معلومة

13.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

13.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء


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.

أهداف التعلم

  • فهم ومقارنة الطرق الفيزيائية المختلفة للتحكم في نمو الميكروبات ، بما في ذلك التسخين والتبريد والتجميد والمعالجة بالضغط العالي والتجفيف والتجميد والتشعيع والترشيح

منذ آلاف السنين ، استخدم البشر طرقًا فيزيائية مختلفة للتحكم في الميكروبات لحفظ الأغذية. تشمل طرق التحكم الشائعة تطبيق درجات الحرارة العالية والإشعاع والترشيح والجفاف (التجفيف) ، من بين أمور أخرى. العديد من هذه الطرق تقتل الخلايا بشكل غير محدد عن طريق تعطيل الأغشية أو تغيير نفاذية الأغشية أو إتلاف البروتينات والأحماض النووية عن طريق التمسخ أو التحلل أو التعديل الكيميائي. تم وصف الطرق الفيزيائية المختلفة المستخدمة للتحكم الميكروبي في هذا القسم.

يسخن

يعد التسخين أحد أكثر وأقدم أشكال التحكم الميكروبي شيوعًا. يتم استخدامه في تقنيات بسيطة مثل الطبخ والتعليب. يمكن للحرارة أن تقتل الميكروبات عن طريق تغيير أغشيتها وتغيير طبيعة البروتينات. ال نقطة الموت الحراري (TDP) من الكائنات الحية الدقيقة هي أدنى درجة حرارة تقتل فيها جميع الميكروبات في غضون 10 دقائق من التعرض. ستستجيب الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بشكل مختلف لدرجات الحرارة المرتفعة ، مع بعض (على سبيل المثال ، مسببات البوغ مثل C. البوتولينوم) كونها أكثر تحملاً للحرارة. معلمة مماثلة ، وقت الموت الحراري (TDT)، هي المدة الزمنية اللازمة لقتل جميع الكائنات الحية الدقيقة في العينة عند درجة حرارة معينة. غالبًا ما تُستخدم هذه المعلمات لوصف إجراءات التعقيم التي تستخدم حرارة عالية ، مثل التعقيم. الغليان هو أحد أقدم طرق التحكم بالحرارة الرطبة للميكروبات ، وعادة ما يكون فعالًا جدًا في قتل الخلايا النباتية وبعض الفيروسات. ومع ذلك ، فإن الغليان أقل فعالية في قتل الأبواغ ؛ بعض الأبواغ قادرة على البقاء على قيد الحياة لمدة تصل إلى 20 ساعة من الغليان. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون الغليان أقل فعالية في الارتفاعات العالية ، حيث تكون نقطة غليان الماء أقل وبالتالي يكون وقت الغليان اللازم لقتل الميكروبات أطول. لهذه الأسباب ، لا يعتبر الغليان تقنية تعقيم مفيدة في المختبر أو البيئة السريرية.

يمكن استخدام العديد من بروتوكولات التسخين المختلفة للتعقيم في المختبر أو العيادة ، ويمكن تقسيم هذه البروتوكولات إلى فئتين رئيسيتين: التعقيم بالحرارة الجافة و التعقيم بالحرارة الرطبة. تتضمن تقنية التعقيم في المختبر عادةً بعض بروتوكولات التعقيم بالحرارة الجافة باستخدام التطبيق المباشر للحرارة العالية ، مثل حلقات التطعيم التعقيم (الشكل ( فهرس الصفحة {1} )). الحرق في درجات حرارة عالية جدا يدمر جميع الكائنات الحية الدقيقة. يمكن أيضًا استخدام الحرارة الجافة لفترات طويلة نسبيًا (ساعتان على الأقل) عند درجات حرارة تصل إلى 170 درجة مئوية باستخدام معقم الحرارة الجافة ، مثل الفرن. ومع ذلك ، فإن التعقيم بالحرارة الرطبة هو عادة البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.

الأوتوكلاف

تعتمد الأوتوكلاف على التعقيم الحراري الرطب. يتم استخدامها لرفع درجات الحرارة فوق نقطة غليان الماء لتعقيم العناصر مثل المعدات الجراحية من الخلايا النباتية والفيروسات وخاصة الأبواغ ، والتي من المعروف أنها تتحمل درجات حرارة الغليان دون إتلاف العناصر. صمم تشارلز شامبرلاند (1851-1908) الأوتوكلاف الحديث في عام 1879 أثناء عمله في مختبر لويس باستور. لا يزال الأوتوكلاف يعتبر أكثر طرق التعقيم فعالية (الشكل ( PageIndex {2} )). خارج المختبر والإعدادات السريرية ، الأوتوكلاف الصناعية الكبيرة تسمى المعوجةس تسمح بالتعقيم بالحرارة الرطبة على نطاق واسع.

بشكل عام ، يتم إزالة الهواء الموجود في حجرة الأوتوكلاف واستبداله بكميات متزايدة من البخار المحاصر داخل الغرفة المغلقة ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الداخلي ودرجات الحرارة فوق نقطة غليان الماء. يختلف النوعان الرئيسيان من أجهزة الأوتوكلاف في طريقة إخراج الهواء من الغرفة. في أجهزة الأوتوكلاف ذات الإزاحة بالجاذبية ، يتم إدخال البخار إلى الغرفة من الأعلى أو الجوانب. يتدفق الهواء ، وهو أثقل من البخار ، إلى قاع الحجرة ، حيث يُجبر على الخروج من خلال فتحة تهوية. يعتبر الإزاحة الكاملة للهواء أمرًا صعبًا ، خاصة في الأحمال الكبيرة ، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى دورات أطول لمثل هذه الأحمال. في أجهزة التعقيم السابقة للفراغ ، تتم إزالة الهواء تمامًا باستخدام مكنسة كهربائية عالية السرعة قبل إدخال البخار في الغرفة. نظرًا لأن الهواء يتم التخلص منه تمامًا ، يمكن للبخار اختراق العناصر المغلفة بسهولة أكبر. العديد من أجهزة الأوتوكلاف قادرة على كل من الجاذبية والدورات السابقة للفراغ ، وذلك باستخدام الأول لتطهير النفايات وتعقيم الوسائط والأواني الزجاجية غير المغلفة ، والأخيرة لتعقيم الأدوات المعبأة.

درجات حرارة التشغيل القياسية للأوتوكلاف هي 121 درجة مئوية أو ، في بعض الحالات ، 132 درجة مئوية ، عادة عند ضغط 15 إلى 20 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يعتمد طول التعرض على حجم وطبيعة المادة التي يتم تعقيمها ، ولكنه عادة ما يكون 20 دقيقة أو أكثر ، مع أحجام أكبر تتطلب أوقات تعرض أطول لضمان نقل الحرارة الكافي إلى المواد التي يتم تعقيمها. يجب أن يتلامس البخار مباشرة مع السوائل أو المواد الجافة التي يتم تعقيمها ، لذلك تُترك الحاويات مغلقة بشكل غير محكم ويتم لف الأدوات بشكل غير محكم بالورق أو ورق الألمنيوم. مفتاح التعقيم هو أن درجة الحرارة يجب أن تكون عالية بما يكفي لقتل الأبواغ لتحقيق التعقيم الكامل.

نظرًا لأن التعقيم مهم جدًا لبروتوكولات طبية ومخبرية آمنة ، فإن مراقبة الجودة ضرورية. قد تكون أجهزة الأوتوكلاف مجهزة بمسجلات لتوثيق الضغوط ودرجات الحرارة التي تم تحقيقها أثناء كل تشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تعقيم المؤشرات الداخلية من مختلف الأنواع مع المواد المراد تعقيمها لضمان الوصول إلى درجة حرارة التعقيم المناسبة (الشكل ( PageIndex {3} )). أحد الأنواع الشائعة من المؤشرات هو استخدام شريط الأوتوكلاف الحساس للحرارة ، والذي يحتوي على خطوط بيضاء تتحول إلى اللون الأسود عندما يتم تحقيق درجة الحرارة المناسبة أثناء تشغيل الأوتوكلاف بنجاح. هذا النوع من المؤشرات غير مكلف نسبيًا ويمكن استخدامه أثناء كل تشغيل. ومع ذلك ، لا يوفر شريط الأوتوكلاف أي مؤشر على طول التعرض ، لذلك لا يمكن استخدامه كمؤشر على العقم. نوع آخر من المؤشرات ، اختبار بوغ المؤشر البيولوجي ، يستخدم إما شريطًا من الورق أو سائلًا معلقًا للأبواغ الداخلية Geobacillus stearothermophilus لتحديد ما إذا كان يتم قتل الإندوسبورات من خلال هذه العملية. الأبواغ الداخلية للبكتيريا المحبة للحرارة الملزمة ج. stearothermophilus هي المعيار الذهبي المستخدم لهذا الغرض بسبب مقاومتها الشديدة للحرارة. يمكن أيضًا استخدام مؤشرات البوغ البيولوجية لاختبار فعالية بروتوكولات التعقيم الأخرى ، بما في ذلك أكسيد الإيثيلين ، والحرارة الجافة ، والفورمالديهايد ، وأشعة جاما ، وتعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين باستخدام إما جي. stearothermophilus, Bacillus atrophaeus ، B. subtilis ، أو ب. بوميلوس جراثيم. في حالة التحقق من صحة وظيفة الأوتوكلاف ، يتم تحضين الأبواغ بعد التعقيم لضمان عدم وجود أبواغ قابلة للحياة. يمكن مراقبة النمو البكتيري اللاحق لإنبات البوغ الداخلي عن طريق اختبارات بوغ المؤشر البيولوجي التي تكشف عن مستقلبات الحمض أو التألق الناتج عن الإنزيمات المشتقة من القابلية للحياة ج. stearothermophilus. النوع الثالث من مؤشرات الأوتوكلاف هو أنبوب دياك ، وهو عبارة عن أمبولة زجاجية تحتوي على حبيبات حساسة لدرجة الحرارة تذوب عند درجة حرارة التعقيم المناسبة. يتم استخدام شرائط البوغ أو أنابيب Diack بشكل دوري لضمان عمل الأوتوكلاف بشكل صحيح.

بسترة

على الرغم من أن التعقيم الكامل مثالي للعديد من التطبيقات الطبية ، إلا أنه ليس عمليًا دائمًا للتطبيقات الأخرى وقد يغير أيضًا جودة المنتج. الغليان والتعقيم ليست طرقًا مثالية للتحكم في نمو الميكروبات في العديد من الأطعمة لأن هذه الطرق قد تدمر الاتساق والصفات الحسية (الحسية) للطعام. البسترة هي شكل من أشكال التحكم الجرثومي للأغذية التي تستخدم الحرارة ولكنها لا تجعل الطعام معقمًا. البسترة التقليدية تقتل مسببات الأمراض وتقلل من عدد الميكروبات المسببة للتلف مع الحفاظ على جودة الطعام. طور لويس باستور عملية البسترة لأول مرة في ستينيات القرن التاسع عشر كوسيلة لمنع تلف الجعة والنبيذ. اليوم ، تُستخدم البسترة بشكل أكثر شيوعًا لقتل مسببات الأمراض الحساسة للحرارة في الحليب والمنتجات الغذائية الأخرى (مثل عصير التفاح والعسل) (الشكل ( PageIndex {4} )). ومع ذلك ، نظرًا لأن المنتجات الغذائية المبسترة ليست معقمة ، فسوف تفسد في النهاية.

الطرق المستخدمة لبسترة الحليب توازن درجة الحرارة وطول مدة العلاج. إحدى الطرق ، وهي البسترة ذات درجة الحرارة العالية لفترة قصيرة (HTST) ، تعرض الحليب لدرجة حرارة تصل إلى 72 درجة مئوية لمدة 15 ثانية ، مما يقلل من أعداد البكتيريا مع الحفاظ على جودة الحليب. البديل هو البسترة شديدة الحرارة (UHT) ، حيث يتعرض الحليب لدرجة حرارة 138 درجة مئوية لمدة ثانيتين أو أكثر. يمكن تخزين الحليب المبستر UHT لفترة طويلة في حاويات محكمة الغلق دون تبريد ؛ ومع ذلك ، فإن درجات الحرارة المرتفعة للغاية تغير البروتينات في الحليب ، مما يتسبب في تغيرات طفيفة في الطعم والرائحة. ومع ذلك ، فإن طريقة البسترة هذه مفيدة في المناطق التي يكون فيها الوصول إلى التبريد محدودًا.

تمرين ( PageIndex {1} )

  1. في الأوتوكلاف ، كيف يتم الوصول إلى درجات حرارة أعلى من درجة الغليان؟
  2. كيف يمكن مقارنة بداية التلف بين الحليب المبستر HTST والحليب المبستر UHT؟
  3. لماذا لا يستخدم الغليان كطريقة تعقيم في بيئة سريرية؟

التبريد والتجميد

مثلما تكون درجات الحرارة المرتفعة فعالة في التحكم في نمو الميكروبات ، فإن تعريض الميكروبات لدرجات حرارة منخفضة يمكن أيضًا أن يكون طريقة سهلة وفعالة للتحكم الميكروبي ، باستثناء المتسللين النفسيين ، الذين يفضلون درجات الحرارة الباردة (انظر درجة الحرارة والنمو الميكروبي). تحافظ الثلاجات المستخدمة في المطابخ المنزلية أو في المختبر على درجات حرارة تتراوح بين 0 درجة مئوية و 7 درجات مئوية. نطاق درجة الحرارة هذا يمنع التمثيل الغذائي للميكروبات ، ويبطئ نمو الكائنات الحية الدقيقة بشكل كبير ويساعد في الحفاظ على المنتجات المبردة مثل الأطعمة أو المستلزمات الطبية. يمكن حفظ أنواع معينة من المزارع المعملية عن طريق التبريد لاستخدامها لاحقًا.

قد يؤدي التجميد إلى أقل من -2 درجة مئوية إلى إيقاف نمو الميكروبات وحتى قتل الكائنات الحية الحساسة. وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA) ، فإن الطرق الآمنة الوحيدة التي يمكن من خلالها إذابة الأطعمة المجمدة هي وضعها في الثلاجة ، أو غمرها في ماء بارد يتم تغييره كل 30 دقيقة ، أو في الميكروويف ، مما يؤدي إلى الاحتفاظ بالطعام في درجات حرارة لا تساعد على نمو البكتيريا. .1بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يبدأ نمو البكتيريا المتوقف في الأطعمة المذابة ، لذلك يجب معاملة الأطعمة المذابة مثل الأطعمة الطازجة سريعة التلف.

غالبًا ما يتم تجميد المزارع البكتيرية والعينات الطبية التي تتطلب التخزين أو النقل على المدى الطويل عند درجات حرارة منخفضة جدًا تصل إلى -70 درجة مئوية أو أقل. يمكن تحقيق درجات الحرارة شديدة الانخفاض هذه عن طريق تخزين العينات على ثلج جاف في مجمد منخفض للغاية أو في خزانات نيتروجين سائل خاصة ، والتي تحافظ على درجات حرارة أقل من -196 درجة مئوية (الشكل ( PageIndex {5} )).

تمرين ( PageIndex {2} )

هل وضع الطعام في الثلاجة يقتل البكتيريا الموجودة على الطعام؟

ضغط

يؤدي التعرض للضغط العالي إلى قتل العديد من الميكروبات. في صناعة الأغذية ، تُستخدم المعالجة عالية الضغط (وتسمى أيضًا pascalization) لقتل البكتيريا والخميرة والعفن والطفيليات والفيروسات في الأطعمة مع الحفاظ على جودة الطعام وإطالة العمر الافتراضي. إن تطبيق الضغط العالي بين 100 و 800 ميجا باسكال (الضغط الجوي لمستوى سطح البحر حوالي 0.1 ميجا باسكال) كافٍ لقتل الخلايا النباتية عن طريق تمسخ البروتين ، لكن الأبواغ قد تنجو من هذه الضغوط.23

في الإعدادات السريرية ، يُستخدم العلاج بالأكسجين عالي الضغط أحيانًا لعلاج العدوى. في هذا النوع من العلاج ، يتنفس المريض الأكسجين النقي عند ضغط أعلى من الضغط الجوي الطبيعي ، عادةً ما بين 1 و 3 أجواء (atm). يتم تحقيق ذلك عن طريق وضع المريض في غرفة الضغط العالي أو عن طريق تزويد الأكسجين المضغوط من خلال أنبوب التنفس. يساعد العلاج بالأكسجين عالي الضغط على زيادة تشبع الأكسجين في الأنسجة التي تصبح ناقصة التأكسج بسبب العدوى والالتهابات. يعزز تركيز الأكسجين المتزايد هذا الاستجابة المناعية للجسم عن طريق زيادة أنشطة العدلات والضامة ، وهي خلايا الدم البيضاء التي تقاوم العدوى. تساهم زيادة مستويات الأكسجين أيضًا في تكوين الجذور الحرة السامة التي تمنع نمو البكتيريا الحساسة للأكسجين أو اللاهوائية مثل المطثية الحاطمة، وهو سبب شائع للغرغرينا الغازية. في ج. بيرفرينجنز الالتهابات ، يمكن للعلاج بالأكسجين عالي الضغط أن يقلل أيضًا من إفراز السموم البكتيرية التي تسبب تدمير الأنسجة. يبدو أن العلاج بالأكسجين عالي الضغط يعزز فعالية العلاجات بالمضادات الحيوية. لسوء الحظ ، تتضمن بعض المخاطر النادرة تسمم الأكسجين وتأثيراته على الأنسجة الحساسة ، مثل العينين والأذن الوسطى والرئتين ، والتي قد تتضرر بسبب زيادة ضغط الهواء.

لا يتم استخدام المعالجة بالضغط العالي بشكل شائع لتطهير أو تعقيم المواد المخدرة. على الرغم من أن تطبيق الضغط والبخار في الأوتوكلاف فعال لقتل الأبواغ ، إلا أن درجة الحرارة المرتفعة التي يتم تحقيقها ، وليس الضغط المباشر ، هي التي تؤدي إلى موت البوغ الداخلي.

بقعة من البوتاسيوم السيئ

في أحد أيام الإثنين من ربيع عام 2015 ، بدأت امرأة من ولاية أوهايو تعاني من رؤية ضبابية مزدوجة. صعوبة في البلع وتدلى الجفون. تم نقلها على وجه السرعة إلى قسم الطوارئ في مستشفاها المحلي. أثناء الفحص ، بدأت تعاني من تقلصات في البطن وغثيان وشلل وجفاف الفم وضعف عضلات الوجه وصعوبة التحدث والتنفس. بناءً على هذه الأعراض ، تم تنشيط مركز قيادة الحوادث بالمستشفى ، وتم إخطار مسؤولي الصحة العامة في ولاية أوهايو بإمكانية الإصابة بالتسمم الغذائي. في غضون ذلك ، بدأ مرضى آخرون يعانون من أعراض مماثلة في الظهور في مستشفيات محلية أخرى. بسبب الاشتباه في التسمم الغذائي ، تم شحن مضاد السموم بين عشية وضحاها من مركز السيطرة على الأمراض إلى هذه المرافق الطبية ، ليتم إعطاؤه للمرضى المصابين. توفي المريض الأول بسبب فشل في الجهاز التنفسي نتيجة الشلل ، ونحو نصف الضحايا الباقين احتاجوا إلى دخول إضافي إلى المستشفى بعد إعطاء مضادات السموم ، مع وجود جهازين على الأقل للتنفس.

حقق مسؤولو الصحة العامة في كل حالة من الحالات وقرروا أن جميع المرضى قد حضروا نفس مأدبة الطعام في الكنيسة في اليوم السابق. علاوة على ذلك ، فقد تتبعوا مصدر تفشي المرض إلى سلطة البطاطس المصنوعة من البطاطس المعلبة في المنزل. على الأرجح ، تم تعليب البطاطس باستخدام الماء المغلي ، وهي طريقة تسمح باستخدام الأبواغ الداخلية كلوستريديوم البوتولينوم للبقاء على قيد الحياة. C. البوتولينوم ينتج توكسين البوتولينوم ، وهو سم عصبي غالبًا ما يكون مميتًا بمجرد تناوله. وفقًا لمركز السيطرة على الأمراض ، كانت حالة أوهايو أكبر انتشار للتسمم الغذائي في الولايات المتحدة منذ ما يقرب من 40 عامًا.4

قتل C. البوتولينوم تتطلب الأبواغ الداخلية درجة حرارة لا تقل عن 116 درجة مئوية (240 درجة فهرنهايت) ، أعلى بكثير من نقطة غليان الماء. لا يمكن الوصول إلى درجة الحرارة هذه إلا في مُعلّب الضغط ، والذي يوصى به لتعليب الأطعمة منخفضة الحموضة في المنزل مثل اللحوم والأسماك والدواجن والخضروات (الشكل ( PageIndex {6} )). بالإضافة إلى ذلك ، يوصي مركز السيطرة على الأمراض (CDC) بغلي الأطعمة المعلبة في المنزل لمدة 10 دقائق قبل الاستهلاك. نظرًا لأن توكسين البوتولينوم قابل للحرارة (بمعنى أنه يتم تغيير طبيعته بالحرارة) ، فإن 10 دقائق من الغليان ستؤدي إلى عدم عمل أي سم من البوتولينوم قد يحتويه الطعام.

لمعرفة المزيد حول تقنيات التعليب المنزلي المناسبة ، قم بزيارة موقع CDC على الويب.

تجفيف

التجفيف ، المعروف أيضًا باسم الجفاف أو الجفاف ، هو طريقة تم استخدامها لآلاف السنين للحفاظ على الأطعمة مثل الزبيب والخوخ والمقبلات. إنه يعمل لأن جميع الخلايا ، بما في ذلك الميكروبات ، تتطلب الماء لعملية التمثيل الغذائي والبقاء على قيد الحياة. على الرغم من أن التجفيف يتحكم في نمو الميكروبات ، إلا أنه قد لا يقتل جميع الميكروبات أو أبواغها الداخلية ، والتي قد تبدأ في النمو مرة أخرى عندما تكون الظروف أكثر ملاءمة ويتم استعادة المحتوى المائي.

في بعض الحالات ، يتم تجفيف الأطعمة في الشمس ، بالاعتماد على التبخر لتحقيق الجفاف. التجفيف بالتجميد ، أو التجفيف بالتجميد ، هو طريقة أخرى للتحلية يتم فيها تجميد أحد العناصر بسرعة ("التجميد المفاجئ") ووضعه في فراغ بحيث يتم فقد الماء عن طريق التسامي. يجمع التجفيف بين التعرض لدرجات الحرارة الباردة والجفاف ، مما يجعله فعالاً للغاية للتحكم في نمو الميكروبات. بالإضافة إلى ذلك ، يتسبب التجفيف في تلف عنصر أقل من التجفيف التقليدي ويحافظ بشكل أفضل على الصفات الأصلية للعنصر. يمكن تخزين العناصر المجففة بالتبريد في درجة حرارة الغرفة إذا تم تعبئتها بشكل مناسب لمنع اكتساب الرطوبة. يستخدم التجفيد للحفظ في صناعة الأغذية ويستخدم أيضًا في المختبر لتخزين ونقل الثقافات الميكروبية على المدى الطويل.

يمكن خفض المحتوى المائي للأطعمة والمواد ، والذي يسمى النشاط المائي ، بدون تجفيف مادي عن طريق إضافة مواد مذابة مثل الأملاح أو السكريات. عند وجود تركيزات عالية جدًا من الأملاح أو السكريات ، تقل كمية المياه المتاحة في الخلايا الميكروبية بشكل كبير لأن الماء سينتقل من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة (داخل الخلية) إلى منطقة ذات تركيز عالي الذائبة (خارج الخلية) ( الشكل ( PageIndex {7} )). العديد من الكائنات الحية الدقيقة لا تنجو من هذه الظروف من الضغط الأسموزي العالي. العسل ، على سبيل المثال ، عبارة عن 80٪ سكروز ، وهي بيئة لا يستطيع فيها عدد قليل جدًا من الكائنات الحية الدقيقة النمو ، مما يلغي الحاجة إلى التبريد. كانت اللحوم والأسماك المملحة ، مثل لحم الخنزير وسمك القد ، على التوالي ، من الأطعمة المهمة للغاية قبل عصر التبريد. تم حفظ الثمار بإضافة السكر وصنع المربى والهلام. ومع ذلك ، فإن بعض الميكروبات ، مثل العفن والخمائر ، تميل إلى أن تكون أكثر تحملاً للجفاف والضغط الأسموزي المرتفع ، وبالتالي قد تلوث هذه الأنواع من الأطعمة.

تمرين ( PageIndex {3} )

كيف تؤثر إضافة الملح أو السكر على الطعام على نشاطه المائي؟

إشعاع

يمكن استخدام الإشعاع بأشكال مختلفة ، من الإشعاع عالي الطاقة إلى ضوء الشمس ، لقتل الميكروبات أو منع نموها. إشعاعات أيونية تشمل الأشعة السينية وأشعة جاما وأشعة الإلكترون عالية الطاقة. الإشعاع المؤين قوي بما يكفي لتمريره إلى الخلية ، حيث يغير الهياكل الجزيئية ويتلف مكونات الخلية. على سبيل المثال ، يقدم الإشعاع المؤين فواصل مزدوجة في جزيئات الحمض النووي. قد يتسبب هذا مباشرة في حدوث طفرات في الحمض النووي ، أو قد تحدث طفرات عندما تحاول الخلية إصلاح تلف الحمض النووي. مع تراكم هذه الطفرات ، فإنها تؤدي في النهاية إلى موت الخلايا.

تخترق كل من الأشعة السينية وأشعة جاما الورق والبلاستيك بسهولة وبالتالي يمكن استخدامها لتعقيم العديد من المواد المعبأة. في المختبر ، يشيع استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم المواد التي لا يمكن تعقيمها ، مثل أطباق بتري البلاستيكية وحلقات التلقيح البلاستيكية التي يمكن التخلص منها. للاستخدام السريري ، يتم استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم القفازات والأنابيب الوريدية وغيرها من مواد اللاتكس والبلاستيك المستخدمة لرعاية المرضى. يستخدم الإشعاع المؤين أيضًا لتعقيم الأنواع الأخرى من المواد الحساسة والحساسة للحرارة المستخدمة سريريًا ، بما في ذلك الأنسجة المستخدمة في الزراعة والأدوية والمعدات الطبية.

في أوروبا ، يتم استخدام تشعيع جاما لحفظ الطعام على نطاق واسع ، على الرغم من أنه كان بطيئًا في الانتشار في الولايات المتحدة (انظر مربع التوصيلات الدقيقة حول هذا الموضوع). غالبًا ما تتعرض البهارات المجففة المعبأة لإشعاع جاما. نظرًا لقدرتها على اختراق الورق والبلاستيك والألواح الرقيقة من الخشب والمعدن والأنسجة ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية وتشعيع جاما. لا يمكن لهذه الأنواع من الإشعاع المؤين أن تخترق طبقات سميكة من الحديد أو الرصاص ، لذلك تُستخدم هذه المعادن بشكل شائع لحماية البشر الذين يحتمل تعرضهم.

نوع آخر من الإشعاع ، الإشعاع غير المؤين ، يستخدم بشكل شائع للتعقيم ويستخدم طاقة أقل من الإشعاع المؤين. لا تخترق الخلايا أو التغليف. ومن الأمثلة على ذلك الضوء فوق البنفسجي. يتسبب في تكوين ثايمين الثايمين بين الثايمينات المجاورة داخل خيط واحد من الحمض النووي (الشكل ( PageIndex {8} )). عندما يصادف بوليميراز الدنا ثايمين الثايمين ، فإنه لا يشتمل دائمًا على النيوكليوتيدات التكميلية المناسبة (اثنان من الأدينين) ، وهذا يؤدي إلى تكوين طفرات يمكن أن تقتل الكائنات الحية الدقيقة في النهاية.

يمكن استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال من قبل كل من المستهلكين وموظفي المختبر للتحكم في نمو الميكروبات. يتم الآن دمج مصابيح الأشعة فوق البنفسجية بشكل شائع في أنظمة تنقية المياه لاستخدامها في المنازل. بالإضافة إلى ذلك ، يشيع استخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الصغيرة المحمولة من قبل المعسكر لتنقية المياه من البيئات الطبيعية قبل الشرب. تُستخدم مصابيح مبيدات الجراثيم أيضًا في الأجنحة الجراحية ، وخزائن السلامة البيولوجية ، وأغطية النقل ، وعادةً ما تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يبلغ 260 نانومتر. نظرًا لأن ضوء الأشعة فوق البنفسجية لا يخترق الأسطح ولن يمر عبر البلاستيك أو الزجاج ، يجب أن تتعرض الخلايا مباشرة لمصدر الضوء.

يحتوي ضوء الشمس على طيف واسع جدًا يتضمن الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. في بعض الحالات ، يمكن أن يكون ضوء الشمس فعالاً ضد بكتيريا معينة بسبب تكوين ثايمين الثايمين بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية وبسبب إنتاج منتجات الأكسجين التفاعلية المستحثة بكميات منخفضة عن طريق التعرض للضوء المرئي.

تمرين ( PageIndex {4} )

  1. ما ميزتان للإشعاع المؤين كطريقة تعقيم؟
  2. كيف تقارن فعالية الإشعاع المؤين بفاعلية الإشعاع غير المؤين؟

الأطعمة المروية: هل تأكل ذلك؟

من بين جميع طرق منع تلف الطعام والأمراض التي تنتقل عن طريق الغذاء ، قد يكون تشعيع جاما هو أكثر الطرق التي تفتقر إلى الشهية. على الرغم من أن تشعيع جاما هو طريقة مثبتة للقضاء على الميكروبات التي قد تكون ضارة من الطعام ، إلا أن الجمهور لم يقبل بعد. ومع ذلك ، فإن معظم مخاوفهم تنبع من المعلومات الخاطئة والفهم السيئ للمبادئ الأساسية للإشعاع.

الطريقة الأكثر شيوعًا للإشعاع هي تعريض الطعام للكوبالت 60 أو السيزيوم 137 عن طريق تمريره عبر غرفة الإشعاع على حزام ناقل. لا يتصل الطعام مباشرة بالمواد المشعة ولا يصبح مشعًا بحد ذاته. وبالتالي ، لا يوجد خطر التعرض للمواد المشعة من خلال تناول الأطعمة المشعة بأشعة جاما. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم تغيير الأطعمة المعالجة بالإشعاع بشكل كبير من حيث الجودة الغذائية ، بصرف النظر عن فقدان بعض الفيتامينات ، والذي يتفاقم أيضًا بسبب التخزين الممتد. قد تحدث تغيرات في الطعم أو الرائحة في الأطعمة المشععة التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون ، مثل اللحوم الدهنية ومنتجات الألبان ، ولكن يمكن تقليل هذا التأثير باستخدام جرعات أقل من الإشعاع في درجات حرارة منخفضة.

في الولايات المتحدة ، اعتبرت مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها ، ووكالة حماية البيئة (EPA) ، وإدارة الغذاء والدواء (FDA) أن التشعيع آمن وفعال لأنواع مختلفة من اللحوم والدواجن والمحار والفواكه والخضروات الطازجة والبيض والمحار و البهارات والتوابل. تمت الموافقة على تشعيع الأطعمة بأشعة جاما أيضًا للاستخدام في العديد من البلدان الأخرى ، بما في ذلك فرنسا وهولندا والبرتغال وإسرائيل وروسيا والصين وتايلاند وبلجيكا وأستراليا وجنوب إفريقيا. للمساعدة في التخفيف من قلق المستهلك والمساعدة في جهود التعليم ، يتم الآن تمييز الأطعمة المشععة بوضوح وتمييزها برمز الإشعاع الدولي ، المسمى "Radura" (الشكل ( PageIndex {9} )). يبدو أن قبول المستهلك آخذ في الارتفاع ، كما أشارت العديد من الدراسات الحديثة.

صوتنة

يسمى استخدام الموجات فوق الصوتية عالية التردد لتعطيل هياكل الخلايا بالموجات فوق الصوتية. يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية إلى تغيرات سريعة في الضغط داخل السائل داخل الخلايا ؛ هذا يؤدي إلى التجويف ، وتشكيل فقاعات داخل الخلية ، والتي يمكن أن تعطل هياكل الخلية وفي النهاية تتسبب في انهيار الخلية أو انهيارها. Sonication مفيد في المختبر لتحلل الخلايا بكفاءة لإطلاق محتوياتها لمزيد من البحث ؛ خارج المختبر ، يتم استخدام الصوتنة لتنظيف الأدوات الجراحية والعدسات ومجموعة متنوعة من الأشياء الأخرى مثل العملات المعدنية والأدوات والآلات الموسيقية.

الترشيح

الترشيح هو طريقة لفصل الميكروبات جسديا عن العينات. عادةً ما يتم ترشيح الهواء من خلال مرشحات هواء جسيمات عالية الكفاءة (HEPA) (الشكل ( PageIndex {10} )). تتمتع فلاتر HEPA بأحجام مسام فعالة تبلغ 0.3 ميكرومتر ، وهي صغيرة بما يكفي لالتقاط الخلايا البكتيرية ، والأبواغ الداخلية ، والعديد من الفيروسات ، حيث يمر الهواء عبر هذه المرشحات ، مما يؤدي إلى تعقيم الهواء تقريبًا على الجانب الآخر من الفلتر. تحتوي فلاتر HEPA على مجموعة متنوعة من التطبيقات وتُستخدم على نطاق واسع في البيئات السريرية وفي السيارات والطائرات وحتى في المنزل. على سبيل المثال ، يمكن العثور عليها في المكانس الكهربائية وأنظمة التدفئة وتكييف الهواء وأجهزة تنقية الهواء.

خزانات السلامة البيولوجية

خزانات السلامة البيولوجية هي مثال جيد على استخدام مرشحات HEPA. تُستخدم مرشحات HEPA في خزانات السلامة البيولوجية (BSCs) لإزالة الجسيمات الموجودة في الهواء إما التي تدخل الخزانة (مدخل الهواء) ، أو مغادرة الخزانة (عادم الهواء) ، أو معالجة كل من المدخول والعادم. إن استخدام مرشح HEPA لسحب الهواء يمنع الملوثات البيئية من دخول BSC ، مما يخلق منطقة نظيفة للتعامل مع المواد البيولوجية. يمنع استخدام مرشح HEPA لعادم الهواء مسببات الأمراض المختبرية من تلويث المختبر ، وبالتالي الحفاظ على منطقة عمل آمنة لموظفي المختبر.

هناك ثلاث فئات من BSCs: الأول والثاني والثالث. تم تصميم كل فئة لتوفير مستوى مختلف من الحماية لموظفي المختبر والبيئة ؛ تم تصميم BSC II و III أيضًا لحماية المواد أو الأجهزة الموجودة في الخزانة. يلخص الجدول ( PageIndex {1} ) مستوى الأمان الذي توفره كل فئة من BSC لكل BSL.

الجدول ( PageIndex {1} ): المخاطر البيولوجية و BSCs
تقييم المخاطر البيولوجيةفئة BSCحماية الموظفينحماية البيئةحماية المنتج
BSL-1 ، BSL-2 ، BSL-3أنانعمنعملا
BSL-1 ، BSL-2 ، BSL-3IIنعمنعمنعم
BSL-4الثالث ؛ II عند استخدامها في غرفة البدلةنعمنعمنعم

تحمي BSCs من الفئة الأولى عمال المختبرات والبيئة من مخاطر منخفضة إلى متوسطة للتعرض للعوامل البيولوجية المستخدمة في المختبر. يُسحب الهواء إلى الخزانة ثم يتم تصفيته قبل الخروج من خلال نظام عادم المبنى. تستخدم BSCs من الفئة الثانية تدفق الهواء الاتجاهي وأنظمة الحاجز الجزئي لاحتواء العوامل المعدية. تم تصميم BSCs من الفئة III للعمل مع العوامل شديدة العدوى مثل تلك المستخدمة في مختبرات BSL-4. إنها مانعة لتسرب الغاز ، والمواد التي تدخل أو تخرج من الخزانة يجب أن يتم تمريرها من خلال نظام الباب المزدوج ، مما يسمح بتطهير المساحة المتداخلة بين الاستخدامات. يتم تمرير كل الهواء من خلال واحد أو اثنين من مرشحات HEPA ونظام حرق الهواء قبل استنفاده مباشرة إلى الخارج (وليس من خلال نظام عادم المبنى). يمكن للأفراد معالجة المواد داخل خزانة الفئة الثالثة باستخدام قفازات مطاطية طويلة محكمة الغلق في الخزانة.

يوضح هذا الفيديو كيف تم تصميم BSCs ويشرح كيفية حماية الأفراد والبيئة والمنتج.

الترشيح في المستشفيات

تُستخدم مرشحات HEPA أيضًا بشكل شائع في المستشفيات والأجنحة الجراحية لمنع التلوث وانتشار الميكروبات المحمولة جواً من خلال أنظمة التهوية. يمكن تصميم أنظمة ترشيح HEPA للمباني بأكملها أو للغرف الفردية. على سبيل المثال ، قد تتطلب وحدات الحروق أو غرف العمليات أو وحدات العزل أنظمة ترشيح HEPA خاصة لإزالة مسببات الأمراض الانتهازية من البيئة لأن المرضى في هذه الغرف معرضون بشكل خاص للعدوى.

مرشحات الغشاء

يمكن أيضًا استخدام الترشيح لإزالة الميكروبات من عينات السائل باستخدام الترشيح الغشائي. تعمل المرشحات الغشائية للسوائل بشكل مشابه لمرشحات الهواء HEPA. عادةً ما يكون لمرشحات الغشاء المستخدمة لإزالة البكتيريا حجم مسام فعال يبلغ 0.2 ميكرومتر ، وهو أصغر من متوسط ​​حجم البكتيريا (1 ميكرومتر) ، ولكن المرشحات ذات أحجام المسام الأصغر متاحة لتلبية احتياجات أكثر تحديدًا. يعد الترشيح الغشائي مفيدًا لإزالة البكتيريا من أنواع مختلفة من المحاليل الحساسة للحرارة المستخدمة في المختبر ، مثل محاليل المضادات الحيوية ومحاليل الفيتامينات. يمكن أيضًا تعقيم كميات كبيرة من وسائط المزرعة بدلاً من تعقيمها لحماية المكونات الحساسة للحرارة. غالبًا عند تصفية الأحجام الصغيرة ، يتم استخدام مرشحات الحقن ، ولكن عادةً ما تستخدم المرشحات الفراغية لفلترة الأحجام الكبيرة (الشكل ( PageIndex {11} )).

تمرين ( PageIndex {5} )

  1. هل من المحتمل أن يؤدي الترشيح الغشائي باستخدام مرشح 0.2 ميكرومتر إلى إزالة الفيروسات من المحلول؟ يشرح.
  2. قم بتسمية استخدامين شائعين على الأقل لترشيح HEPA في الإعدادات السريرية أو المختبرية.

يلخص الشكل ( PageIndex {12} ) والشكل ( PageIndex {13} ) الطرق المادية للتحكم التي تمت مناقشتها في هذا القسم.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • الحرارة هي طريقة مستخدمة على نطاق واسع وفعالة للغاية للتحكم في نمو الميكروبات.
  • التعقيم بالحرارة الجافة تُستخدم البروتوكولات بشكل شائع في تقنيات التعقيم في المختبر. لكن، التعقيم بالحرارة الرطبة هو عادة البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.
  • بسترة يستخدم لقتل مسببات الأمراض وتقليل عدد الميكروبات التي تسبب فساد الطعام. بسترة عالية الحرارة ووقت قصير يشيع استخدامه لبسترة الحليب الذي سيتم تبريده ؛ البسترة بدرجة حرارة عالية جدًا يمكن استخدامها لبسترة الحليب للتخزين طويل الأمد بدون تبريد.
  • التبريد يبطئ نمو الميكروبات. التجميد يوقف النمو ويقتل بعض الكائنات الحية. يمكن تجميد العينات المختبرية والطبية على الجليد الجاف أو في درجات حرارة شديدة الانخفاض للتخزين والنقل.
  • يمكن استخدام المعالجة بالضغط العالي لقتل الميكروبات في الطعام. كما تم استخدام العلاج بالأكسجين عالي الضغط لزيادة تشبع الأكسجين لعلاج بعض أنواع العدوى.
  • تجفيف تستخدم منذ فترة طويلة لحفظ الأطعمة ويتم تسريعها من خلال إضافة الملح أو السكر ، مما يقلل من نشاط الماء في الأطعمة.
  • التجفيف يجمع بين التعرض للبرودة والجفاف من أجل التخزين طويل الأجل للأطعمة والمواد المختبرية ، لكن الميكروبات تبقى ويمكن إعادة ترطيبها.
  • إشعاعات أيونية، بما في ذلك تشعيع جاما ، طريقة فعالة لتعقيم المواد الحساسة للحرارة والمعبأة. الإشعاع غير المؤين، مثل الضوء فوق البنفسجي ، غير قادر على اختراق الأسطح ولكنه مفيد لتعقيم الأسطح.
  • هيبا يشيع استخدام الترشيح في أنظمة تهوية المستشفيات وخزائن السلامة البيولوجية في المختبرات لمنع انتقال الميكروبات المحمولة جواً. الترشيح الغشائي يستخدم عادة لإزالة البكتيريا من المحاليل الحساسة للحرارة.

متعدد الخيارات

أي من الطرق التالية تؤدي إلى تحلل الخلايا بسبب التجويف الناجم عن تغيرات الضغط الموضعية السريعة؟

أ. المايكرويف
إشعاع جاما
ج- الأشعة فوق البنفسجية
صوتنة D.

د

أي من المصطلحات التالية يستخدم لوصف الوقت المطلوب لقتل جميع الميكروبات داخل العينة عند درجة حرارة معينة؟

A. D- القيمة
نقطة الموت الحرارية
وقت الموت الحراري
D. وقت التخفيض العشري

ج

أي من طرق التحكم في الميكروبات التالية لا تقتل بالفعل الميكروبات أو تمنع نموها ولكنها بدلاً من ذلك تزيلها جسديًا من العينات؟

ألف الترشيح
الجفاف
جيم التجفيد
د- الإشعاع غير المؤين

أ

املاء الفراغ

في الأوتوكلاف ، يتم زيادة الضغط على ________ للسماح للبخار بالوصول إلى درجات حرارة أعلى من نقطة غليان الماء.

بخار

خطأ صحيح

يمكن للإشعاع المؤين اختراق الأسطح ، لكن الإشعاع غير المؤين لا يمكنه ذلك.

حقيقي

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

خاطئة

اجابة قصيرة

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? يشرح.

التفكير النقدي

In 2001, endospores of عصيات الجمرة الخبيثة, 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? لما و لما لا؟

الحواشي

  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.” التقرير الأسبوعي للإصابة بالأمراض والوفيات 64 ، لا. 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.


شاهد الفيديو: المحاضرة التاسعة ميكروبيولوجيا الأغذية - مادة الميكروبيولوجيا العامة (قد 2022).