Le pHLe pH (ou potentiel hydrique) correspond à l'activité des ions hydrogènes (H3O+).
Les bactéries peuvent principalement se développer dans des milieux dont le pH varie de 4,5 à 9, avec des pH proches de la neutralité. Dans les produits de consommation, les bactéries lactiques et acétiques prolifèrent pour des pH inférieurs à 3,5. On distingue 3 classes :
Les levures et les moisissures se développent dans des milieux où le pH est faible contrairement à la majorité des bactéries.
Le pH agit sur :
Les bactéries possèdent une forte capacité à s'adapter aux conditions extrêmes. Les systèmes d'antipores permettent le maintien du pH intracellulaire. Des ATPases transporteuses de protons permettent leurs sorties de la cellule.
Si l'on veut inhiber la croissance des bactéries, il est préférable d'utiliser des acides organiques, dont les formes non dissociées pénètrent par diffusion dans la cellule. Ensuite, les acides organiques se dissocient et acidifient le milieu intracellulaire
Comme pour l'essentiel des êtres vivants, l'eau est essentielle au développement des microorganismes. Dans les produits d'origine alimentaire, on parle d'activité de l'eau (aw).
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L'activité de l'eau indique la disponibilité de l'eau d'un milieu pour des réactions chimiques, biochimiques, un changement d'état ou un transfert au travers d'une membrane semi perméable. 0 < aw<1 aw = Pression partielle de l'eau de la solution)/(pression partielle de l'eau pure) |
Pour une activité de l'eau inférieure à 0,97, on observe une inhibition de la croissance microbienne. Le développement optimal est compris entre 0,97 et 0,99.
Pour une faible activité de l'eau, les microorganismes subissent la pression osmotique, c'est à dire que l'eau du cytoplasme passe dans le milieu extérieur, ce qui va évidemment perturber l'activité métabolique du cytoplasme. Il s'agit soit d'une plasmolyse soit d'une rétraction de la membrane plasmique.
Des microbes comme Staphyloccocus aureus sont dit osmotolérants. Ainsi, ils continuent à se développer dans de telles conditions.
Dans le cas contraire, l'eau rentre dans le cytoplasme et finalement le microbe éclate.
| Activité de l'eau | Environnement | Bactérie |
| 1,00 eau pure | Sang, eau de mer, viande, légumes, fruits | La plupart des bactéries Gram-négatives non halophiles |
| 0,95 | Pain | La plupart des bacilles Gram-positives |
| 0,90 | Jambon | La plupart des coques, Bacillus |
| 0,85 | Salami | Staphyloccocus |
| 0,80 | Confitures | |
| 0,75 | Lacs salés, poissons salés | Halobacterium |
| 0,70 | Céréales, sucreries, fruits séchés | Actinospora |
| 0,60 | Chocolat, miel, lait en poudre | |
| 0,55 ADN Dénaturé |
d'après : Microbiologie, Prescot-Hartley Klein, De Boek
Le chlorure de sodium à des concentrations de 20 % devient un agent antimicrobien. C'est pourquoi nos charcuteries sont très salées.
Nos pots de confitures ne sont pas dégradés par les bactéries mais par des levures ou moisissures. En effet le sucre empêche leur développement.
Nature chimique du substrat
Les micro-organismes sont fortement dépendants des conditions de milieux, de la composition chimique du milieu. Celui-ci influe sur :
- La durée de la phase de latence
- La pente de la phase exponentielle
- La durée et le niveaux de la phase stationnaire
Donc, il influe sur toute la cinétique de la croissance bactérienne.
La plupart des bactéries sont hétérotrophes : elles utilisent une ou plusieurs substances organiques pour se fournir en carbone. On décompose les éléments nécessaires à la croissance bactérienne en 3 parties qui correspondent aux quantités nécessaires aux micro-organismes.
On a :
- Macroéléments : C,H,O,N ; grosse quantité nécessaire.
- Micro-éléments : P et S ; besoins plus faibles.
- Oligo-éléments : Ca, Cu, CO, K, Mg… ; besoins très faibles.
Chaque micro-organismes à ses propres exigences en terme de qualité (forme assimilable ou non) et quantité des éléments.
Pour un hétérotrophe prototrophe, une seule molécule organique (ou des précurseurs) lui suffit à synthétiser l’ensemble de ses propres molécules organiques. Sinon, le micro-organisme est dit auxotrophe. Dans ce cas, il dépend de la présence dans le milieu d’un ou plusieurs éléments dans le milieu qu’il est incapable de synthétiser à partir d’une autre molécule. Ces substances dont la survie des micro-organismes dépend sont parfois appelées facteurs de croissances.
La concentration énergétique, les quantités de minéraux, les facteurs de croissance, les molécules antioxydantes, les acides organiques conditionnent la croissance des bactéries. De même, on a parlé de la qualité des substances proposées. En effet, on note une augmentation de la croissance si le substrat est facilement métabolisable.
Loi du minimum de Liebig :
La biomasse d’un micro-organisme sera déterminée par l’élément nutritif présent en moindre quantité par rapport aux exigences du micro-organisme.
L’augmentation de ce facteur limitant induira une élévation de la biomasse jusqu’à ce qu’un élément (le même ou non) devienne limitant à son tour.
La croissance est très difficile à prévoir car de multiples facteurs influent en même temps.
Loi de la tolérance de Shelford :
Il existe des facteurs environnementaux au-dessous et au-dessus desquels un micro-organisme ne peut se développer quelque soit l’apport en nutriments (conditions nécessaires mais pas suffisantes).
Un développement illimité et aisé (facilement métabolisable) résultera en un épuisement très rapide des nutriments, et la production souvent concomitante de déchets toxiques, ce qui limitera la croissance.
En réponse à la privation, les micro-organismes réagissent en modifiant leur morphologie afin d’augmenter leur surface et leur capacité d’absorption des nutriments.
Génétiquement parlant, il s’agit d’une modification de l’activation des opérons, sauf pour les gènes codant pour des fonctions de maintenance.
Loi de Monod :
Cette loi permet de traduire l’influence du substrat sur la vitesse de la croissance. On utilise la concentration en substrat limitant pour connaître la vitesse de croissance (Cf. Liebig).
µ=µmax [S] / (Ks + [S])
Avec µmax : taux de croissance maximale
[S] : Concentration en éléments limitant
Ks : Constante de monod. Cela correspond à la concentration au dessous de laquelle le taux de croissance dépend de la concentration en substrat limitant.
Il existe des variantes de la loi de Monod beaucoup plus complexes où l’on prend en compte des limitations supplémentaires par l’oxygène par exemple ou bien par un facteur inhibiteur mais ce n’est pas l’objet de ce site.