Ảnh hưởng của nhân tố vật lý đến vi sinh vật: a. Độ ẩm: Hầu hết các quá trình sống của vi sinh vật có liên quan đến nước do đó độ ẩm là một yếu tố quan trọng của môi trường. Hàm lượng nước trong tế bào vi sinh vật khá cao: vi khuẩn là 75 – 85%, nấm men 73 – 82%, nấm mốc 84 – 90%. Nước 78 là môi trường hoà tan các chất dinh dưỡng trước khi hấp thụ vào tế bào, đảm bảo sự cân bằng áp suất thẩm thấu, ngoài ra nước rất cần thiết cho việc thực hiện các phản ứng hoá học xảy ra trong tế bào. Đa số vi khuẩn thuộc nhóm ưa nước (hydrophil) nghĩa là chúng cần nước ở dạng tự do dễ hấp thụ, chỉ có một số xạ khuẩn thuộc nhóm ưa khô (xerophilic) vì chúng sử dụng được cả nước hydroscopic gắn trền bề mặt các hạt đất ở dạng các phân tử. Nhu cầu của vi sinh vật đối với nước có thể được biểu thị một cách định lượng bằng độ hoạt động của nước (water activity, aw) trong môi trường. P aw = P0 Trong đó: P là áp suất hơi nước của dung dịch. Po là áp suất hơi nước của nước nguyên chất. Nước nguyên chất có aw = 1, nước biển có aw = 0,980, máu người có aw = 0,995, cá muối có aw =0,750, kẹo, mứt có aw = 0,700. Đa số vi sinh vật sinh trưởng được trong phạm vi aw = 0,63 – 0,99. Khi thiếu nước sẽ xảy ra hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào, trao đổi chất bị giảm và tế bào có thể bị chết. Sức đề kháng của vi sinh vật với trạng thái khô là khác nhau và phụ thuộc vào: - Nguồn gốc vi sinh vật: vi sinh vật trong không khí chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong đất, vi sinh vật trong đất chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong nước. - Loại hình vi sinh vật: sức đề kháng của xạ khuẩn tốt hơn nấm men, nấm men tốt hơn vi khuẩn và vi khuẩn tốt hơn nấm mốc. Ngay trong một nhóm vi sinh vật thì sức đề kháng của các loài vi sinh vật khác nhau là không giống nhau, ví dụ: một số đơn cầu khuẩn G- nếu thiếu nước một vài giờ sẽ bị chết , trong khi đó các loài Streptococcus có thể chịu được hàng tuần, đặc biệt trực khuẩn lao (Micobacterim tuberculosis) có sức đề kháng cao với sự khô trong không khí. - Trạng thái tế bào: tế bào già chịu khô tốt hơn tế bào non, bào tử chịu khô tốt hơn tế bào tế bào dinh dưỡng. Đa số vi sinh vật đất phát triển mạnh mẽ nhất ở độ ẩm đồng ruộng 60 – 80% (vi khuẩn cố định đạm hiếu khí sinh trưởng được ở độ ẩm 40 – 80%, vi khuẩn nitrat hoá sinh trưởng được ở độ ẩm 60 – 70%). Do đó việc đảm bảo độ ẩm trong đất có ý nghĩa quyết định hoạt tính sinh học của đất. Hoạt đông của vi sinh vật sẽ bị ức chế nếu đất thiếu ẩm, trong điều kiện đất khô hạn quá (độ ẩm dưới 40% độ ẩm bão hoà) thì mọi quá trình sinh học trong đất sẽ bị ngừng trệ. Ứng dụng: do vi sinh vật cần độ ẩm nhất định để sinh trưởng và phát triển cho nên bằng cách phơi khô, sấy khô hoặc đông khô có thể bảo quản được lâu dài nông sản, thực phẩm và các nguyên liệu khác b. Nhiệt độ: Hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có thể coi là kết quả của hàng loạt các phản ứng hoá học trong tế bào. Vì các phản ứng này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt 79 độ nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng là ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình sống của tế bào. Hoạt động của vi sinh vật bị giới hạn trong môi trường chứa nước ở dạng có thể hấp thụ. Vùng này của nước nằm từ 20 đến 1000C gọi là vùng sinh động học. Nhiệt độ cao làm biến tính protein, các enzim bị mất hoạt tính, ngoài ra nhiệt độ cao còn phá hoại màng nguyên sinh chất và làm bất hoạt ARN. Do đó ở nhiệt độ cao vi sinh vật có thể bị tiêu diệt. Các vi khuẩn không sinh bào tử thường chỉ chịu được 60oC trong vòng 30 phút, 70oC trong 10 – 15 phút, 80 – 100oC trong 30 – 60 giây. Như vậy nhiệt độ cao trên 65oC sẽ gây tác hại cho vi sinh vật, ở nhiệt độ trên 100oC hầu hết tế bào sinh dưỡng bị tiêu diệt trong một thời gian nhất định. Sức đề kháng của vi sinh vật đối với nhiệt độ cao phụ thuộc vào từng loài vi sinh vật, tuổi tế bào, có hay không có bào tử, ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường (pH, áp suất thẩm thấu, thành phần chất hữu cơ trong môi trường). Đây chính là cơ sở cho việc xác định biện pháp khử trùng ở nhiệt độ cao có hiệu quả. Nhiệt độ thấp (dưới vùng sinh động học) có thể làm bất hoạt quá trình vận chuyển các chất hoà tan qua màng nguyên sinh chất do thay đổi cấu hình không gian của một số permeaza chứa trong màng hoặc ảnh hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP cần thiết cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng. Vi sinh vật thường chịu được nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ dưới điểm băng hoặc thấp hơn chúng không thể hiện hoạt động trao đổi chất rõ rệt. Sức đề kháng của vi sinh vật đối với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hình vi sinh vật, trạng thái sinh lý của tế bào vi sinh vật cũng như thành phần môi trường. Để bảo quản giống vi sinh vật, thực phẩm và các vật liệu cần thiết người ta dùng phương pháp làm lạnh. Tuy nhiên cần chú ý sử dụng phương pháp làm lạnh thích hợp để đáp ứng yêu cầu. Vùng nhiệt sinh trưởng của vi sinh vật là giới hạn giữa nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ cực đại. Giới hạn này giữa các vi sinh vật khác nhau là khác nhau, ở các vi khuẩn sống hoại sinh giới hạn này tương đối rộng nhưng các vi khuẩn gây bệnh thì giới hạn này lại rất hẹp. Căn cứ vào giới hạn nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật mà người ta chia vi sinh vật thành 3 nhóm: - Nhóm vi sinh vật ưa lạnh (psychrophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ từ 0 - 20oC, và tốt nhất là 10oC. Nhóm vi sinh vật này thường phân bố trong nước biển, các ao hồ và suối nước lạnh, trong các kho lạnh bảo quản thực phẩm ví dụ : vi khuẩn phát quang Photobacterium ficheri, vi khuẩn Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligenes . gây hư hỏng thực phẩm. Hoạt tính trao đổi chất của nhóm vi sinh vật này thường thấp. - Nhóm vi sinh vật ưa ấm (mesophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ 20 – 25oC; 30 – 370C; 40 – 45oC. Đa số vi sinh vật thuộc nhóm này, bao gồm nấm men, nấm mốc, vi khuẩn hoại sinh, vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật. - Nhóm vi sinh vật ưa nóng (thermophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ từ 45 – 50oC; 50 – 60oC; 70 – 80 oC. Các vi sinh vật ưa nóng gồm chủ yếu là xạ khuẩn, vi khuẩn sinh bào tử, nấm mốc thường gặp ở các bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng, vùng núi lửa. 80 Đặc biệt còn có một số vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt, đó là nhóm vi sinh