1
Chương IV
Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến
vi sinh vật
1
4.1. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ VẬT LÝ
•Hoạt độ của nước
Aw (water
activity)
•AW<0,6: vsv
ngừng hoạt động
VSV chịu áp
(osmo-tolerant
organisms): các
nấm chịu hạn
4.1.1. Độ ẩm
2
3
-Nếu VSV sống trong trạng thái khô, tế bào có thể bị chết do
có hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào.
-Sự đề kháng của VSV với trạng thái khô phụ thuộc vào:
•Nguồn gốc VSV: VSV trong không khí chịu khô tốt hơn
VSV trong đất và trong nước.
•Loại hình VSV: Sự đề kháng với trạng thái khô của các
nhóm xạ khuẩn, nấm mốc, vi khuẩn sinh bào tử là tốt nhất
•Trạng thái tế bào: Tế bào già, tế bào có nha bào đề kháng
tốt hơn tế bào non và không có nha bào.
Ứng dụng:
-Trong bảo quản thực phẩm
- Nguyên liệu sx thức ăn gia súc (phơi nắng, sấy khô,…) 4
4.1.2. Nhiệt độ
•VSV có thể sinh trưởng trong phạm vi từ nhiệt độ thấp nhất
-tối thiểu (minimum) tới nhiệt độ cao nhất -cực đại
(maximum)
•Mức nhiệt độ mà VSV đạt tốc độ sinh trưởng lớn nhất –
nhiệt độ tối thích (optinum): Giới hạn nhiệt độ sinh trưởng.
•Căn cứ vào giới hạn nhiệt độ sinh trưởng có thể phân ra 4
nhóm:
- nhóm VSV ưa lạnh (psychrophiles)
- nhóm ưa ấm (mesophiles)
- nhóm ưa nhiệt (thermophiles)
- nhóm chịu nhiệt (hyperthermophiles)
5 6
2
Nhiệt độ thấp
•Nhiệt độ <0oCsẽ làm ngừng quá trình sinh trưởng phát
triển của VSV do các phản ứng trao đổi bị ngừng.
•Sự đề kháng của VSV đối với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như:Loại vsv, trạng thái sinh lý, thành phần
môi trường
Nhiệt độ cao
Nhiệt độ cao >65oCsẽ gây tác hại cho VSV và ở nhiệt độ
100oChoặc hơn VSV sẽ bị tiêu diệt gần hết trong một thời
gian nhất định do nhiệt độ cao biến tính protein, bất
hoạt enzyme màng tế bào bị phá huỷ hoặc có thể tế bào
bị đốt cháy toàn bộ.
•Tác dụng của nhiệt độ với VSV phụ thuộc vào các nhân tố
khác như thời gian tác động,sức chịu nhiệt của VSV.
Đây là cơ sở cho việc xác định biện pháp khử trùng nhiệt độ
cao có hiệu quả.7
Ứng dụng: Khử trùng bằng nhiệt độ
Khử trùng bằng nhiệt độ khô
-Đốt: khử trùng vật liệu không cháy hoặc không cần dùng
lại như que cấy, dao, kéo, xác chết, bông băng.
-Sấy khô: Dùng khử trùng các vật liệu không bị biến chất
hoặc cháy ở nhiệt độ cao như dụng cụ thuỷ tinh, dao, kéo,
chất bột. Nhiệt độ sấy tiệt trùng dụng cụ 150 - 160oC/ 2 giờ
Khử trùng nhiệt ướt
•Khử trùng Pasteur: sử dụng nhiệt độ : 63 - 65oC/30 phút hoặc
72 - 74oC/15 giây.
Dùng để khử trùng sữa, dịch quả, rau, thực phẩm.
•Đun sôi: đun sôi trực tiếp trong 30 phút - 1 giờ.
Khử trùng dao, kéo, panh kẹp…
8
•Hấp hơi nước cách quãng: Dùng khử trùng môi trường dễ bị
hỏng khi hấp ở nhiệt độ cao hơn như môi trường có huyết
thanh, lòng trắng trứng, sinh tố,đường...
Hấp 3lần bằng hơi nước 100oC, mỗi lần 30 phút đến 1giờ
cách nhau 24 giờ. Sau mỗi lần để môi trường ở nhiệt độ thích
hợp.
•Khử trùng bằng hơi nước cao áp (autoclave):hấp ở các thiết
bị có áp lực cao. Nhiệt độ tỷ lệ thuận với áp lực trong nồi hấp.
Hiệu quả cao do làm biến tính nhanh protein hơn nhiệt khô.
Khử trùng ở nhiệt độ 121oC/ 1-2 atm/30-15 phút.
Tất cả các vsv kể cả bào tử đều bị tiêu diệt
•Ứng dụng khí nóng, nước nóng để cọ rửa,khử trùng sàn
chuồng trại, khu vắt sữa….
9
4.1.3. Áp suất thẩm thấu
Nồng độ chất tan trong dung dịch mà VSV tồn tại
quyết định thẩm áp.
Phần lớn vi khuẩn sinh trưởng thích ứng ở môi
trường có nồng độ muối <2% và đường 20-30%.
Nếu nồng độ muối,đường thấp sẽ tạo cho môi trường
có thẩm áp thấp MT nhược trươnglàm cho tế
bào VSV bị trương sinh chất do hút nước nhiều.
Trong môi trường ưu trương (nồng độ muối 15 - 20%
hoặc đường 50 - 80% sẽ tạo thẩm áp khoảng 100 atm)
thì tế bào sẽ bị co sinh chất do mất nước,tế bào bị
khô sinh lý và sẽ bị chết nếu kéo dài thời gian.
10
•Một số VSV thích ứng ở nồng độ muối, đường cao
được gọi là các VSV ưa thẩm áp như các VSV sống
trong biển, mỏ muối và các sản phẩm ướp muối
đường.
VSV chịu mặn (Halophiles):
-mức độ nhẹ : 1-6 % NaCl
- Trung bình : 6-15 % NaCl
-Chịu mặn cực đoan: 15 – 30% NaCl
Ứng dụng: + Bảo quản,chế biến thực phẩm (ngâm
hoa quả,muối dưa cà…); các sản phẩm chăn nuôi
(muối thịt,trứng, cá)
+Sử dụng trong chế biến thức ăn chăn nuôi: ủchua,
bảo quản cá sx bột cá
Các VSV
khác bị mất
nước
11
4.1.4. Các tia bức xạ
•Anh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia α,β,
gamma.
•Tác dụng của các tia phụ thuộc vào mức năng
lượng của chúng mà năng lượng bức xạ lại tỷ lệ
nghịch với chiều dài bước sóng của tia; Vì vậy các
tia có chiều dài bước sóng càng nhỏ thì năng lượng
của nó càng lớn,tác dụng của nó càng mạnh và
ngược lại.
a. Ánh sáng mặt trời:
•Trừ một số nhóm có khả năng quang hợp (vi khuẩn
phân giải lưu huỳnh,tảo ...) còn đa số VSV có thể
bị ánh sáng mặt trời ức chế sinh trưởng hoặc tiêu
diệt.
•Sự tác động của ánh sáng bị giảm đi khi VSV có sắc
tố, vỏ nhầy và bào tử 12
3
13
b.Tia tử ngoại (tia cực tím - UV)
•Là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài
hơn tia X, nằm trong khoảng từ 10 nm - 400 nm.
•Tác dụng của tia tử ngoại có thể là gây kìm hãm sinh trưởng,đột biến
gen và gây ức chế đối với VSV
Tác dụng của tia tử ngoại phụ thuộc vào:
•Chiều dài bước sóng: 100÷280 nm (254nm)
•Liều lượng và thời gian chiếu tia
•Loại hình vi sinh vật: VSV có nha bào hay sắc tố (nấm mốc)đề kháng
mạnh.
•Trạng thái môi trường: môi trường có mặt cystine, hợp chất có chứa
SH sẽ hạn chế tác dụng do các hợp chất này hấp thụ tia tử ngoại
Ứng dụng:Đèn tử ngoại (Ultraviolet (UV)-lamp) được sử dụng để khử
trùng không khí, nước,thức ăn…;
Được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: y tế,bảo quản/chế biến thực phẩm,
sinh học…
Năng lượng UV có thể tiêu diệt hiệu quả vsv ô nhiễm: vi khuẩn,nấm
mốc, virus… 14
Ứng dụng: Khử trùng bằng tia tử ngoại
15
4.2. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ HÓA HỌC
4.2.1. Độ pH
•pH/[H+] cần cho sự hoạt động
của nhiều enzyme và H+, có
ảnh hưởng đến điện tích bề
mặt và đến mức độ điện ly
của muối khoáng do đó ảnh
hưởng đến sự thẩm thấu,
trao đổi chất qua màng tế
bào.
•Giới hạn chung của pH đối
với sự sinh trưởng của VSV
là từ 3 - 11
•Nhóm ưa trung tính (pH 6-8)
•Nhóm ưa axit (pH 0-5,5)
•Nhóm ưa kiềm (pH 8,5-11) 16
-pH thích hợp cho sinh trưởng của một số nhóm vsv:
+ Vi khuẩn: 6,8-7,2
+ Nấm men: 4,0-4,5
+ Nấm mốc: 3,0-3,5
+ Cổ khuẩn, Bacillus licheniformis (protease, lipase
chất tẩy rửa): 9-10
-pH nội bào khoảng 7,0 thay đổi phụ thuộc vào pH ngoại
bào.
-pH làm thay đổi tính thấm của màng, phá hủy màng TB
biến tính protein ADN bị phá hủy TB chết
-MT nuôi cấy vsv cần phải bổ sung dung dịch đệm vào môi
trường để ngăn cản sự dịch chuyển pH.
Ứng dụng trong chăn nuôi: ủ chua thức ăn thô xanh cho
gia súc nhai lại 17
4.2.2. Không khí
•Oxy là chất có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của
VSV.
•Vi sinh vật hiếu khí tuyệt đối:bình thường cần có oxy để
sinh trưởng và có thể sinh trưởng trong khí quyển chuẩn
chứa 21% O2(Pseudomonas, nấm, phần lớn tảo…)
•Vi sinh vật tuỳ tiện:là các VSV có thể sinh trưởng trong môi
trường có đủ hoặc thiếu O2, có hoặc không có O2. Trong
điều kiện không có O2chúng chuyển sang phương thức thu
năng lượng bằng lên men.
•Vi sinh vật kỵ khí:không thể sinh trưởng trong môi trường
có O2do các phân tử O2-(gốc superoxide tự do) sinh ra
trong quá trình oxy hóa + H+H2O2(hydrogen peroxide),
OH- (gốc hydroxyl) oxy hóa mạnh gây tổn hại cho TB.
18
4
4.2.3. Thế oxy hoá khử
•Mức độ oxy hoá khử nói một cách khác là mức độ thoáng khí
của môi trường có quan hệ chặt chẽ với hoạt động sống của
VSV, được biểu thị bằng trị số rH2.
rH2 = - log (H2)
- H2: Nồng độ nguyên tử H trong dung dịch hay khí quyển.
- rH2 có quan hệ chặt chẽ với nồng độ ion hydro - độ pH.
Trong môi trường bão hoà hydro rH2 = 0, bão hoà oxy rH2 =
41.
•Hầu hết các VSV không thích ứng ở rH2 > 30.
•Nhóm VSV hô hấp hiếu khí: có thể tồn tại trong môi trường
có thế oxy hóa khử cao. (rH2 =10 – 30)
•Nhóm VSV hô hấp kỵ khí: tồn tại trong môi trường có thế
oxy hóa khử thấp. (rH2 = 8 – 10)
•VSV kỵ khí hoặc hiếu khí tuỳ tiện thích ứng ở rH2 = 0 - 30. 19
a. Nhóm axit
•Tác dụng khử trùng của axit là ion H+quyết định.Nhưng tác động
mạnh hay yếu còn phụ thuộc vào một số yếu tố:
-Nồng độ ion H+và độ pH: Các axit mạnh có nồng độ ion H+lớn
như HCl, H2SO4có tính sát trùng mạnh hơn các axit yếu như axit
lactic, axetic.
-Tốc độ phân ly của axit: Hai axit HCl và H2SO4có nồng độ ion H+
như nhau nhưng tốc độ phân ly của HCl cao hơn H2SO4nên có tác
dụng mạnh hơn.
•Hạn chế sử dụng axit vô cơ vì đặc điểm ăn mòn
b. Nhóm kiềm
•Tác dụng sát trùng do ion OH-nhưng OH-kém độc hơn H+.
•Các loại kiềm có độc với vi khuẩn: KOH, NaOH, NH4OH, Ba(OH)2.
4.2.4. Các chất khử trùng, tiêu độc có nguồn gốc hóa học
20
NaOH (Lye, soda lye): Thâm nhập vào các phân tử bám
dính, vi sinh vật, làm tan chúng hoặc biến đổi chúng.
•Có khả năng tiêu diệt hầu hết các VK gây bệnh thông
thường, virus (dịch tả heo, FMD).
•Nồng độ đâm đặc (5%) tiêu diệt được bào tử nhiệt thán.
•Dung dịch loãng 0,4-0,8 % dùng sát trùng dụng cụ (máng
ăn, xô, cuốc xẻng...)
•Dung dịch 2%: khử trùng nền, sàn, tường, rãnh phân,
đường đi, xe chở gia súc, hố tiêu độc.
21
CaO (Vôi bột -lime, quicklime)
•Hút ẩm (H2O) và CO2trong không khí tạo Ca(OH)2và sinh nhiệt,
nếu để lâu ngoài không khí thì CaO tác dụng với CO2tạo CaCO3
(trơ không còn tác dụng nữa)
•Không có tác dụng trên bào tử nhiệt thán và Clostridium
•Sử dụng để rắc trên sàn, nền xi măng,đất. Khi dùng nên chú ý có
thể gây khô da và móng thú
Ca(OH)2Vôi tôi
Chứa tối thiểu 0,14g/100 ml nước vôi sữa, dễ tan trong nước nóng.
Dung dịch đã pha cần đậy kỹ tránh tạo váng trên bề mặt làm trầm
hiện Ca dưới đáy
Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3
Dung dịch 10-20% dùng sát trùng chuồng trại; Quét tường, gốc
cây… 22
c. Halogen và các hợp chất của nó
Clo (Cl2): Tác dụng khử khuẩn của clo và hợp chất của nó là nhờ sự
oxy hóa khử.
Các hóa chất có chứa Clo thường sử dụng bao gồm:
- Cloramin B hàm lượng 25 – 30% clo hoạt tính ; Cloramin T
- Canxi hypocloride (Clorua vôi); Bột Natri dichloroisocianurate
-Nước Javen (Natri hypocloride hoặc Kali hyphocloride).
Ứng dụng: rửa sàn, dụng cụ vắt sữa, rửa vết thương….
Iot (I2)
Iot là tác nhân oxi hóa mạnh làm bất hoạt enzyme do iot kết hợp với
thành phần tirozin.
Iot hòa tan trong cồn và trong dung dịch của KI hoặc NaI. I ở dạng
liên kết có tác dụng diệt khuẩn mạnh nhưng không gây kích thích .
sát trùng da nơi sắp phẫu thuật,nơi tiêm, thiến,cắt rốn,rửa vết
thương…23
d. Phenol và các dẫn xuất
•Phenol và các dẫn xuất của nó là cresol, lysol... với nồng độ
thích đáng trong dung dịch có tính sát trùng mạnh. Tác
dụng của các chất trên chủ yếu là do: phá hoại tính thấm
của màng tế bào chất, làm biến tính protein.
•Do độc tính cao, kích ứng mô nên ít được sử dụng
•Thường dùng tiêu độc chuồng trại,dụng cụ thú y (dung
dịch 3-5%), tiêu độc quần áo, rửa vết thương (dung dịch
3%), chống ngứa,trị ghẻ (dung dịch 1%). Chú ý không sử
dụng tiêu độc lò sát sinh vì sẽ để lại mùi hôi
•Dung dịch 5% có thể tiêu diệt nha bào nhiệt thán
•Dung dịch 0,2-0,5% dùng sát trùng tay, dung dịch 3% sát
trùng chuồng trại.Hơi Crezol có thể sát trùng lồng gà,
máy ấp trứng, nhà máy thức ăn.. 24
5
e. Focmandehit
•Là chất khí khá bền vững về nồng độ ở nhiệt độ cao, rất độc
và kích thích mạnh niêm mạc. Dung dịch có chứa 37-40%
focmaldehyt được gọi là focmol (focmalin).
•Dung dịch focmon có tác dụng khử trùng mạnh do
focmaldehyt làm bất hoạt một số thành phần tế bào
(protein, axit nucleic).
•Có tác dụng trên hấu hết các vi khuẩn, vi khuẩn sinh bào
tử, virus
•Sử dụng để khử trùng dụng cụ,chuồng trại, phòng ốc, lò ấp,
bảo quản mẫu bệnh phẩm và điều chế vaccine
Lưu ý: Do độc tính sinh hơi, kích ứng niêm mạc, làm chết
biểu mô, mất cảm giác, có nguy cơ gây ung thư nên khi dùng
phải đeo găng,khẩu trang... 25
f. Các muối Amonium bậc 4 thế hệ I
Có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt do đó làm tăng tính
thấm của tế bào, gây phá huỷ màng tế bào dẫn đến làm vỡ tế
bào, nguyên sinh chất bị biến tính
Thành vi khuẩn hấp phụ hóa chất này rất cao, nơi đó sẽ
phát sinh tác dụng. 99% vi khuẩn bị tiêu diệt, tuy nhiên
những vi khuẩn co cụm phía trong sẽ phát sinh tính đề kháng
Tác dụng sát khuẩn trên vi khuẩn G+, G- nhưng không có
hiệu quả đối với virus, bào tử và vi khuẩn lao
Nhóm này có độc tính thấp, không ăn mòn, vì vậy thường
được sử dụng sát trùng chuồng trại ở thời điểm không có dịch
hoặc trong vùng đang bị dịch đe doạ.
Các loại thuốc thuộc nhóm này như Bestaquam, TH4,
Bioxide, Pacoma, BKC, BKA (Benzalkonium) 26
27
4.2.5. Các chất hóa học trị liệu
-Là các chất được tổng hợp bằng phương pháp hoá học dựa
trên các cấu trúc tương tự với một thành phần quan trọng
cho sự sinh trưởng của VSV (coenzyme, protein, axit
nucleic) cạnh tranh chỗ của chất này trong phản ứng
sinh tổng hợp hình thành nên hợp chất không cần thiết
làm cho các phản ứng sinh hoá của TB bị kìm hãm gây
ức chế quá trình sinh trưởng, phát triển của VSV gây bệnh
-Ví dụ: Sulfonamide
-Sulfonamides là chất kháng khuẩn phổ rộng,được tổng hợp
có cấu trúc tương tự như PABA (para aminobenzoic acid)
của vi khuẩn.
28
Sulfonamide
PABA là thành phần tham gia tổng hợp nên axit folic, tiền chất của
coenzyme tham gia vào quá trình tổng hợp purin, axit amin.
Do hoạt tính cao, Sulfonamides sẽ chiếm chỗ của PABA ngăn cản
quá trình tổng hợp axit folic quá trình sinh trưởng của vi khuẩn bị
ức chế
29
4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh học
4.3.1. Mối quan hệ với các VSV và sinh vật khác
Quá trình sinh trưởng của vsv còn phụ thuộc vào sự có mặt
của các sinh vật khác.
VSV không chỉ có mối quan hệ tương hỗ giữa chúng với
nhau mà còn với thực vật và động vật. Có các kiểu
quan hệ tương hỗ sau:
a. Quan hệ cộng sinh (symbiosis): tác dụng hiệp đồng
(synergism), đôi bên cùng có lợi (mutualism)
b. Quan hệ hội sinh (commensalism)
c. Quan hệ đối kháng (antagonisms)
d. Quan hệ cạnh tranh (competition)
e. Quan hệ ký sinh (parasitism) 30