Clostridium là trực khuẩn Gram dương, kị khí, sinh nội bào tử, phần lớn di
động nhờ các tiên mao mọc khắp quanh cơ thể, tế bào sinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử cĩ kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào sinh dưỡng nên bào tử tế bào sẽ cĩ dạng hình thoi hay hình dùi trống, cĩ thể thủy giải saccharide và protein. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, hiện diện thường xuyên trong đất, bùn ruộng, bùn ao, cĩ thể gây bệnh cho người và động vật, gây hư hỏng thực phẩm, sinh khí H2S gây mùi khĩ chịu [16].
Tế bào của hầu hết giống Clostridium cĩ dạng hình que thẳng hoặc cong, phần đầu cĩ thể là nhọn, tù hoặc trịn, đường kính và chiều dài tùy thuộc vào lồi, thời kì phát triển và thành phần mơi trường nuơi cấy [37]. C. acetobutylicum cĩ kích thước khoảng 0,6 – 0,72?m, chiều dài 2,6 – 4,7?m. C. butyricum cĩ kích thước khoảng 0,5?m, chiều dài 4 – 12?m. Trong điều kiện mơi trường khơng thích hợp cho sự sinh trưởng, các tế bào sinh dưỡng chuyển hĩa thành nội bào tử, nội bào tử khơng hoạt động mà cĩ thể chịu đựng khi gặp điều kiện khắc nghiệt. Nội bào tử cĩ thể cĩ hình trịn hay bầu dục, cĩ vị trí ở giữa, ở một đầu hay gần một đầu của tế bào mẹ tùy thuộc vào mỗi lồi và chúng thường làm căng phồng tế bào [17].
Thành tế bào Clostridium chứa peptidoglycan, một vài giống cĩ thể cĩ acid teichoic, ngồi ra cịn chứa các hợp chất phosphate. Dưới kính hiển vi điện tử, người ta thấy rằng các tế bào này cĩ thành tế bào một lớp, là điển hình của vi khuẩn Gram dương. Phân tích lớp chất béo trong màng tế bào Clostridium, chủ yếu là nhĩm C. butyricum, người ta thấy cĩ sự hiện diện của glycerophospholipid tồn tại trong cả hai dạng diacyl và plasmalogen (1-alk-1’– enyl-2-acyl). Những thay đổi nhiệt độ sinh trưởng kéo theo những thay đổi trong chuỗi acyl, alkyl và thành phần lớp chất béo, nĩ cũng chống lại ảnh hưởng của dung mơi lên cấu trúc
tế bào bằng cách gia tăng tỷ lệ những chuỗi acyl bão hịa và khơng bão hịa.
Việc đột biến Clostridium nâng cao nồng độ acetone, butanol, ethanol tạo thành dẫn đến màng tế bào phải thay đổi thành phần cấu tạo lipid để cĩ cơ chế bảo vệ phù hợp [17].
Khoảng nhiệt độ tối thích giữa các chủng Clostridium là khác nhau rất lớn, từ những chủng ưa nhiệt đến ưa lạnh, chủ yếu là kị khí hồn tồn sinh trưởng ở nhiệt độ tốt nhất từ 30 – 40oC. Một số loại ưa nhiệt thì nhiệt độ thích hợp từ 60 –
70oC, được chú ý bởi những enzyme chịu nhiệt và tiềm năng trong các quá trình lên men. Hiện nay C. themohydrosufuricum, C. themosulfurogenes được xếp loại thuộc giống Themoanaerobacter và Themoanaerobacterium được nghiên cứu enzyme phân giải polysaccharide. Những chủng ưa lạnh cĩ số lượng ít hơn, đại diện là C. estertheticum, C. putrefaciens cĩ thể sinh trưởng thích hợp ở những nhiệt độ thấp 25oC, khơng sinh trưởng ở dưới 22oC và trên 30oC [39].
Phần lớn các lồi Clostridium sp. là dị dưỡng, chúng cĩ thể thủy phân saccharose hay thủy phân protein hoặc cả hai. Mơi trường phức chất chứa cao nấm men, cao thịt, peptone với đường cĩ khả năng lên men đã được sử dụng từ lâu. Chúng cĩ nhu cầu chung về muối, những nguyên tố vi lượng (vết), và vitamin như: p-aminobenzoate, biotin, và thiamine, nhưng nhu cầu về amino acid, purine, pyrimidine thì khác nhau [40].