EKP

Máte načtenou starší verzi dokumentu! Pokud ji uložíte, vytvoříte tím novou aktuální verzi.

====== Mechanizmus mikrobiální degradace ======

[[plisne:literatura|[2]]]

V průběhu svého života produkují  plísně různé zplodiny látkové přeměny. Produkty této látkové výměny se  mohou podílet na štěpení nosného podkladu (substrátu).  Některé produkty látkové  výměny (metabolity) vybraných plísní jsou v  tab.1.  Látky uvolněné metabolity  ze substrátu jsou zpětně využívány plísněmi ke stavbě těla a k získávání energie.

Tělo plísňových organizmů je tvořeno z  největší části z vody. V té se
mohou rozpouštět nečistoty usazené na  povrchu, nebo látky uvolněné působením plísní na substrát. Vzniká tak elektrolyt, který může být u kovů příčinou mikrobiální koroze. Nezanedbatelné je rovněž to, že plísně svými životními pochody mění mikrorelief povrchu  materiálu a tím výtváří podmínky pro rozvoj adsorbčních procesů.

Mycelium prorůstající  povrch izolantů zhoršuje izolační  stavy a může být příčinou i zkratů a  povrchových výbojů. Klíčení plísní uvnitř zařízení se může  projevit zhoršenou funkčností zařízení.  Mycelium je příčinou poleptání, ztrátou lesku a  transaprentnosti materiálu. Plísně mohou způsobit i estetické škody, neboť kazí vnější  vzhled a jsou často původcem zápachu, který vzniká při jejich růstu.

<BOOKMARK:mde>

===== Vliv prostředí na mikrobiální degradaci =====

Při hodnocení  vzniku a průběhu mikrobiální  koroze je nutné přihlížet k podmínkám prostředí  a všímat si podmínek,  které panují bezprostředně po styku materiál - biodeteriogen. Zatímco makroklima ovlivňuje globální existenci biodeteriogenů  v daném prostředí, mikroklima  může bezprostředně ovlivnit infestaci materiálu určitým specifickým biodeteriogenem.

Podnebí má rozhodující vliv  na rozšíření mikroorganizmů. Zatímco některé druhy můžeme najít všude  (ubikvisti), rozšíření jiných druhů je ohraničeno a to jak klimatickými  faktory, tak faktory biotickými (vzájemné interakce).

Mikroorganizmy se šíří převážně pasivně  - větrem, vodou. Vedle pasivního přenosu je významný i  přenos jinými mechanizmy, které jsou označovány jako vektory přenosu. Např. hmyz má  zásadní význam pro vznik biokoroze působené plísněmi, protože přenáší  spory i vegetativní formy mikroorganizmů. Vedle pouhého přenosu může hmyz jako vektor spolupůsobit i znečištění materiálů (výkaly), které mohou být spouštěcím mechanizmem infekce materiálu.

K infestaci materiálu může dojít ze zdroje, který je shodný s napadeným materiálem  (zdroj homologní). Jako příklad  mohou posloužit celulolytické  plísně ze  dřeva na  plastech, kde  je jako  plnivo použita dřevitá moučka). V řadě případů však biodeteriogen  nepochází ze zdrojů shodných s poškozeným materiálem  (zdroj heterologní). Typický  pro tuto skupinu  je růst
mikroorganizmů na plastech, z nichž  některé mají chemické struktury, které se v přírodě nevyskytují.

Při vzplanutí biokoroze se rozhodující měrou uplatňují mikroklimatické vlivy prostředí, protože mezi  biodeteriogeny patří v mikrobní populaci obecně rozšířené mikroorganizmy. Makroklima pak ovlivňuje existenci biodeteriogenů  v daném  prostředí a  mikroklima (především  teplota a  vlhkost v bezprostředním okolí materiálu) ovlivní infestaci.

Při většině  biodeteriorací se uplatňuje  celý komplex biodeteriogenů,
které  se často  vzájemně ovlivňují  (kolonie). Tehdy  je nutné registrovat
vzájemnou interakci všech mikroorganizmů  osídlujících substrát, přičemž je
zřejmé, že  některé mikroorganizmy jsou  biodeteriogeny a jiné  pouze členy
specifického společenství bez vlivu na substrát.

==== Vliv teploty ====

Teplota má podstatný vliv na růst mikroorganizmů. Může stimulovat
růst, měnit morfologii, metabolismus i patogenitu mikroorganizmů. Při zvyšování teploty dochází ke dvěma protichůdným efektům. Na jedné straně se vlivem teploty zrychlují metabolické reakce, na straně druhé stoupá po
překročení růstového maxima inaktivace enzymů. Zrychlování (zpomalování)
metabolických procesů je možno vyjádřit teplotním koeficientem Q10. Tento
koeficient vyjadřuje úroveň reakčních procesů při určité teplotě v porovnání s procesy, které probíhají při teplotách o 10 oC nižších:

kde: **K** - konstanta optimálního růstu

Hodnota Q10 je při teplotách 18 až 22 oC mezi 3 až 4. Při vyšších teplotách
klesá. Při zvyšování teploty nad maximum dochází nejdříve k degradaci dýchacího řetězce buňky a později její smrti.
Životní pochody mikroorganizmů jsou zcela závislé na teplotě okolí.
Plísně mohou vegetovat jen v určitém biokinetickém teplotním rozmezí, které je vymezeno maximální a minimální hodnotou.

Minimální růstová teplota (podobně jako maximální teplota) je teplota, při níž je určitý druh mikroorganizmu schopen růst a množit se. Většina mikroorganizmů dobře roste při teplotách 10 až 15 oC. Některé baktérie
a plísně mohou růst i při záporných teplotách, je-li bod zmrznutí substrátu snížen. Klesne-li teplota pod minimální mez, růst mikroorganizmu se zastaví a dříve nebo později dojde k odumírání vegetativních částí, (zatímco spory mohou přežívat i při velmi nízkých teplotách). Minimální růstová teplota se mění v závislosti na prostředí pH.

Nejlépe probíhá růst a vývoj plísně v optimálním teplotním rozmezí.
Toto teplotní rozmezí se pro většinu plísní pohybuje zhruba v rozmezích od 25 do 35 oC. Aspergilly mají o něco vyšší teplotní optimum než Penicillia a Fungi imperfecti. Při nižší než optimální teplotě se růst zpomaluje,
a to tím více, čím je teplota bližší minimální růstové teplotě.

Maximální růstová teplota označuje teplotu, při které ještě bez ohledu na dobu trvání probíhá růst a množení. Maximální teploty, při níž některé plísně ještě rostou, je teplota zhruba 45 oC. Přesáhne-li teplota toto maximum, plísně odumírají. I v tomto případě jsou spory odolnější proti vyšším teplotám než mycelium. Odolnost spor proti vyšším teplotám je však
do značné míry ovlivněna stupněm jejich vyschnutí. V suchém stavu mohou
spory přežít i teplotu kolem 100 oC. Tytéž spory, které přežily vliv vysoké teploty a sucha, bývají při téže teplotě a vysoké vlhkosti v krátké době zničeny. Jednotlivé kmeny plísní se mohou do určité míry vyšší nebo nižší teplotě přizpůsobovat. Kyselé nebo alkalické pH působí při maximálních teplotách inhibičně.

==== Vliv vody ====

Voda je hlavní složkou buněk  plísní. Ve vodě probíhají procesy jejich
látkové výměny, jako je přijímání  živin a odstraňování odpadních produktů.
Růst a vývoj plísní je proto  výrazně závislý na množství vody v prostředí,
která je obklopuje.

Pro  růst  plísní  je  rozhodující  relativní  tenze  vodních  par ve vzduchu, zatímco skutečný obsah vodních par ve vzduchu má podřadný význam. Tento poznatek vyplývá  z procesu přijímání vody buňkami.  Je-li v protoplazmě rostlinných buněk nižší obsah  vlhkosti než v okolním vnějším prostředí, vytvoří se mezi buňkou a vnějším prostředím vlhkostní spád, směřující k vyrovnání obsahu vody v obou prostředích. Hybnou silou pohybu molekul vody  z vnějšího  prostředí do  prostředí buněk  je právě  stupeň nasycení vnějšího prostředí vodními parami.

Nároky různých  druhů plísní na obsah  vlhkosti prostředí jsou různé. Vzhledem  k tomu  byly mikroorganizmy  rozděleny na  hydrofilní, mezofilní a xerofilní. Každá z těchto skupin se vyznačuje charakteristickou růstovou křivkou. U  hydrofilních a mezofilních  druhů dochází k  maximálnímu růstu při relativní vlhkosti 100 %. S poklesem relativní vlhkosti růstové křivky hydrofilních mikroorganizmů  prudce klesají. U  mezofilních mikroorganizmů bývá pokles pozvolný, přičemž v některých případech klesá intenzita růstu teprve při  hodnotách relativní vlhkosti  nižších než 95 %.  U xerofilních
druhů nastává maximální  růst při relativní vlhkosti asi  95 %, kdežto při 100 % relativní  vlhkosti dochází ke zřetelnému poklesu  růstu. S poklesem relativní vlhkosti pod 95 % intenzita růstu prudce klesá.

Významnou roli pro existenci mikroorganizmu (zejména při kolísání relativní vlhkosti) hraje vlhkost obsažená v substrátu. Ta umožňuje plísním do jisté míry překonat nepříznivý vliv přechodně nižší relativní vlhkosti
ve vnější atmosféře. Požadavky mikroorganizmů na obsah vody v substrátu se vyjadřují ve formě součinitele hygroskopické rovnováhy okolního prostředí **aw**:

kde **n** je počet iontů, které vzniknou z každé molekuly roztoku, **M** je molární koncentrace roztoku a **Φ** je molární osmotický koeficient. Hodnota aw vody je 1 a postupně klesá s rozpouštěním solí ve vodě. Na základě znalosti hodnoty aw a Φ lze vyjádřit osmotický tlak (~~tab.#~~):

Vztah mezi aw, π a optimálními podmínkami pro růst plísní je v této tab:

<WRAP center 50%> 
^ aw ^ π (mPa) ^ Podmínky růstu ^
| 0,989 | 1,5 | permanentní vlhkost substrátu |
| 0,89 | 15 | limitní hodnota pro hydrofilní plísně |
| 0,80 | 29,4 | limitní hodnota pro mezofilní plísně |
| 0,70 | 47 | limitní hodnota pro xerofilní plísně |
~~Tab.#~~ Podmínky růstu plísní při 18 oC
</WRAP>

Mikroorganizmy rostou při aw = 0 - 0,60. Baktérie vyžadují aw = 0,99 - 0,93. Kvasinky vyžadují pro růst minimálně 0,91 - 0,88. Výjimku tvoří osmofilní kvasinka Sacharomyces rouxií, která roste při aw = 0,7 - 0,75 a Aspergillus glaucus i níže než 0,60.

Většina  druhů plísní  znehodnocujících technické  materiály patří do skupiny  mezofilních mikroorganismů.  Optimální relativní  vlhkost se tedy pro většinu  v úvahu přicházejících druhů  pohybuje v rozmezí 95 až 100 %. S poklesem relativní vlhkosti pod optimální  mez se růst plísní zpomaluje, až se  posléze úplně zastaví.  Minimální relativní vlhkost,  při níž ještě dochází k nepatrnému  růstu, se pohybuje v rozmezí  90 až 70 %.  Při dalším poklesu  relativní vlhkosti pod minimální  mez porost vysychá, přičemž vegetativní  části postupně odumírají,  zatímco spory mohou  přežívat i delší dobu ve vyschlém stavu.

Změny  relativní vlhkosti  jsou vyvolány  obvykle teplotou.  Ve svých účincích se teplota a relativní vlhkost navzájem ovlivňují, takže je třeba posuzovat působení obou činitelů na růst plísní současně. Hranice vlhkostního minima se snižuje tím více,  čím více se teplota blíží optimální hodnotě růstu. Čím  déle trvá období s vysokou  relativní vlhkostí, tím větší je obsah vody sorbované v materiálu,  a tím více je potlačen vliv následujícího nepříhodného suchého období pro plísňový porost.

==== Vliv slunečního záření ====

Vliv slunečního  záření na růst a  vývoj plísní je závislý  na vlnové
délce záření, na době ozáření  živném substrátu a druhu stáří mikroorganizmů. Bylo  zjištěno, že složky  spektra slunečního záření  mohou podporovat růst  i vytváření  morfologických  změn  v těle  mikroorganizmu, působí-li
krátkodobě.

Déle trvající  působení ultrafialové části  spektra slunečního záření
nepříznivě ovlivňuje životaschopnost plísní. Nejcitlivější jsou buňky mladých  kultur, jejichž  buněčná blána  obsahuje ještě  málo pigmentu. Avšak i buňky s tmavou buněčnou  blanou bývají dlouhodobým působením ultrafialových paprsků  zničeny. Výrazně inhibiční  účinek má i  infračervená složka spektra,  která porost  i živný  substrát vysušuje  a zahřívá nad optimální mez.

Bylo také prokázáno, že řada  druhů plísní vyžaduje v určitých stadiích svého vývoje střídání dne a noci, tj. osvícení a tmy.
Vliv působení  slunečního záření je sice  studován, nedospělo se však dosud k takovým  závěrům, kterými by bylo možno  obecně postihnout významnost  jeho  vlivu.  Zdá  se  však,  že  ve  srovnání s teplotou a vlhkostí
vzduchu, vliv slunečního záření není tak podstatný.

Proudění vzduchu působí na  růst plísní inhibičně. Především vysušuje
navlhlé materiály, a to i tehdy,  je-li vzduch vlhký. Dále pak znesnadňuje usazování spor  na povrchu materiálů a  mechanicky narušuje jejich klíčení a nebo poškozuje porost, který se vytvořil v obdobích, kdy proudění vzduchu
neprobíhalo. Při zkouškách proudění vlhkého vzduchu na plesnivění materiálů se potvrdilo,  že zkoušené materiály plesnivěly tím  méně, čím rychleji vlhký vzduch proudil a čím delší dobu toto proudění trvalo. Inhibiční účinek proudícího vzduchu na plesnivění  materiálů je uveden v tab. 34. [22]. Jak je zřejmé, nemůže se  inhibiční vliv proudícího vzduchu podstatně projevovat při rychlosti proudění vzduchu, která přichází v úvahu při obvyklé expozici technických materiálů.

<WRAP center 50%> 
^ Materiál ^ Rychlost proudění (m.s-1 ) ^ Doba proudění (h) ^
|slabě plesnivějící | 1,6 | 1 - 3 |
|:::| 0,75 | 6 - 12 |
| | | |
|silně plesnivějící | 1,6 | 6 - 8 |
|::: | 0,75 | 18 - 24 |
 
~~Tab.#~~ Inhibiční účinek proudění vzduchu.
</WRAP>

Nezbytným předpokladem pro růst  plísní je živný substrát. Základními
(biogenními)  prvky, nezbytnými  jak pro  stavbu těla,  tak pro  získávání
energie, jsou  uhlík, dusík, síra fosfor  a draslík. Dále jsou  to hořčík,
mangan, železo,  zinek, sodík, vápník, kobalt  a měď. Některé z  nich jsou
obsaženy v živném substrátu ve větším množství, jiné v nepatrném množství.
Prvky přítomné  ve stopových množstvích se  dostávají do živného substrátu
obvykle ve formě nečistot.

Zdrojem nezbytných  složek pro výživu  plísní, pro rozvoj  jejich biochemických pochodů zajišťujících tvorbu  biomasy jsou organické sloučeniny. Biochemický rozklad přírodních  organických materiálů probíhá rychleji
než rozklad  syntetických organických. Přírodní materiály  jsou pro plísně
přirozeným substrátem jak z hlediska  makrostruktury, tak co do molekulárního složení. Obsahují již hotové stavební kameny pro syntézu nové biomasy a ve vhodném složení i nezbytné minerály. Rozklad syntetických organických
materiálů probíhá pomaleji, protože jsou strukturálně pevnější.

Tak např. čistá celulóza podléhá zcela mikrobiálnímu rozkladu. Mikroorganizmy rostoucí na celulóze vytvářejí řadu metabolitů, z nichž některé, působí jako katalyzátory při hydrolýze celulózy. Při styku se vzdušnou
vlhkostí nebo s kapalnou vodou, za přítomnosti enzymů, dochází k hydrolýze, při níž se slučuje jeden atom vodíku a jedna hydroxylová skupina s jednou základní skupinou <chem>C6H10O5</chem> a postupně tak vzniká glukóza, kterou
využívají mikroorganizmy ke stavbě těla a tvorbě energie.

Obdobně je rozkládán mikroorganizmy ve vlhkém prostředí přírodní kaučuk. Po chemické stránce je to velmi složitý materiál, obsahující převážně uhlovodíky, ale i organické sloučeniny dusíku. Hydrolýzou uhlovodíků vznikají hexózy nebo pentózy a jejich oxidací sloučeniny kyselé povahy. Těchto produktů využívají mikroorganizmy ke stavbě těla a tvorbě energie.

Syntetické materiály jsou mikroorganizmy rozkládány obdobným způsobem
jako  např. molekuly  celulózy. Tyto  rozkladné procesy  jsou ovšem daleko
složitější a jejich chemizmy nejsou  ještě dostatečně známy. Převážná většina syntetických materiálů je značně heterogení soustava. Nelze proto je jich  schopnost poskytovat  plísním živiny  charakterizovat jednotně.  Tak
např. u  termoplastických materiálů záleží nejen  na čisté pryskyřici, ale
též na obsahu plnidel,  změkčovadel, stabilizátorů, pigmentů apod. Zatím co čisté pryskyřice plísně zpravidla neprorůstají, přísady, především přírodní organická plnidla a změkčovadla,  jsou bohatým zdrojem živin. U vrstvených tvrzených  a lisovacích hmot  s přírodními organickými  plnidly velmi záleží na  poměrném zastoupení pryskyřice  a plnidla. Čím  méně přírodního
organického plnidla je  v hmotě obsaženo a čím více  je toto plnidlo prostoupeno dobře  tvrzenou pryskyřicí, tím méně  bývá materiál rozkládán. Podobně je schopnost nátěrových hmot  poskytovat plísním živiny určována jejich složením.  Nátěry na bázi rostlinných  olejů a přírodních organických pryskyřic, bývají rozkládány zpravidla daleko více než nátěry na bázi syntetických organických pryskyřic. Všeobecně  platí, že nátěry teplem tvrditelné,  vytvářející tvrdý  hladký film,  jsou méně  prorůstány než  nátěry
schnoucí na vzduchu.

Anorganické materiály neposkytují plísním  žádný zdroj živin. Plísně
však mohou růst na zbytcích organických látek, kterými bývá tento druh materiálu znečištěn a druhotně jej poškozovat svými metabolity.
Obecně platí, že jednotlivé kmeny plísní mají vzhledem ke své odlišné enzymatické činnosti  různou schopnost rozkládat substrát  a tedy i různou schopnost porůstat  různé živné podklady.  Tato fyziologická vlastnost  se však do určité míry mění v závislosti na prostředí, v němž plísně žijí.

Na rozvoj mikrobiálního napadení má  vliv i kyselost prostředí. Optimální koncentrace vodíkových iontů nutná  pro růst mikroorganizmů se pohybuje v  rozmezí 4 až 10 pH. Baktérie většinou  dávají přednost neutrálnímu
pH a špatně snášejí pH pod  4 až 5. Existují výjimky. Sirné bakterie např.
rostou při pH = 1.

Hodnota pH i šířka oblasti, ve které je možný růst určitého druhu
baktérií, závisí na teplotě. Např. pro Phacidium infestans se optimální pH
posunuje s teplotou následovně: 5 oC - 4 pH, 20 oC - 6 pH. Mnohé druhy 
plísní mají dvě různé optimální hodnoty pH. Fusarium lycopersium má jednu
optimální oblast mezi pH 4,5 - 5,3 a druhou mezi pH 5,8 - 6,8.

Rychlost  změn pH  prostředí je  závislá na  teplotě. Se zvyšující se
teplotou k optimu postupuje rychleji  i intenzita okyselení substrátu. Kyselé podmínky jsou běžné pro rod Penicillum nebo Trichderma viride. Samotné mikroorganizmy  mohou být příčinou  změny pH prostředí.  Změny
jsou podmíněny jednak množstvím kyselin a zásad které plísně vylučují nebo
pohlcují.  Z hlediska  mikrobiální koroze  je tento  ochranný metabolizmus
plísní velmi významný.

==== Vliv atmosférického znečištění ====

Plynné složky  atmosféry jsou dalším  faktorem ovlivňujícím existenci
plísní. Podle vztahu ke kyslíku se dělí mikroorganizmy na:

* obligátně aerobní
  * obligatně anaerobní
  * fakultativně anaerobní
  * mikroareofilní

Veškeré mikroorganizmy které se podílejí na mikrobiální korozi, patří
k obligátním aerobům, vyjímečně  k fakultativním anaerobům. Mikroorganizmy
tohoto typu získavají energii oxidací molekul substrátu za současné redukce molekulárního kyslíku.

Na pokles tenze <chem>O2</chem> nejsou mikroorganizmy, zejména plísně, příliš citlivé. Mucor a Fusarium klíčí i při 0,01 % <chem>O2</chem>. Vyšší koncentrace <chem>O2</chem> nemá
žádný negativní vliv. Teprve při 100 % koncentraci a vyšším tlaku se perioda přežití u některých plísní snižuje.Koncentrace <chem>CO2</chem> okolo 30 až 40 % inhibují sporulaci plísní. Některé
parazitické druhy plísní jako např. Penicillium glaucum nebo Fusarium jsou schopny dobře růst i při 80 % koncentraci <chem>CO2</chem>. Nízké koncentrace <chem>CO2</chem> mohou někdy stimulovat růst plísní.

Oxid siřičitý má výrazně  inhibiční účinek na mikroorganizmy. Sirovodík a amoniak je pro některé druhy baktérií dokonce zdrojem energie.

[<8>]

Vyplňte, prosím, všechna písmena v poli, abyste dokázali, že nejste robot. Q L S I X Ponechte prosím toto pole prázdné:

Komentář k úpravám

Poznámka: Tím, že editujete tuto stránku, souhlasíte, aby váš obsah byl licencován pod následující licencí: CC Attribution-Share Alike 4.0 International

EKP

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Nástroje pro stránku