Bactéries
Les bactéries sont des organismes unicellulaires qui ont une structure interne simple par rapport aux cellules des autres organismes. L’augmentation du nombre de bactéries dans une population est communément appelée croissance bactérienne par les microbiologistes. Cette croissance est le résultat de la division d’une cellule bactérienne en deux cellules bactériennes identiques, un processus appelé fission binaire. Dans des conditions de croissance optimales, une cellule bactérienne peut se diviser toutes les 20 minutes environ. Ainsi, une seule cellule peut produire près de 70 milliards de cellules en 12 heures. Les facteurs qui influencent la croissance des bactéries comprennent la disponibilité des nutriments, l’humidité, le pH, les niveaux d’oxygène et la présence ou l’absence de substances inhibitrices (par exemple, les antibiotiques).
Les besoins nutritionnels de la plupart des bactéries sont des éléments chimiques tels que le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le phosphore, le soufre, le magnésium, le potassium, le sodium, le calcium et le fer. Les bactéries obtiennent ces éléments en utilisant les gaz de l’atmosphère et en métabolisant certains constituants alimentaires tels que les glucides et les protéines.
La température et le pH jouent un rôle important dans le contrôle des taux de croissance des bactéries. Les bactéries peuvent être classées en trois groupes en fonction de leur besoin en température pour une croissance optimale : les thermophiles (55-75 °C, ou 130-170 °F), les mésophiles (20-45 °C, ou 70-115 °F), ou les psychrotrophes (10-20 °C, ou 50-70 °F). En outre, la plupart des bactéries se développent mieux dans un environnement neutre (pH égal à 7).
Les bactéries ont également besoin d’une certaine quantité d’eau disponible pour leur croissance. La disponibilité de l’eau est exprimée par l’activité de l’eau et est définie par le rapport entre la pression de vapeur de l’eau dans l’aliment et la pression de vapeur de l’eau pure à une température spécifique. Par conséquent, l’activité de l’eau de tout produit alimentaire est toujours une valeur comprise entre 0 et 1, 0 représentant une absence d’eau et 1 représentant de l’eau pure. La plupart des bactéries ne se développent pas dans les aliments dont l’activité de l’eau est inférieure à 0,91, bien que certaines bactéries halophiles (celles capables de tolérer des concentrations élevées de sel) puissent se développer dans des aliments dont l’activité de l’eau est inférieure à 0,75. La croissance peut être contrôlée en abaissant l’activité de l’eau – soit en ajoutant des solutés tels que le sucre, le glycérol et le sel, soit en éliminant l’eau par déshydratation.
Les besoins en oxygène pour une croissance optimale varient considérablement pour différentes bactéries. Certaines bactéries nécessitent la présence d’oxygène libre pour leur croissance et sont appelées aérobies obligatoires, tandis que d’autres bactéries sont empoisonnées par la présence d’oxygène et sont appelées anaérobies obligatoires. Les anaérobies facultatives sont des bactéries qui peuvent se développer en présence ou en l’absence d’oxygène. En plus de la concentration d’oxygène, le potentiel de réduction de l’oxygène du milieu de croissance influence la croissance bactérienne. Le potentiel de réduction de l’oxygène est une mesure relative de la capacité d’oxydation ou de réduction du milieu de croissance.
Lorsque des bactéries contaminent un substrat alimentaire, il faut un certain temps avant qu’elles ne commencent à se développer. Cette phase de latence est la période pendant laquelle les bactéries s’adaptent à l’environnement. Après la phase de latence, vient la phase logarithmique, au cours de laquelle la population croît de manière logarithmique. À mesure que la population croît, les bactéries consomment les nutriments disponibles et produisent des déchets. Lorsque l’approvisionnement en nutriments est épuisé, le taux de croissance entre dans une phase stationnaire dans laquelle le nombre de cellules bactériennes viables reste le même. Pendant la phase stationnaire, le taux de croissance des cellules bactériennes est égal au taux de mort des cellules bactériennes. Lorsque le taux de mort cellulaire devient supérieur au taux de croissance cellulaire, la population entre dans la phase de déclin.
Une population bactérienne est exprimée soit par gramme, soit par centimètre carré de surface. Il est rare que la population bactérienne totale dépasse 1010 cellules par gramme. Une population inférieure à 106 cellules par gramme ne provoque pas d’altération notable, sauf dans le lait cru. Les populations de 106 à 107 cellules par gramme provoquent des altérations dans certains aliments ; par exemple, elles peuvent générer des odeurs désagréables dans les viandes emballées sous vide. Des populations de 107 à 108 cellules par gramme produisent des odeurs désagréables dans les viandes et certains légumes. À des niveaux supérieurs à 5 × 107 cellules par gramme, la plupart des aliments présentent une certaine forme d’altération.
Lorsque les conditions de croissance des cellules bactériennes sont défavorables (par exemple, des températures basses ou élevées ou une faible teneur en humidité), plusieurs espèces de bactéries peuvent produire des cellules résistantes appelées endospores. Les endospores sont très résistantes à la chaleur, aux produits chimiques, à la dessiccation (séchage) et aux rayons ultraviolets. Les endospores peuvent rester dormantes pendant de longues périodes. Lorsque les conditions deviennent favorables à la croissance (par exemple, la décongélation des viandes), les endospores germent et produisent des cellules viables qui peuvent commencer une croissance exponentielle.