К химическим факторам относятся концентрация растворенных веществ в среде (т. е. осмотическое давление), кислотность, действие ингибиторов и окислительно-восстановительные условия среды.
Концентрация среды. Концентрация веществ в среде, главным образом Сахаров и солей, имеет важное значение для жизнедеятельности микроорганизмов. Каждый микроорганизм способен расти и размножаться только при определенных концентрациях веществ в среде. При оптимальной концентрации микроорганизмы развиваются с максимальной скоростью. При увеличении концентрации веществ наблюдается ослабление жизнедеятельности микроорганизма в результате повышения осмотического давления в среде. При этом клетка теряет воду, обезвоживается, цитоплазма сжимается, т. е. происходит плазмолиз, нарушается обмен веществ, и клетка погибает. На явлении плазмолиза основано консервирование пищевых продуктов (сгущенное молоко с сахаром, варенье, джемы, соленая рыба и др.).
Существуют микроорганизмы, которые могут развиваться в среде с высоким осмотическим давлением, т. е. устойчивые к высоким концентрациям соли и сахара в среде. Такие микроорганизмы называют осмофильными; осмофильные микроорганизмы вызывают брожение меда, варенья, джема.
Кислотность среды. На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает кислотность среды. Различают титруемую и активную кислотность.
Титруемая (общая) кислотность определяется количеством органических и неорганических кислот в среде и выражается в различных единицах, например в градусах. Активная кислотность — это концентрация водородных ионов (рН) в среде, она измеряется шкалой от 0 до 14. рН равно 7, если реакция среды нейтральна, рН меньше 7 — кислая, рН больше 7 — щелочная.
Каждый вид микроорганизмов может размножаться при строго определенном рН среды. Приспособленность к узким зонам реакции среды — это результат эволюции микроорганизмов. Существуют микроорганизмы, способные размножаться в кислых средах, например дрожжи, молочнокислые, уксуснокислые, пропионовокислые бактерии. Сенная палочка и большинство бактерий наиболее активно развиваются при нейтральной реакции среды, а гнилостные бактерии хорошо размножаются в щелочной среде.
Различное отношение микроорганизмов к реакции среды используют для создания условий для выращивания полезных, а также и для борьбы с вредными микроорганизмами. Например, чтобы не развивалась тягучая болезнь в хлебе, вызываемая сенной палочкой, повышают кислотность теста. Оптимальная величина рН для дрожжей 4-6, для молочнокислых бактерий — 4-5, для сенной палочки — б-7, для гнилостных бактерий — 7-8. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы изменяют реакцию среды в результате выделения клетками продуктов обмена веществ, влияющих на кислотность.
Окислительно-восстановительные условия. Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от окислительно-восстановительных условий, т. е. доступа и количества молекулярного кислорода в среде. По степени этой зависимости микробы делятся на аэробы и анаэробы. Аэробы, в свою очередь, делятся на две группы: строгие и факультативные. Строгие аэробы развиваются только в присутствии кислорода, например уксуснокислые бактерии. У аэробных организмов есть дыхательные ферменты, и энергию они получают в процессе дыхания. Факультативные, или условные, аэробы развиваются и при незначительной концентрации кислорода; к ним относятся, например, дрожжи.
У анаэробов отсутствуют дыхательные ферменты, поэтому энергию для жизнедеятельности они получают, окисляя органические вещества без участия свободного кислорода, т. е. путем брожения. По отношению к кислороду анаэробы делятся на две группы: строгие и факультативные анаэробы. Например, маслянокислые бактерии развиваются только в отсутствие кислорода. Факультативные, или условные, анаэробы, например кишечная палочка, могут развиваться и в присутствии кислорода, и в его отсутствие. Существуют микроорганизмы, безразличные к присутствию кислорода в среде, например, дрожжи-сахаромицеты. При наличии кислорода они дышат, используя кислород для окислительных реакций, а при недостатке кислорода вызывают спиртовое брожение.
Таким образом, окислительно-восстановительные условия среды влияют на направление биохимических реакций. Поэтому на практике, регулируя окислительно-восстановительные условия, создают благоприятные режимы для жизнедеятельности одних и неблагоприятные — для других микроорганизмов.
Ингибиторы. Ингибиторы — это вещества, угнетающие жизнедеятельность микроорганизмов в результате их химического взаимодействия с веществами клетки. К ингибиторам относятся соли тяжелых металлов (ртути, свинца, серебра и др.), а также хлор, хлорная известь, кислоты, щелочи, медный купорос, пероксид водорода, перманганат калия, спирты, эфиры, карболовая кислота, формалин, сульфамиды, антибиотики и другие вещества. При повышенной концентрации этих веществ погибают сначала клетки микроорганизмов, а затем их споры.
Ингибиторы, применяемые для борьбы с нежелательными микроорганизмами, называют антисептиками. В хлебопечении и производстве мучных кондитерских изделий для борьбы с тягучей болезнью, вызываемой сенной палочкой, используют хлорную известь. Дезинфекции хлорной известью подвергаются помещения хлебохранилищ, вагонетки, лотки.
Дезинфекции с помощью ингибиторов также подвергается вода, используемая для технологических нужд. Для хлорирования воды применяют газообразный хлор. Хлор в воде образует хлорноватистую кислоту, которая, разлагаясь, выделяет атомарный кислород, уничтожающий микрофлору воды.
Для консервирования фруктов, ягод, овощей и плодово-ягодных полуфабрикатов применяют сернистую, сорбиновую и бензойную кислоты, диоксид серы, соли сернистой кислоты.
