno, krompir je konzerviran pomoću kipuće vode, metode koja omogućava endospore Clostridium botulinum preživjeti. C. botulinum proizvodi botulinum toksin, neurotoksin koji je često smrtonosan kada se jednom proguta. Prema CDC-u, slučaj u Ohaju bio je najveća epidemija botulizma u Sjedinjenim Državama u gotovo 40 godina.4

Killing C. botulinum endospora zahtijeva minimalnu temperaturu od 116 °C (240 °F), znatno iznad tačke ključanja vode. Ova se temperatura može postići samo u konzervi pod tlakom, koja se preporučuje za domaće konzerviranje hrane s niskom kiselošću, poput mesa, ribe, peradi i povrća (slika ( PageIndex {6} )). Osim toga, CDC preporučuje kuhanje domaće konzervirane hrane oko 10 minuta prije konzumiranja. Budući da je botulinum toksin toplotno labilan (što znači da se denaturira toplinom), 10 minuta ključanja će učiniti nefunkcionalnim svaki botulinum toksin koji hrana može sadržavati.

Da biste saznali više o pravilnim tehnikama konzerviranja kod kuće, posjetite web stranicu CDC-a.

Isušivanje

Sušenje, poznato i kao isušivanje ili dehidracija, metoda je koja se milenijumima koristi za očuvanje hrane poput grožđica, suhih šljiva i suhog povrća. Djeluje jer svim stanicama, uključujući mikrobe, potrebna je voda za metabolizam i opstanak. Iako sušenje kontrolira rast mikroba, možda neće ubiti sve mikrobe ili njihove endospore, koje bi mogle početi ponovno rasti kada su uvjeti povoljniji i kada se vrati sadržaj vode.

U nekim slučajevima, hrana se suši na suncu, oslanjajući se na isparavanje kako bi se postiglo isušivanje. Sušenje zamrzavanjem ili liofilizacija je još jedna metoda dessifikacije u kojoj se predmet brzo zamrzava („zamrzava na trenutak“) i stavlja u vakuum tako da se voda gubi sublimacijom. Liofilizacija kombinira i izloženost niskim temperaturama i isušivanje, što je čini prilično efikasnom za kontrolu rasta mikroba. Osim toga, liofilizacija uzrokuje manje štete na predmetu od konvencionalnog isušivanja i bolje čuva originalne kvalitete predmeta. Liofilizirani predmeti mogu se skladištiti na sobnoj temperaturi ako su pravilno zapakirani kako bi se spriječilo nakupljanje vlage. Liofilizacija se koristi za konzerviranje u prehrambenoj industriji, a koristi se iu laboratoriji za dugotrajno skladištenje i transport mikrobnih kultura.

Sadržaj vode u hrani i materijalima, koji se naziva aktivnost vode, može se smanjiti bez fizičkog sušenja dodavanjem otopljenih tvari kao što su soli ili šećeri. Pri vrlo visokim koncentracijama soli ili šećera, količina dostupne vode u mikrobnim stanicama dramatično se smanjuje jer će se voda izvlačiti iz područja niske koncentracije otopljene tvari (unutar ćelije) u područje visoke koncentracije otopljene tvari (izvan ćelije) ( Slika (PageIndex{7})). Mnogi mikroorganizmi ne preživljavaju ove uvjete visokog osmotskog tlaka. Med, na primjer, čini 80% saharoze, okruženja u kojem vrlo mali broj mikroorganizama može rasti, čime se eliminira potreba za hlađenjem. Slano meso i riba, kao što su šunka i bakalar, bili su kritično važna hrana prije doba hlađenja. Voće je konzervisano dodavanjem šećera, pravljenjem džemova i želea. Međutim, neki mikrobi, poput plijesni i kvasca, skloniji su toleranciji na isušivanje i visoki osmotski pritisak, pa stoga mogu i dalje kontaminirati ove vrste hrane.

Vježba ( PageIndex {3} )

Kako dodavanje soli ili šećera hrani utiče na njenu aktivnost vode?

Radijacija

Zračenje u različitim oblicima, od zračenja visoke energije do sunčeve svjetlosti, može se koristiti za ubijanje mikroba ili inhibiranje njihovog rasta. Jonizujuće zračenje uključuje rendgenske zrake, gama zrake i visokoenergetske zrake elektrona. Jonizirajuće zračenje je dovoljno jako da prođe u ćeliju, gdje mijenja molekularne strukture i oštećuje ćelijske komponente. Na primjer, ionizirajuće zračenje uvodi dvolančane prekide u molekule DNK. Ovo može direktno uzrokovati mutacije DNK ili se mutacije mogu uvesti kada stanica pokuša popraviti oštećenje DNK. Kako se ove mutacije akumuliraju, one na kraju dovode do smrti ćelije.

I rendgenski i gama zraci lako prodiru u papir i plastiku i stoga se mogu koristiti za sterilizaciju mnogih pakiranih materijala. U laboratoriji se ionizirajuće zračenje obično koristi za sterilizaciju materijala koji se ne mogu autoklavirati, poput plastičnih Petrijevih zdjelica i plastičnih petlji za jednokratnu upotrebu. Za kliničku upotrebu, ionizirajuće zračenje se koristi za sterilizaciju rukavica, intravenoznih cijevi i drugih predmeta od lateksa i plastike koji se koriste za njegu pacijenata. Ionizirajuće zračenje se također koristi za sterilizaciju drugih vrsta osjetljivih materijala osjetljivih na toplinu koji se klinički koriste, uključujući tkiva za transplantaciju, farmaceutske lijekove i medicinsku opremu.

U Europi se gama zračenje za očuvanje hrane široko koristi, iako se u Sjedinjenim Državama sporo uhvatilo (pogledajte okvir Micro Connections na ovu temu). Pakovani sušeni začini se takođe često zrače gama. Zbog njihove sposobnosti da prodiru u papir, plastiku, tanke listove drveta i metala i tkiva, mora se voditi računa o korištenju rendgenskih zraka i gama zračenja. Ove vrste jonizujućeg zračenja ne mogu prodrijeti u debele slojeve željeza ili olova, tako da se ovi metali obično koriste za zaštitu ljudi koji mogu biti potencijalno izloženi.

Druga vrsta zračenja, nejonizujuće zračenje, obično se koristi za sterilizaciju i koristi manje energije od jonizujućeg zračenja. Ne prodire u ćelije ili ambalažu. Jedan od primjera je ultraljubičasto (UV) svjetlo; uzrokuje stvaranje timinskih dimera između susjednih timina unutar jedne niti DNK (slika ( PageIndex {8} )). Kada DNK polimeraza naiđe na timin dimer, ona ne uključuje uvijek odgovarajuće komplementarne nukleotide (dva adenina), a to dovodi do stvaranja mutacija koje u konačnici mogu ubiti mikroorganizme.

UV svjetlo mogu efikasno koristiti i potrošači i laboratorijsko osoblje za kontrolu rasta mikroba. UV lampe su sada uobičajeno ugrađene u sisteme za prečišćavanje vode za upotrebu u domovima. Osim toga, kamperi obično koriste mala prijenosna UV svjetla za pročišćavanje vode iz prirodnog okruženja prije pijenja. Germicidne lampe se takođe koriste u hirurškim apartmanima, biološkim sigurnosnim ormarićima i haubama za prenos, tipično emitujući UV svjetlo na talasnoj dužini od 260 nm. Budući da UV svjetlo ne prodire u površine i neće proći kroz plastiku ili staklo, ćelije moraju biti izložene direktno izvoru svjetlosti.

Sunčeva svjetlost ima vrlo širok spektar koji uključuje UV i vidljivu svjetlost. U nekim slučajevima, sunčeva svjetlost može biti učinkovita protiv određenih bakterija zbog stvaranja dimina timina pod utjecajem UV svjetla i zbog proizvodnje reaktivnih proizvoda kisika izazvanih u malim količinama izlaganjem vidljivoj svjetlosti.

Vježba ( PageIndex {4} )

  1. Koje su dvije prednosti ionizirajućeg zračenja kao metode sterilizacije?
  2. Kako je efikasnost jonizujućeg zračenja u poređenju sa nejonizujućim zračenjem?

ZRAČENA HRANA: BISTE LI TO POJELI?

Od svih načina sprječavanja kvarenja hrane i bolesti uzrokovanih hranom, gama zračenje može biti najneprijatnije. Iako je gama zračenje dokazana metoda uklanjanja potencijalno štetnih mikroba iz hrane, javnost se tek treba uključiti. Međutim, većina njihovih briga proizlazi iz pogrešnih informacija i lošeg razumijevanja osnovnih principa zračenja.

Najčešća metoda ozračivanja je izlaganje hrane kobaltu-60 ili cezijumu-137 propuštanjem kroz komoru za zračenje na pokretnoj traci. Hrana ne dolazi u direktan kontakt sa radioaktivnim materijalom i sama ne postaje radioaktivna. Dakle, ne postoji rizik od izlaganja radioaktivnom materijalu konzumiranjem hrane koja je ozračena gama. Osim toga, ozračena hrana nije značajno promijenjena u pogledu nutritivnog kvaliteta, osim gubitka određenih vitamina, koji se također pogoršava produženim skladištenjem. Promjene u okusu ili mirisu mogu se pojaviti u ozračenoj hrani s visokim udjelom masti, poput masnog mesa i mliječnih proizvoda, ali se ovaj učinak može umanjiti korištenjem nižih doza zračenja na hladnijim temperaturama.

U Sjedinjenim Državama, CDC, Agencija za zaštitu okoliša (EPA) i Uprava za hranu i lijekove (FDA) ocijenile su zračenje sigurnim i efikasnim za različite vrste mesa, perad, školjke, svježe voće i povrće, jaja sa ljuskama i začini i začini. Gama zračenje hrane je takođe odobreno za upotrebu u mnogim drugim zemljama, uključujući Francusku, Holandiju, Portugal, Izrael, Rusiju, Kinu, Tajland, Belgiju, Australiju i Južnu Afriku. Kako bi se umanjila zabrinutost potrošača i pomoglo u obrazovnim naporima, ozračena hrana sada je jasno označena i označena međunarodnim simbolom zračenja, koji se naziva „radura“ (slika ( PageIndex {9} )). Čini se da prihvaćanje potrošača raste, na što ukazuje nekoliko nedavnih studija.

Sonication

Upotreba visokofrekventnih ultrazvučnih valova za ometanje ćelijske strukture naziva se sonikacija. Primena ultrazvučnih talasa izaziva brze promene pritiska unutar intracelularne tečnosti; to dovodi do kavitacije, stvaranja mjehurića unutar ćelije, koji mogu poremetiti ćelijske strukture i na kraju uzrokovati da se ćelija lizira ili uruši. Sonicacija je korisna u laboratoriji za efikasno liziranje ćelija radi oslobađanja njihovog sadržaja za daljnja istraživanja; izvan laboratorija, ultrazvuk se koristi za čišćenje hirurških instrumenata, sočiva i raznih drugih predmeta, poput novčića, alata i muzičkih instrumenata.

Filtracija

Filtracija je metoda fizičkog odvajanja mikroba od uzoraka. Zrak se obično filtrira kroz visokoefikasne filtere za čestice zraka (HEPA) (slika (PageIndex{10})). HEPA filteri imaju efektivnu veličinu pora od 0,3 µm, dovoljno male da zahvate bakterijske ćelije, endospore i mnoge viruse, dok zrak prolazi kroz ove filtere, gotovo sterilizirajući zrak s druge strane filtera. HEPA filteri imaju različite primjene i široko se koriste u kliničkim okruženjima, u automobilima i avionima, pa čak i kod kuće. Na primjer, mogu se naći u usisivačima, sistemima grijanja i klimatizacije i prečišćivačima zraka.

Ormari biološke sigurnosti

Biološki sigurnosni ormarići su dobar primjer upotrebe HEPA filtera. HEPA filteri u biološkim sigurnosnim ormarićima (BSC) koriste se za uklanjanje čestica u zraku koje ulaze u kabinet (usis zraka), napuštaju ormar (ispuštanje zraka) ili tretiraju i usis i izduv. Upotreba HEPA filtera za dovod zraka sprječava ulazak zagađivača iz okoliša u BSC, stvarajući čistu površinu za rukovanje biološkim materijalima. Korištenje HEPA filtera za odvod zraka sprječava laboratorijske patogene da kontaminiraju laboratorij, čime se održava sigurno radno područje za laboratorijsko osoblje.

Postoje tri klase BSC-a: I, II i III. Svaka klasa je osmišljena tako da pruža drugačiji nivo zaštite za laboratorijsko osoblje i okoliš; BSC II i III su takođe dizajnirani da zaštite materijale ili uređaje u ormaru. Tabela (PageIndex{1}) sumira nivo sigurnosti koji pruža svaka klasa BSC za svaki BSL.

Tabela ( PageIndex {1} ): Biološki rizici i BSC
Procijenjen biološki rizikBSC klasaZaštita osobljaZaštita okolišaZaštita proizvoda
BSL-1, BSL-2, BSL-3IDaDaNe
BSL-1, BSL-2, BSL-3IIDaDaDa
BSL-4III; II kada se koristi u sobi sa odijelomDaDaDa

BSC klase I štite laboratorijske radnike i okolinu od niskog do umjerenog rizika od izlaganja biološkim agensima koji se koriste u laboratoriji. Zrak se uvlači u ormar i zatim filtrira prije izlaska kroz ispušni sistem zgrade. BSC klase II koriste usmjereni protok zraka i djelomične barijere za zadržavanje infektivnih agenasa. BSC klase III dizajnirani su za rad sa visoko infektivnim agensima poput onih koji se koriste u laboratorijama BSL-4. Oni su nepropusni za plinove, a materijali koji ulaze ili izlaze iz ormara moraju biti propušteni kroz sistem s dvostrukim vratima, omogućavajući dekontaminaciju međuprostora između upotreba. Sav vazduh prolazi kroz jedan ili dva HEPA filtera i sistem za spaljivanje vazduha pre nego što se ispusti direktno napolje (ne kroz izduvni sistem zgrade). Osoblje može manipulirati materijalima unutar ormara klase III koristeći duge gumene rukavice zabrtvljene za ormar.

Ovaj video prikazuje kako su BSC dizajnirani i objašnjava kako štite osoblje, okoliš i proizvod.

Filtracija u bolnicama

HEPA filtri se također često koriste u bolnicama i hirurškim apartmanima kako bi se spriječila kontaminacija i širenje mikroba u zraku kroz ventilacijske sisteme. HEPA filtracijski sustavi mogu biti projektirani za cijele zgrade ili za pojedinačne prostorije. Na primjer, jedinice za opekotine, operacijske sobe ili izolacijske jedinice mogu zahtijevati posebne sisteme HEPA-filtracije za uklanjanje oportunističkih patogena iz okoliša jer su pacijenti u tim prostorijama posebno osjetljivi na infekcije.

Membranski filteri

Filtracija se također može koristiti za uklanjanje mikroba iz tečnih uzoraka pomoću membranske filtracije. Membranski filteri za tečnosti funkcionišu slično kao i HEPA filteri za vazduh. Tipično, membranski filteri koji se koriste za uklanjanje bakterija imaju efektivnu veličinu pora od 0,2 µm, manje od prosječne veličine bakterije (1 µm), ali filteri s manjim veličinama pora su dostupni za specifičnije potrebe. Membranska filtracija je korisna za uklanjanje bakterija iz različitih vrsta otopina osjetljivih na toplinu koje se koriste u laboratoriji, poput otopina antibiotika i otopina vitamina. Velike količine medijuma za kulturu takođe se mogu filtrirati, a ne autoklavirati, kako bi se zaštitile komponente osetljive na toplotu. Često se prilikom filtriranja malih volumena koriste filtri sa štrcaljkama, ali se vakuumski filtri obično koriste za filtriranje većih volumena (slika ( PageIndex {11} )).

Vježba (PageIndex{5})

  1. Bi li membranska filtracija s filterom od 0,2 µm vjerojatno uklonila viruse iz otopine? Objasni.
  2. Navedite barem dvije uobičajene upotrebe HEPA filtracije u kliničkim ili laboratorijskim uvjetima.

Slike (PageIndex{12}) i Slika (PageIndex{13}) sumiraju fizičke metode kontrole o kojima se govori u ovom odjeljku.

Ključni koncepti i sažetak

  • Toplina je široko korištena i vrlo učinkovita metoda za kontrolu rasta mikroba.
  • Sterilizacija suvom toplotom protokoli se obično koriste u aseptičkim tehnikama u laboratoriji. Kako god, sterilizacija vlažnom toplinom je obično učinkovitiji protokol jer bolje prodire u ćelije nego suha toplina.
  • Pasterizacija koristi se za ubijanje patogena i smanjenje broja mikroba koji uzrokuju kvarenje hrane. Kratkotrajna pasterizacija na visokim temperaturama obično se koristi za pasterizaciju mlijeka koje će se hladiti; pasterizacija na ultra visokim temperaturama može se koristiti za pasterizaciju mlijeka za dugotrajno skladištenje bez hlađenja.
  • Hlađenje usporava rast mikroba; smrzavanje zaustavlja rast, ubijajući neke organizme. Laboratorijski i medicinski uzorci mogu se zamrznuti na suhom ledu ili na ultra niskim temperaturama za skladištenje i transport.
  • Obrada pod visokim pritiskom može se koristiti za ubijanje mikroba u hrani. Hiperbarična terapija kisikom za povećanje zasićenosti kisikom također se koristi za liječenje određenih infekcija.
  • Sušenje dugo se koristi za konzerviranje hrane i ubrzava se dodavanjem soli ili šećera koji smanjuju aktivnost vode u hrani.
  • Liofilizacija kombinuje izlaganje hladnoći i isušivanje za dugotrajno skladištenje hrane i laboratorijskog materijala, ali mikrobi ostaju i mogu se rehidrirati.
  • Jonizujuće zračenje, uključujući gama zračenje, je efikasan način za sterilizaciju materijala osjetljivih na toplinu i upakovanih materijala. Neionizirajuće zračenje, kao i ultraljubičasto svjetlo, ne može prodrijeti u površine, ali je korisno za površinsku sterilizaciju.
  • HEPA filtracija se obično koristi u bolničkim ventilacijskim sistemima i ormarima za biološku sigurnost u laboratorijima kako bi se spriječilo prenošenje mikroba u zraku. Membranska filtracija obično se koristi za uklanjanje bakterija iz otopina osjetljivih na toplinu.

Više izbora

Koja od sljedećih metoda dovodi do lize stanica zbog kavitacije izazvane brzim lokaliziranim promjenama pritiska?

A. mikrotalasi
B. gama zračenje
C. ultraljubičasto zračenje
D. sonication

D

Koji od sljedećih pojmova se koristi za opisivanje vremena potrebnog da se ubiju svi mikrobi u uzorku na datoj temperaturi?

A. D-vrijednost
B. toplotna tačka smrti
C. vrijeme toplinske smrti
D. decimalno vrijeme redukcije

C

Koja od sljedećih metoda kontrole mikroba zapravo ne ubija mikrobe ili inhibira njihov rast, već ih umjesto toga fizički uklanja iz uzoraka?

A. filtracija
B. isušivanje
C. liofilizacija
D. nejonizujuće zračenje

A

Popunite prazninu

U autoklavu, pritisak na ________ se povećava kako bi se omogućilo da para postigne temperature iznad tačke ključanja vode.

pare

Tačno/Netačno

Jonizujuće zračenje može prodrijeti u površine, ali nejonizujuće zračenje ne može.

Istinito

Moist-heat sterilization protocols require the use of higher temperatures for longer periods of time than do dry-heat sterilization protocols do.

Netačno

Kratak odgovor

What is the advantage of HTST pasteurization compared with sterilization? What is an advantage of UHT treatment?

How does the addition of salt or sugar help preserve food?

Which is more effective at killing microbes: autoclaving or freezing? Objasni.

Kritično mišljenje

In 2001, endospores of Bacillus anthracis, the causative agent of anthrax, were sent to government officials and news agencies via the mail. In response, the US Postal Service began to irradiate mail with UV light. Was this an effective strategy? Zašto ili zašto ne?

Fusnote

  1. 1 US Department of Agriculture. “Freezing and Food Safety.” 2013. http://www.fsis.usda.gov/wps/portal/...afety/CT_Index. Accessed June 8, 2016.
  2. 2 C. Ferstl. “High Pressure Processing: Insights on Technology and Regulatory Requirements.” Food for Thought/White Paper. Series Volume 10. Livermore, CA: The National Food Lab; July 2013.
  3. 3 US Food and Drug Administration. “Kinetics of Microbial Inactivation for Alternative Food Processing Technologies: High Pressure Processing.” 2000. www.fda.gov/Food/FoodScienceR.../ucm101456.htm. Accessed July 19, 2106.
  4. 4 CL McCarty et al. “Large Outbreak of Botulism Associated with a Church Potluck Meal-Ohio, 2015.” Sedmični izvještaj o morbiditetu i mortalitetu 64, br. 29 (2015):802–803.
  5. 5 AM Johnson et al. “Consumer Acceptance of Electron-Beam Irradiated Ready-to-Eat Poultry Meats.” Food Processing Preservation, 28 no. 4 (2004):302–319.


Pogledajte video: 5 minuta za biologiju - Mikroorganizmi (Decembar 2022).