Bacteriën
Bacteriën zijn eencellige organismen die een eenvoudige inwendige structuur hebben in vergelijking met de cellen van andere organismen. De toename van het aantal bacteriën in een populatie wordt door microbiologen bacteriële groei genoemd. Deze groei is het resultaat van de deling van één bacteriecel in twee identieke bacteriecellen, een proces dat binaire splijting wordt genoemd. Onder optimale groeiomstandigheden kan een bacteriecel zich ongeveer elke 20 minuten delen. Eén enkele cel kan dus in 12 uur bijna 70 miljard cellen produceren. De factoren die de groei van bacteriën beïnvloeden zijn onder andere de beschikbaarheid van voedingsstoffen, vocht, pH, zuurstofgehalte en de aan- of afwezigheid van remmende stoffen (bijv. antibiotica).
De voedingsbehoeften van de meeste bacteriën bestaan uit chemische elementen, zoals koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor, zwavel, magnesium, kalium, natrium, calcium en ijzer. De bacteriën verkrijgen deze elementen door gassen in de atmosfeer te gebruiken en door bepaalde voedingsbestanddelen, zoals koolhydraten en eiwitten, te metaboliseren.
Temperatuur en pH spelen een belangrijke rol bij het beheersen van de groeisnelheid van bacteriën. Bacteriën kunnen worden ingedeeld in drie groepen op basis van hun temperatuursvereisten voor optimale groei: thermofielen (55-75 °C, of 130-170 °F), mesofielen (20-45 °C, of 70-115 °F), of psychrotrofen (10-20 °C, of 50-70 °F). Bovendien groeien de meeste bacteriën het best in een neutrale omgeving (pH gelijk aan 7).
Bacteriën hebben voor hun groei ook een bepaalde hoeveelheid beschikbaar water nodig. De beschikbaarheid van water wordt uitgedrukt als wateractiviteit en wordt gedefinieerd door de verhouding tussen de dampspanning van water in het voedsel en de dampspanning van zuiver water bij een specifieke temperatuur. De wateractiviteit van een levensmiddel is dus altijd een waarde tussen 0 en 1, waarbij 0 staat voor een afwezigheid van water en 1 voor zuiver water. De meeste bacteriën groeien niet in levensmiddelen met een wateractiviteit van minder dan 0,91, hoewel sommige halofiele bacteriën (bacteriën die hoge zoutconcentraties kunnen verdragen) kunnen groeien in levensmiddelen met een wateractiviteit van minder dan 0,75. De groei kan worden beheerst door de wateractiviteit te verlagen, hetzij door oplosmiddelen als suiker, glycerol en zout toe te voegen, hetzij door water te onttrekken door uitdroging.
De zuurstofbehoefte voor optimale groei verschilt sterk van bacterie tot bacterie. Sommige bacteriën hebben voor hun groei de aanwezigheid van vrije zuurstof nodig en worden obligate aëroben genoemd, terwijl andere bacteriën vergiftigd worden door de aanwezigheid van zuurstof en obligate anaëroben worden genoemd. Facultatieve anaëroben zijn bacteriën die zowel in de aanwezigheid als in de afwezigheid van zuurstof kunnen groeien. Naast de zuurstofconcentratie is ook het zuurstofreductiepotentieel van het groeimedium van invloed op de groei van bacteriën. Het zuurstofreductiepotentieel is een relatieve maat voor de oxiderende of reducerende capaciteit van het groeimedium.
Wanneer bacteriën een voedselsubstraat besmetten, duurt het enige tijd voordat ze beginnen te groeien. Deze vertragingsfase is de periode waarin de bacteriën zich aan de omgeving aanpassen. Na de lagefase volgt de logfase, waarin de populatie op logaritmische wijze groeit. Naarmate de populatie groeit, verbruiken de bacteriën de beschikbare voedingsstoffen en produceren zij afvalproducten. Wanneer de voorraad voedingsstoffen is uitgeput, komt de groei in een stationaire fase, waarin het aantal levensvatbare bacteriecellen gelijk blijft. Tijdens de stationaire fase is de snelheid van de groei van bacteriële cellen gelijk aan de snelheid van de bacteriële celdood. Wanneer de celdood groter wordt dan de celgroei, komt de populatie in de afnemende fase.
Een bacteriële populatie wordt uitgedrukt per gram of per vierkante centimeter oppervlak. Zelden is de totale bacteriële populatie groter dan 1010 cellen per gram. Een populatie van minder dan 106 cellen per gram veroorzaakt geen merkbaar bederf, behalve in rauwe melk. Populaties tussen 106 en 107 cellen per gram kunnen in sommige levensmiddelen bederf veroorzaken; zo kunnen ze in vacuümverpakt vlees onaangename geuren veroorzaken. Populaties tussen 107 en 108 cellen per gram veroorzaken een onaangename geur in vlees en sommige groenten. Bij meer dan 5 × 107 cellen per gram kunnen de meeste voedingsmiddelen op de een of andere manier bederven.
Als de omstandigheden voor bacteriecelgroei ongunstig zijn (bijv. bij lage of hoge temperaturen of een laag vochtgehalte), kunnen verschillende soorten bacteriën resistente cellen produceren, endosporen genaamd. Endosporen zijn zeer resistent tegen hitte, chemicaliën, uitdroging en ultraviolet licht. De endosporen kunnen lange tijd slapend blijven. Wanneer de omstandigheden gunstig worden voor groei (bv. ontdooien van vlees), ontkiemen de endosporen en produceren zij levensvatbare cellen die een exponentiële groei kunnen beginnen.