 |
Вопросы для самоконтроля. Задачи и примеры. 9.Рост кислотности среды под давлением как фактор инактивации микроорганизмов
|
|
|
|
Вопросы для самоконтроля
1. О чем свидетельствует линейная зависимость логарифма концентрации от времени обработки или химической реакции под воздействием давления?
2. Какие причины нелинейности?
3. Почему температура образцов повышается при сжатии?
4. От чего зависит повышение температуры образцов при сжатии?
5. Как зависит повышение температуры от скорости сжатия?
Задачи и примеры
1. Рассчитать повышение температуры образцов при адиабатическом сжатии под давлением 500 мпа при уменьшении объема от 1000 до 900 мл?
2. Рассчитать разницу скорости инактивации для двух асимптот, изображенных штриховыми кривыми на рис. 8. 4.
9. Рост кислотности среды под давлением как фактор инактивации микроорганизмов
Рассмотрим возможную роль изменения кислотности в механизме инактивации микроорганизмов под давлением. С этой целью перечислим факторы, которые обусловливают равновесную кислотность водных растворов, проанализируем данные о влиянии кислотности среды на инактивацию микроорганизмов, сопоставим полученные в работе данные о связи критического давления и кислотности окружения в процессах инактивации некоторых микроорганизмов, экспериментально проверим влияние изменения кислотности на деградацию витамина С под давлением, обсудим физические причины изменения кислотности под давлением и, наконец, сделаем выводы о посредственном инактивационном влиянии на микроорганизмы повышенной температуры и давления из-за повышения кислотности окружения [6].
Ионизация воды
Молекулы воды ионизируются спонтанно в результате флуктуаций электрического поля, вызванные тепловыми колебаниями соседних диполей, и благоприятной совокупности величин водородных связей с ближайшим окружением. Ионы могут разойтись благодаря механизмам ионного транспорта, или повторно соединиться в пределах нескольких фемтосекунд. Разделившись, ионы ( 
) гидратируются независимо и продолжают свое уединенное существования примерно 70 мкс (время жизни зависит от температуры). Эти процессы определяют величину константы ионизации или ионного образования 
для воды [136]:
|
|
|
(9. 1)
Где 
и 
- равновесные концентрации ионов водорода и гидроксида, а точнее - их всевозможных гидратов, в форме которых они существуют в жидкой воде.
Ионы водорода производятся в уже гидратированной форме как ионы гидрониума Н3О+. Все три водородные атомы в ионах гидрониума удерживаются сильными ковалентными связями и эквивалентны. Поэтому уравнение (9. 1) точнее будет записать:
(9. 2)
Расчеты аb initio показывают [137], что ион гидрониума Н3О+ в воде имеет симметрию 
, длину связи О-Н 0, 961 А, угол Н-О-Н 114, 7 °. Ион гидроксида имеет примерно ту же длину связи О-Н 0, 958. A.
Концентрации [Н3] и [OН-] в воде одинаковые и равны квадратному корню из константы ионизации 
(9. 2). Это полные концентрации всевозможных гидратированных кластеров. Концентрация ионов гидрониума (кислотность раствора) в основном определяется через « водородный показатель » рН
(9. 3)
Таким образом,
(9. 4)
Значение равновесной константы ионизации определяется условиями термодинамического равновесия между нейтральными молекулами воды, которые являются динамично связанными трехмерной сеткой водородных связей [142] и примесями различным образом гидратированных заряженных кластеров гидрониума и гидроксида.
Хотя степень ионизации очень мала ([ 
]/[Н20] = 2, 8 10-9 при 37°С), эта ионизация и незначительные изменения концентрации водородных ионов являются критическими для многих жизненных процессов. Протонный транспорт в воде осуществляется аномально быстро путем туннелирования протонов от одной молекулы воды к другой через водородную связь по механизму Гротуса [138], при котором молекулы обмениваются зарядом через переориентацию водородных связей. Вероятно, параметр рН влияет на среднюю эффективность таких процессов, характеризуя способность окружения передавать биологические сигналы, в свою очередь определяет условия функционирования белков.
|
|
|
|
|
|
