Руководство по микробиологии виноделия - Распространение микроорганизмов в природе

ГЛАВА VI
РАСПРОСТРАНЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРИРОДЕ

Благодаря своей крайней неприхотливости микроорганизмы широко распространены в природе. Они встречаются всюду, где температура не превышает 70—80° и не понижается менее 5—8°, где имеется некоторое количество влаги и питательных веществ. В горячих источниках, на поверхности почвы, в глубинах океанов, на поверхности растений, животных и людей и в самом их теле — всюду находится огромное количество микроорганизмов. Однако состав микрофлоры в каждом конкретном случае определяется условиями среды. Мы рассмотрим здесь состав микрофлоры самых распространённых в природе сред: воздуха, почвы и воды.

МИКРОФЛОРА ВОЗДУХА

В воздухе нет условий для развития микроорганизмов (нет питательных веществ), поэтому микрофлора воздуха непостоянна и носит случайный характер. Состав её зависит, в первую очередь, от предметов, с которыми воздух соприкасается, а также от микрофлоры почвы, с поверхности которой эта микрофлора поднимается вместе с пылью. Многие микроорганизмы быстро погибают в воздухе под действием солнечных лучей.
Количественный состав микрофлоры воздуха зависит от ряда факторов — от климатических условий, времени года, населённости местности. Наибольшее количество микроорганизмов в воздухе находится над крупными населёнными пунктами. По мере удаления от них, в частности при подъёме на высоту, количество микробов уменьшается. Так, по данным Е. Н. Мишустина, на высоте 500 м над Москвой в 1 литре воздуха содержится всего 2—3 бактерии, на высоте 1000 м — 1,5 бактерии, на высоте 2000 м — 0,5 бактерий. При удалении от Москвы на 5—7 км на тех же высотах содержится в 3—4 раза меньше бактерий.
В воздухе сельской местности содержится микробов меньше, чем в городах, а ещё меньше над горами, лесами, льдом. По исследованиям Б. Исаченко, воздух над местами, покрытыми в течение всего года снегом, можно считать лишённым микрофлоры. Там за один час на микробиологическую чашку оседает всего 1—2 зародыша. Различно и количество микроорганизмов по времени года. Меньше всего их в воздухе зимой, а больше всего летом. Весна и осень занимают промежуточное положение. После дождя воздух содержит мало микроорганизмов.
В воздухе находятся чаще всего сапрофиты: различные микрококки, сардины, споры бактерий и грибов. Из патогенных микробов в воздухе могут встречаться туберкулёзные и дифтерийные палочки. Особенно богат микроорганизмами воздух помещений, где имеется массовое скопление людей (театры, кино, школы, вокзалы). Интересно отметить, что зимой в воздухе помещений больше микробов, чем летом. 

Это объясняется тем, что летом люди больше бывают на воздухе. В производственных помещениях количество микробов в воздухе зависит от способа уборки помещения, от организации производственного процесса, от вентиляции. При необходимости произведения дезинфекции воздуха применяют молочную кислоту, гипохлорид натрия, триэтиленгликоль. В винодельческой промышленности дезинфекция воздуха достигается окуриванием помещения сернистым ангидридом. В лечебных учреждениях, холодильных камерах применяют ультрафиолетовое облучение. Этот способ в будущем получит, видимо, широкое распространение.

МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ

В почве микроорганизмы находят все условия для своего существования и развития. Они имеют там влагу, питательные вещества, в том числе органические, защиту от солнечных лучей. Поэтому почва особенно богата микроорганизмами и является источником загрязнения ими воздуха и воды. В почве микроорганизмы обитают в основном на глубине до 2 0) см. Глубже их становится меньше. На глубине 4—5 м микробы почти уже не встречаются. Поверхностный слой почвы толщиной в несколько мм более беден ими, т. к. он подвергается высушиванию и солнечному облучению. В верхних слоях почвы преобладают аэробные микроорганизмы, а глубже располагаются анаэробные формы.
Количественный и качественный состав микроорганизмов в почве зависит от типа почвы, её физических свойств, химического состава, реакции среды, влажности и аэрации. Существенную роль играют также климатические условия, время года, способы обработки почвы, растительный покров (см. табл. на стр. 134).
Исследование различных почв земного шара С. Н. Виноградским показало, что качественный состав их микрофлоры сходен. Так, в почве всегда содержатся бактерии (гнилостные, маслянокислые, разлагающие клетчатку, нитрифицирующие, азотфиксирующие), лучистые грибы, плесени и дрожжи. В почве могут встречаться и болезнетворные микробы — возбудители столбняка, сибирской язвы, газовой гангрены, ботулизма. Поэтому очень опасно загрязнение пищевых продуктов и ран землёй. Разлагая отмершие органические остатки почвы, микроорганизмы способствуют накоплению гумуса. Поэтому плодородие почв в большой степени зависит от деятельности микробов.

МИКРОФЛОРА ВОДЫ

В природной воде, как и в почве, микроорганизмы находят условия для своего развития. Микрофлора воды зависит от её загрязнённости органическими остатками, от глубины залегания. Подземные воды., получаемые с больших глубин, содержат мало органических веществ и, следовательно, мало микроорганизмов.
Поверхностные воды очень легко загрязняются. Источником загрязнения открытых водоёмов являются сточные воды промышленных предприятий, населённых пунктов. Воды рек, расположенных ниже населённых пунктов, гораздо богаче микробами, чем воды выше этих пунктов. Так, по определению Разумова, река Урал у ряда населённых пунктов содержит 197 тыс. микробов в 1 мл, а ниже их — 400 тыс. На некотором расстоянии от населённых пунктов количество микробов уменьшается в результате самоочищения. Последнее происходит вследствие ряда факторов: разбавление речной воды свежими притоками, уменьшение органических веществ вследствие их разложения микроорганизмами, поедание микробов простейшими животными и т. д.

Сточные воды и их очистка

Воды, используемые в промышленных предприятиях, загрязняются различными органическими и минеральными веществами, а также значительным количеством микроорганизмов. Такие воды называются промышленными сточными водами. Особенно опасны сточные воды мясокомбинатов, кожевенных заводов, шерстемойных цехов.
В результате использования населением воды для хозяйственных нужд образуются фекально-бытовые сточные воды. Особенно опасны сточные воды больниц. Так, в сточных водах туберкулёзных больниц найдено 1 00 тыс. туберкулёзных бактерий в 1 мл (К. Вагнер, У. Рейсс). Ясно, что спускать такие сточные воды в водоёмы общественного пользования недопустимо. Поэтому, по установленным гигиеной правилам, все сточные воды перед спуском в водоёмы должны подвергаться очистке в той или иной степени.
Очистку сточных вод производят физическими, химическими и биологическими методами. Сточные воды, богатые растворёнными органическими веществами, после отстаивания подвергаются биологической очистке.
Сущность очистки состоит в том, что органические вещества подвергаются разложению микроорганизмами. Наиболее простым способом очистки сточных вод является биологическая очистка на полях фильтрации или на полях орошения.  

Таблица 3
Количество микроорганизмов в различных типах почв (по методу прямого счёта)

Сточная вода спускается на специально отведенные земельные участки, где она фильтруется, просачиваясь сквозь слой почвы. На определённой глубине вода собирается в проложенные для этого дренажные трубы, по которым и отводится в близлежащий водоём. Наряду с разрушением органических веществ, в почве задерживается 99% содержащихся в сточной воде бактерий. Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что они используются для выращивания сельскохозяйственных растений (корнеплодов, луговых трав).
Более эффективной и не требующей земельных участков является очистка сточных вод на специальных сооружениях — биологических фильтрах или аэротенках.
Биологический фильтр представляет собой сооружение высотой 1—3 м, заполненное пористым материалом (шлаком или щебнем), через который фильтруют воду, подлежащую очистке. На поверхности этого пористого материала образуется мощная биологическая плёнка, состоящая из микроорганизмов, разлагающих органические остатки. Для более полного окисления органических веществ иногда продувают воздух.

Аэротенки — это проточные бассейны, содержащие активированный ил, который состоит в основном из различных микроорганизмов. Для лучшего контакта их с протекающей водой поддерживают ил во взвешенном состоянии при помощи струи воздуха, продуваемой через бассейн.
Наряду с сооружениями, в которых происходят аэробные микробиологические процессы, применяются и сооружения, в которых осуществляются и анаэробные процессы. К ним относятся метантенки, где благодаря разложению органических остатков в анаэробных условиях образуются горючие газы (метан, водород), которые могут быть использованы для технических целей.

Питьевая вода и её очистка

К воде, употребляемой для питья и нужд пищевой промышленности, предъявляются особые требования. Эта вода не должна иметь постороннего вкуса, запаха, окраски, не должна содержать ядовитых веществ и патогенных бактерий. Общее число микробов не должно превышать 100 клеток в 1 мл, а количество кишечных палочек ((коли-индекс) должно быть не более трёх в одном литре. Вода колодцев считается пригодной для питья при коли-индексе не более 10, причём общее число микробов не должно превышать 1000 в миллилитре. Питьевая вода открытых водоёмов подвергается предварительной обработке.

1. Отстаивание в специальных бассейнах-отстойниках, где осаждаются взвешенные частицы, а с ними и 70—75% микробов.
2. Коагуляция для более полного осветления воды. Для этого вносят сернокислый алюминий, который, взаимодействуя с углекислыми солями кальция и магния, образует гидрат окиси алюминия — хлопьевидный осадок. Оседающие хлопья увлекают за собой взвешенные частицы и одновременно 90% микробов (от числа оставшихся).
3. Фильтрация через песочные фильтры, задерживающие 98—99% микробов.
4. Дезинфекция, которую можно проводить различными способами. Самым распространённым и самым доступным из них является хлорирование газообразным хлором или хлорной известью. Бактерицидное действие при этом оказывает как сам хлор, так и атомарный кислород, выделяющийся при взаимодействии хлора с водой:

С12 + Н2О = 2НС1 + О.
Так как хлор и атомарный кислород расходуются на окисление органических веществ, то доза вводимого хлора определяется содержанием этих веществ. Максимальная доза расхода хлора на 1 т воды составляет не более 0,7 г.
Более эффективно по сравнению с хлорированием озонирование. Если 0,1мг активного хлора уничтожает 6000 клеток кишечных палочек в 1 л воды через 4 часа 10 минут, то такое же количество озона — за 5 секунд. Более новым приёмом является облучение воды ультрафиолетовыми (УФ) лучами. УФ лучи имеют целый ряд преимуществ перед хлором, т. к. они убивают не только вегетативные клетки, но и споры бактерий и не придают воде никакого запаха и вкуса. Однако их недостатком является то, что они применимы только для прозрачных и бесцветных вод. Различные примеси, придающие воде окраску или мутность, поглощают УФ лучи и снижают их эффективность.