จุลินทรีย์ก็เหมือนสิ่งมีชีวิตทั้งหลายที่ต้องมีการเจริญหรือทวีจํานวน ซึ่งการเจริญหรือทวีจํานวนจะเกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมหลายประการ ได้แก่
1. อุณหภูมิ (Temperature)
ชนิดของจุลินทรีย์จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมในสถานที่นั้นๆ กล่าวคือจุลินทรีย์จะต้องเจริญเติบโตได้ในช่วงอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงขึ้นลงนั่นเอง โดยมีสิ่งที่จำเป็นต้องทราบคือ
1. Minimum Temperature : คือค่าอุณหภูมิต่ำสุดที่จุลินทรีย์ยังสามารถเจริญเติบโตและดำเนินกิจกรรมทางด้านเมตาบอลิซึมต่อไปได้
2. Maximum Temperature : คือค่าอุณหภูมิสูงสุดที่จุลินทรีย์ยังสามารถเจริญและดำเนินกิจกรรมทางด้านเมตาบอลิซึมต่อไปได้ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นกว่านี้อีก เล็กน้อยแล้วการเจริญเติบโตจะหยุดลงและถ้ายังคงสูงขึ้นอีกถึงจุดหนึ่ง Enzyme และ Nucleic acid จะถูกทำให้สูญเสียกิจกรรมหรือเรียกว่า Inactivation อย่าง
ถาวร และในที่สุดจุลินทรีย์จะตาย ซึ่งเป็นหลักการทั่วไปที่นำไปใช้ในการทำลายจุลินทรีย์ด้วยความร้อน
3. Optimum Temperature : คือช่วงอุณหภูมิแคบๆ ซึ่งอยู่ระหว่าง Minimum Temperature และ Maximum Temperature คือเป็นอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดที่จะทำให้จุลินทรีย์เจริญเติบโตและมีอัตราของเมตาบอลิซึมสูงสุดจุลินทรีย์จะแบ่งออกตามช่วงอุณหภูมิที่อาศัยอยู่ดังต่อไปนี้
- Psychrophile : เจริญเติบโตได้ดีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 15 องศาเซลเซียส สามารถเจริญเติบโตได้ที่ 0 องศาเซลเซียส และไม่สามารถเจริญฯที่อุณหภูมิสูงกว่า 20 องศา เซลเซียส เช่น กลุ่มจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตบนทุ่งหิมะ น้ำแข็ง ใต้ทะเลลึก เป็นต้น
- Mesophile : กลุ่มจุลินทรีย์ซึ่งมีความสำคัญที่สุดทางด้านการแพทย์ เจริญเติบโตในช่วงอุณหภูมิปานกลาง โดยอุณหภูมิที่เหมาะสมของจุลินทรีย์ส่วนใหญ่ในกลุ่มนี้อยู่ระหว่าง 20 - 40 องศาเซลเซียส จุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค ( Pathogens ) ก็จัดอยู่ในกลุ่มนี้ และบางชนิดเป็นสาเหตุของการเน่าเสียของอาหาร โดยเป็นชนิดที่สร้าง Cyst , Spore เพื่อให้สามารถทนทานต่อความร้อนได้
- Thermophile : เจริญเติบโตได้ดีที่อุณหภูมิสูงกว่า 45 องศาเซลเซียส และโดยทั่วไปจะเจริญเติบโตได้ในช่วง 45 - 80 องศาเซลเซียส บางชนิดเจริญเติบโตได้ที่ 250 องศาเซลเซียส หลายชนิดเป็นจุลินทรีย์ประเภทสร้างสปอร์ ( Spore-forming bacteria ) ดังเช่น Bacillus, Clostridium ฯลฯ
2. สารอาหาร (Nutrient)
3. ก๊าซ (Gases)
ในบรรยากาศมีแก๊ส 3 ชนิดซึ่งมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์คือ ออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน โดยที่ออกซิเจนมีผลมากที่สุด กล่าวคือไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการหายใจเท่านั้นแต่ยังเป็นสารที่มี Oxidizing power สูงในรูปของ Toxic form ( O2, H2O2, OH- ) จุลินทรีย์แบ่งเป็น 3 กลุ่มคือ
1. สามารถใช้และ Detoxify ออกซิเจนได้
2. ไม่สามารถใช้และไม่สามารถ Detoxify ได้
3. ไม่สามารถใช้ แต่สามารถ Detoxify ได้
การทำให้ไม่มีความเป็นพิษ ( Detoxification ) ของออกซิเจนในรูปสารพิษ เพื่อให้ได้ออกซิเจนในรูปที่ไม่มีอันตรายประกอบด้วย 2 ขั้นตอนดังนี้ เมื่อพิจารณาความต้องการออกซิเจนจะแบ่งจุลินทรีย์ได้ดังนี้คือ Aerobes และ Anaerobes
Aerobe หรือ Aerobic microorganism : เจริญเติบโตได้ดีในสภาพที่มีออกซิเจนในบรรยากาศและมีเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการแปลงรูปออกซิเจนที่เป็นพิษแบ่งย่อยได้เป็น
1. Obligate aerobe : ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ถ้าไม่มีออกซิเจน
2. Facultative anaerobe : เป็นชนิดที่เจริญเติบโตได้แม้ไม่มีออกซิเจน โดยเปลี่ยนระบบเมตาบอลิซึมเป็นแบบไม่ต้องการอากาศในรูปการหมัก ( Fermentation )
3. Microaerophile : ไม่เจริญเติบโตในสภาพที่มีออกซิเจนทั่วไป แต่ต้องการออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อยเพื่อดำเนินกิจกรรมทางด้านเมตาบอลิซึมมักจะอาศัยในที่ซึ่งมีออกซิเจนต่ำ
Anaerobe : ไม่เจริญเติบโตในบรรยากาศที่มีออกซิเจน และขาดระบบเอนไซม์ด้านเมตาบอลิซึมสำหรับใช้ออกซิเจนเพื่อการหายใจ ไม่สามารถทนสภาพที่มีออกซิเจนอิสระได้เนื่องจากขาดเอนไซม์แปลงรูปออกซิเจนที่เป็นพิษ อาจแบ่งได้ดังนี้
1. Obligate anaerobes : อาศัยในสภาพซึ่งไม่มีออกซิเจน ดัง เช่น ในโคลนลึก ทะเลสาบ มหาสมุทร ดิน และในร่างกายมนุษย์ จุลินทรีย์กลุ่มนี้ต้องเลี้ยงใน
อาหารและ ภาชนะหรือระบบปิดที่ไม่มีออกซิเจน
2. Aerotolerant anaerobe : ไม่ใช้ออกซิเจนแต่สามารถอยู่รอดได้ในสภาพที่มีออกซิเจน จุลินทรีย์พวกนี้ไม่ถูกทำลายด้วยออกซิเจน เนื่องจากจุลินทรีย์เหล่า
นี้มีกลไก การทำลายออกซิเจนในรูปที่เป็นพิษคือ Peroxide และ Superoxide ได้
เทคนิคที่ใช้ตรวจสอบดูการใข้ออกซิเจนนั้นกระทำโดยการพิจารณาาจากตำแหน่งที่จุลินทรีย์เจริญเติบโตในหลอดสารละลาย Thioglycollate
นอกจากนี้แม้ว่าจุลินทรีย์ทุกชนิดจะต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) บ้างในระบบเมตาบอลิซึมก็ตาม แต่กลุ่ม Capnophile จะเจริญเติบโตได้ดีที่สุดเมื่อมี
CO2 สูงมากกว่าในบรรยากาศ
4. รังสี (Radiation)
5. ความชื้น (Moisture)
6.เสียง (Sonic Vibration)
7.ความเป็นกรด-ด่าง (Hydrogen ion concentration หรือ pH)
จุลินทรีย์ส่วนใหญ่จะไม่เจริญเติบโตในสภาพที่มีค่า pH สูงหรือต่ำ เนื่องจากกรดและด่างจะทำลายเอนไซม์และสารต่างๆ ภายในเซลล์ ช่วงค่า pH ที่เหมาะสมอยู่ระหว่างค่า pH 6-8 จุลินทรีย์บางชนิดจะอาศัยอยู่ใน pH ต่ำมาก เช่น Euglena mutabalis ซึ่งเป็น Obligate acidophile จะเจริญเติบโตระหว่าง pH 0-1นอกจากนี้ราและยีสต์อาจทนทานในสภาพที่เป็นกรดได้ ดังนั้นจึงมักปนเปื้อนในอาหารจำพวกผักดอง และในทางกลับกันพวก Alkalinophile จะเจริญเติบโตในสภาพที่เป็นด่าง เนื่องจากมี Basic mineral ( โดยอาจมีค่า pH สูงถึง 10 )
8.Oxidation-Reduction Potential
9.แรงดันของน้ํา (Hydrostatic pressure)
แม้ว่าจุลินทรีย์ส่วนใหญ่จะอาศัยในสภาพ Hypotonic หรือ Isotonic แต่มีบางชนิดในกลุ่มที่เรียกว่า Halophile หรือ Osmophile ซึ่งอาศัยในสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงหรือ Hypertonic solution Obligate halophiles เช่น Halobacterium และ Halococcus อาศัยในแหล่งน้ำที่มีความเข้มข้นของเกลือสูง คือเจริญเติบโตได้อย่างเหมาะสมในสภาพที่มี NaCl 25 % ต้องการ NaCl อย่างต่ำ 15 % และแตกตัว ( Lysis ) ในสภาพแวดล้อมแบบ Hypotonic การถนอมอาหารโดยการใช้ High osmotic pressure โดยทั่วไปในอาหารพวกแยม เยลลี่ ไซรัป และน้ำเกลือ เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ อย่างไรก็ตามอาจถูกรบกวนและถูกทำให้อาหารเน่าเสียได้จากจุลินทรีย์ประเภทแบคทีเรียหรือราที่เป็น Osmophile
