Bakterie
Bakterie są organizmami jednokomórkowymi, które mają prostą strukturę wewnętrzną w porównaniu z komórkami innych organizmów. Wzrost liczby bakterii w populacji jest powszechnie określany przez mikrobiologów jako wzrost bakterii. Wzrost ten jest wynikiem podziału jednej komórki bakteryjnej na dwie identyczne komórki bakteryjne, procesu zwanego rozszczepieniem binarnym. W optymalnych warunkach wzrostu, komórka bakteryjna może dzielić się w przybliżeniu co 20 minut. W ten sposób pojedyncza komórka może wytworzyć prawie 70 miliardów komórek w ciągu 12 godzin. Czynniki, które wpływają na wzrost bakterii to dostępność składników odżywczych, wilgotność, pH, poziom tlenu oraz obecność lub brak substancji hamujących (np. antybiotyków).
Wymaganiami żywieniowymi większości bakterii są pierwiastki chemiczne, takie jak węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka, magnez, potas, sód, wapń i żelazo. Bakterie uzyskują te elementy poprzez wykorzystanie gazów w atmosferze i poprzez metabolizowanie niektórych składników pożywienia, takich jak węglowodany i białka.
Temperatura i pH odgrywają znaczącą rolę w kontrolowaniu tempa wzrostu bakterii. Bakterie można podzielić na trzy grupy w oparciu o ich wymagania temperaturowe dla optymalnego wzrostu: termofile (55-75 °C, lub 130-170 °F), mezofile (20-45 °C, lub 70-115 °F), lub psychrotrofy (10-20 °C, lub 50-70 °F). Ponadto, większość bakterii rośnie najlepiej w środowisku neutralnym (pH równe 7).
Bakterie wymagają również pewnej ilości dostępnej wody do ich wzrostu. Dostępność wody jest wyrażana jako aktywność wodna i jest określana przez stosunek prężności pary wodnej w żywności do prężności pary wodnej czystej wody w określonej temperaturze. Dlatego też aktywność wodna każdego produktu spożywczego jest zawsze wartością pomiędzy 0 a 1, gdzie 0 oznacza brak wody, a 1 oznacza czystą wodę. Większość bakterii nie rośnie w żywności o aktywności wodnej poniżej 0,91, chociaż niektóre bakterie halofilne (te, które tolerują wysokie stężenia soli) mogą rosnąć w żywności o aktywności wodnej niższej niż 0,75. Wzrost może być kontrolowany przez obniżenie aktywności wody – albo przez dodanie rozpuszczalników, takich jak cukier, gliceryna i sól, albo przez usunięcie wody przez odwodnienie.
Wymagania tlenowe dla optymalnego wzrostu różnią się znacznie dla różnych bakterii. Niektóre bakterie wymagają obecności wolnego tlenu do wzrostu i nazywane są obligatoryjnymi aerobami, podczas gdy inne bakterie zatruwają się obecnością tlenu i nazywane są obligatoryjnymi anaerobami. Beztlenowce fakultatywne to bakterie, które mogą rosnąć zarówno w obecności tlenu, jak i bez niego. Oprócz stężenia tlenu, na wzrost bakterii ma wpływ potencjał redukcji tlenu w podłożu wzrostowym. Potencjał redukcji tlenu jest względną miarą utleniającej lub redukującej zdolności podłoża wzrostowego.
Gdy bakterie zanieczyszczą podłoże pokarmowe, musi upłynąć trochę czasu zanim zaczną rosnąć. Ta faza lag jest okresem, w którym bakterie przystosowują się do środowiska. Po fazie lag następuje faza log, w której populacja wzrasta w sposób logarytmiczny. W miarę wzrostu populacji, bakterie zużywają dostępne składniki odżywcze i wytwarzają produkty odpadowe. Kiedy zapas składników odżywczych jest wyczerpany, tempo wzrostu wchodzi w fazę stacjonarną, w której liczba zdolnych do życia komórek bakterii pozostaje taka sama. Podczas fazy stacjonarnej, tempo wzrostu komórek bakterii jest równe tempu ich obumierania. Kiedy tempo śmierci komórek staje się większe niż tempo ich wzrostu, populacja wchodzi w fazę spadku.
Populacja bakterii jest wyrażana w przeliczeniu na gram lub na centymetr kwadratowy powierzchni. Rzadko zdarza się, aby całkowita populacja bakterii przekraczała 1010 komórek na gram. Populacja mniejsza niż 106 komórek na gram nie powoduje zauważalnego psucia się produktu, z wyjątkiem mleka surowego. Populacje pomiędzy 106 a 107 komórek na gram powodują psucie się niektórych produktów spożywczych; na przykład, mogą generować nieprzyjemny zapach w próżniowo pakowanym mięsie. Populacje rzędu 107-108 komórek na gram powodują powstawanie nieprzyjemnego zapachu w mięsie i niektórych warzywach. Przy poziomie powyżej 5 × 107 komórek na gram, większość żywności wykazuje pewne formy zepsucia.
Gdy warunki dla wzrostu komórek bakteryjnych są niekorzystne (np. niska lub wysoka temperatura lub niska wilgotność), kilka gatunków bakterii może wytworzyć odporne komórki zwane endosporami. Endospory są bardzo odporne na ciepło, chemikalia, wysychanie i światło ultrafioletowe. Endospory mogą pozostawać w stanie uśpienia przez długi okres czasu. Kiedy warunki stają się sprzyjające dla wzrostu (np. rozmrażanie mięsa), endospory kiełkują i wytwarzają żywe komórki, które mogą rozpocząć wzrost wykładniczy.