1. 空氣
空氣對微生物的生長繁殖有極大的影響。根據微生物對氧的要求，可把微生物分為三類：
專性好氣菌：又稱專性好氧菌。僅在空氣或有氧的條件下才能生長，它們要求空氣中的分子態氧作為呼吸過程中最終的電子(氫)受體。這類微生物包括全部霉菌，大部分放線菌及部分細菌。
專性厭氣菌：又稱專性厭氧菌。僅在沒有空氣或無氧條件下生長，它們不需要分子態氧，而需要其它物質作為生物氧化過程中的最終電子（氫）受體，分子態氧對它們往往有毒害作用。在專性好氣菌中存在的超氧化物變位酶、過氧化氫酶或過氧化物酶，都有保護細胞不受氧代謝所產生的超氧化物（O2-）或過氧化氫的毒害作用。而專性厭氣菌中都缺乏超氧化物變位酶和過氧化氫酶，因此氧對這類微生物有毒害作用。專性厭氣菌包括部分細菌、放線菌。例如硫酸鹽還原菌，生活在含有有機質及硫酸鹽的厭氧環境中，產生大量H2S，引起土壤中、水中金屬構件腐蝕，造成危害。
兼性好氣菌或兼性厭氣菌：它們即能在有空氣或氧氣的條件下生長，又能在沒有空氣或氧氣的條件下生長。在有分子態氧的條件下，它們進行正常的有氧呼吸；在缺乏分子態氧的條件下，則進行無氧呼吸或發酵，以獲得新陳代謝所必需的能量。這類微生物包括酵母菌、一些腸道菌和硝酸鹽還原菌等。
從霉腐微生物總體來看，它既能在有氧條件下生長，又能在無氧條件下生長。因此物品、工業制品和食品，無論處于有氧狀態或無氧狀態，均能被霉腐微生物污染。但制品和物品的霉變主要是由專性好氣菌霉菌引起的，因此往往用除氧劑除氧和配合其它有效方法，避免霉菌污染，有效保藏制品和物品。
在實驗室中培養少量好氣性霉腐微生物時，只要通過棉花塞或絨布的少量空氣，就足以滿足微生物對無菌空氣的要求。如果培養液的體積較大，可將三角瓶放在搖床（往復式或旋轉式）上震蕩培養。培養厭氣性霉腐微生物，在實驗室可用抽真空、用焦性沒食子酸吸氧、覆蓋石蠟油、培養基中加入還原劑或提高氫分壓等方法來實現。
2. 水分
水分是微生物最基本的營養要素。微生物細胞中含有大量的水分，例如細菌含水量平均為80%（73.35～87.7%），酵母含水量為75%（54.0～83%），霉菌含水量為85.79～88.32%，霉菌的孢子含水量為38.87%。微生物的生長繁殖和一切生命活動都離不開水。需水量的多少隨微生物的種類而不同，一般來說水分的需要量是：細菌＞酵母＞霉菌?；|中的水分，特別是表層部分的含水量，隨空氣中的濕度而變化?？諝庀鄬穸雀?，則基質表層的含水量也高；空氣相對濕度低，則基質表層的含水量也低。與微生物的發育有密切關系的，不是水分含量，而是水分活性（Water activity，簡寫成Aw）?；|中所含的水分，不能全部為微生物所利用，其中一部分得溶解基質的成分。因此，與可溶性物質少的基質相比，可溶性物質多的基質水分活性就低，微生物的繁殖就不容易?？扇苄晕镔|一旦溶于水，水的一部分就捕獲這種物質，水蒸汽壓就降低。假如純水的水蒸汽壓為Po，某種基質的水蒸氣壓為P，則這種基質的水分活性Aw=P/Po。P/Po也用來表示大氣中的相對濕度（RH）,這時候用%來表示，即RH=Aw×100%，亦即環境中的水分關系用相對濕度表示。
微生物的繁殖與培養基或基質中的水分活性有關，水分活性低，繁殖就差，一旦水分活性低于某種水平時，整個繁殖就停止。普通的菌，水分活性在0.995附近，發育最旺盛。表1-4表示微生物的發育與水分活性的關系。
表1-4 微生物的發育與水分活性的關系
微生物 | 發育的最低Aw |
普 通 細 菌 普 通 酵 母 普 通 霉 菌 好 鹽 細 菌 耐干性霉菌 耐滲透壓酵母 | 0.90 0.88 0.80 ≤0.75 0.65 0.61 |
由表1-4可知，細菌最怕干燥，一旦Aw在0.90以下時，幾乎所有的細菌都不能生長；其次是酵母，最低Aw是0.88；最能耐干燥的是霉菌，Aw在0.80也能發育。特殊的微生物，例如好鹽性細菌，Aw到0.75時也能生長；耐干性霉菌，Aw到0.65時也能生長；在最低水分活性上能夠發育的是耐滲透壓酵母，Aw為0.61。
即使屬于同一類群的菌種，它們生長發育的最低Aw值也有差異。
（1）細菌生長的水分活性：細菌生長所需的水分活性比酵母、霉菌要高，除一部分球菌的最低Aw值在0.9以下、好鹽菌的Aw值為0.75外，其它絕大部分均在0.94以上，表1-5表示一些細菌生長的最低Aw。
表1-5 某些細菌生長的最低Aw值
覃狀芽孢桿菌 肉毒梭菌（發芽） 假單胞菌屬 蠟狀芽孢桿菌（發芽） 無色桿菌屬 大腸桿菌 枯草芽孢桿菌 紐彼特沙門氏菌 肉毒梭菌 | 0.99 0.98 0.97 0.97 0.96 0.96～0.935 0.95 0.945 0.95 | 產氣腸桿菌 蠟狀芽孢桿菌 糞鏈球菌 八疊球菌 玫瑰色小球菌 金黃色葡萄球菌（厭氧） 金黃色葡萄球菌（需氧） 好鹽菌 | 0.945 0.94 0.94 0.950～0.930 0.905 0.90 0.80 0.75 |
Aw值的降低，可促使細菌生長的延遲期延長，細胞分裂速度下降。一般引起食品腐敗的細菌，它們的生長最低Aw值，極大多數在0.94～0.99之間。
（2）酵母生長的水分活性：酵母需要的水分活性比細菌低，但比霉菌高，除耐滲透壓酵母外，其生長的最低Aw值范圍在0.94～0.88，如表1-6所示。
如面包酵母生長的最低Aw值為0.905，若要抑制這些酵母作用，單靠增加蔗糖的濃度，需加到1400克/升左右才能使Aw值降至0.905以下。食品的含糖量一般不可能太高，因此多數加糖食品都有酵母菌污染的可能。
表1-6 某些酵母生長的最低Aw值
產朊圓酵母 產朊假絲酵母 裂殖酵母屬 面包酵母 璞酵母屬 | 0.94 0.94 0.93 0.905 0.90 | 啤酒酵母 紅酵母屬 內孢霉屬 異形魏立氏酵母 魯氏酵母（耐高滲酵母） | 0.895 0.89 0.885 0.88 0.60～0.01 |
（3）霉菌生長的水分活性：霉菌與細菌、酵母相比，能在較低的Aw范圍內生長，表1-7表示某些霉菌的最低Aw值。
表1-7 某些霉菌生長的最低Aw值（孢子發芽）
根霉屬 葡萄孢屬 毛霉屬 乳粉孢霉 黑曲霉 青霉屬 黃曲霉 | 0.94～0.92 0.93 0.93～0.92 0.895 0.80～0.88 0.80～0.83 0.80 | 白曲霉 灰綠曲霉 薛氏曲霉 葡匐曲霉 紅曲霉 安氏曲霉 | 0.75 0.75～0.73 0.65 0.65 0.65 0.65 |
Aw在0.64以下任何霉菌均不能生長。如果Aw值為0.65時，少數尚能生長的霉菌，就稱之為干性霉菌。霉菌孢子發芽的最低Aw值與霉菌生長所需的Aw值（指發芽后菌絲的伸長的Aw值），兩者相比較，后者比前者要高，例如灰綠曲霉的發芽最低Aw值是0.73～0.75，而其生長所需的Aw值在0.85以上，生長速度最高的適宜Aw值必須在0.93～0.97。
飽和濕度的大氣，在20℃時，每立方米中含水量達17克，足夠許多微生物，特別是真菌和細菌的生長。因此，當梅雨季節和潮濕氣候時，各種物品，如糧食、紡織品和皮革制品都容易長霉，每年造成很大的損失。
干燥是不利于微生物生長繁殖的一個條件。一般微生物在干燥情況下會逐漸死亡。干燥會引起菌體細胞失水，細胞內鹽分濃度增高或蛋白質變性，從而導致生命活動降低或死亡。
各種微生物對于干燥的抵抗力不同。如淋球菌、醋酸菌失水后很快就死亡，而酵母菌失水后可保存數月。產生莢膜的細菌對干燥的抵抗力比不產生莢膜的細菌要強。結核分枝桿菌特別耐干燥。細菌的芽孢、霉菌的孢子對干燥的抵抗力就更大了，可經數年甚至數十年不死亡，一旦遇到適宜的條件仍可發芽繁殖。
微生物對于干燥的抵抗力還與所處的環境條件及干燥的程度有關。例如，細菌在玻璃上很快死亡，但在完全干燥后的肉湯、牛奶和其它含蛋白質的培養基中存活率仍較高；在干燥的土壤中可長期生存。這是因為營養物質或土壤起著保護劑的作用。
在真空或惰性氣體中微生物的抗干燥能力比有氧存在時大。細菌可以在完全沒有氧氣的環境中死亡，但很緩慢。
此外，干燥時溫度越高，微生物死亡就越快。緩慢干燥死亡較多，而快速失水可使菌體長期保存。基質中的菌數越多、密度越大，對干燥的抵抗力也越強。
由于在干燥的環境中，微生物或處于休眠狀態，生命活動受到抑制，或逐漸死亡，因此常用曬干、烘干、熏干等干燥方法來抑制霉腐微生物的生長，保存食品、各種工業原料、產品。物品和食品的干燥程度同微生物污染有密切的關系。如干制食品的Aw值在0.80～0.85之間，在1～2周內，可被霉菌等微生物污染而變質敗壞；Aw值在0.70時，可以較長時間防止微生物污染；Aw值為0.65的食品，僅少數微生物有生長可能，即使生長也是緩慢的，甚至可以延續兩年還不易引起食品敗壞。因此，要使食品保藏期達到3個月，Aw值應控制在0.72以下；要求保藏期為2～3年，則Aw值必須在0.65以下。
3. 溫度
在影響微生物生長繁殖的外界因素中，溫度的影響最為密切。溫度的影響表現在兩方面：一方面隨著溫度的上升，細胞中生物化學反應速率加快；另一方面，組成細胞的物質如蛋白質、核酸等都對溫度較敏感，隨著溫度的升高，這些物質的立體結構受到破壞，從而引起微生物生長的抑制，甚至死亡。因此只在一定的溫度范圍內，微生物的代謝活動和生長繁殖才隨著溫度的上升而增加。溫度上升到一定程度，開始對微生物產生不良影響，如果溫度繼續升高，微生物細胞功能急驟下降以致死亡。
各種微生物生長所需要的溫度范圍是不同的。從微生物的總體來看，生長溫度范圍很廣，已知的微生物在-10℃～95℃均可生長，但每一種微生物只在一定的溫度范圍內生長。各種微生物按其生長速度可分為三個溫度界限，即最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度。超過最低和最高生長溫度的范圍，微生物的生命活動就要受到抑制或中斷。因此，在實際工作中，可以通過對溫度的控制，來促進有益微生物的生長，抑制或消滅有害微生物的生長繁殖。
最低生長溫度是指微生物生長和繁殖的最低溫度。在此溫度時，微生物生長最慢，低于這一溫度，微生物生長就停止。
最適生長溫度是指微生物生長最適宜的溫度。在這一溫度時，如果其它條件合適，微生物生長繁殖最快。
最高生長溫度就是在其它環境因子保持不變的情況下，微生物能夠生長繁殖的最高溫度。超過這一溫度，微生物生長繁殖就停止，甚至死亡。
各種微生物的最低、最適和最高生長溫度，還因環境條件的不同而有所變化。根據微生物的最適生長溫度，可以將微生物分為三大類：
低溫微生物：凡生長最適溫度在20℃以下的微生物。例如，海洋、深湖、冷泉中都有低溫微生物的存在。冷藏食品的腐敗，大都由這類微生物引起，也是造成冷藏血漿污染的原因。
中溫微生物：最適生長溫度為20～40℃范圍的微生物，自然界中極大多數微生物都屬于這一類。其中又可分為寄生中溫菌和腐生中溫菌。寄生中溫菌的最適生長溫度為37℃左右，腐生中溫菌的最適生長溫度為20～25℃。酒精酵母的最適生長溫度為28℃，啤酒酵母為25℃，蘋果青霉為25℃～27℃，放線菌為28℃。引起人和動植物疾病的病原菌，造成農副產品、工業器材、生活用品霉腐的微生物，往往都屬于這一類菌。
高溫微生物：最適生長溫度在45℃以上的微生物稱為高溫微生物，常見于溫泉、堆肥、廄肥及其它腐爛有機物中。參與堆肥、廄肥制造過程中后階段有機物質的分解作用，以芽孢桿菌和放線菌較多。這些高溫微生物常給罐頭工業上的滅菌帶來困難。一些霉菌生長與溫度的關系如表1-顯示。
表1-8 霉菌生長與溫度的關系
微生物名稱 | 生長溫度 |
最低 | 最適 | 最高 |
黑曲霉 葡萄曲霉 刺孢曲霉 灰綠曲霉 青霉 黃萎輪枝孢 分枝毛霉 尖鐮孢 深藍鐮孢 立枯絲核菌 圓小叢殼 光亮卷鉤絲殼 籬邊革裥霉 多孢霉 擬莖點霉 | 14 -6 — 1 — 10 4 5 5 2 — 5 5 0 8.7 | 30～35 30 20 25～27 17～19 22.5 20～25 30 25 23 27～29 32 32～35 27～32 26.5 | 40 — — 31～36 30 30 31 — 35 34.5 37.5 43 45 40 31.9 |
溫度對微生物的生長繁殖影響很大。一般來講，微生物對低溫的抵抗能力較之對高溫抵抗能力強。大部分微生物，無論低溫、中溫或高溫微生物，在低溫條件下處于休眠狀態，代謝活動幾乎全部停止，生長繁殖受到抑制，但仍能存活，一旦遇到合適的環境就可以生長繁殖。但有少數微生物在低于最低溫度生長時會迅速死亡。另有少數微生物能在一定的低溫范圍內緩慢生長。紅色酵母在-34℃時仍能生長發育，細菌中有的在-18℃可發育，霉菌中最低發育溫度為-12℃。
可用低溫抑制微生物的生長來達到保藏食品的目的。但在稍低于冰點以下的溫度，某些食品如濃縮果汁、煙熏臘肉、冰淇淋等中仍能發現存在有微生物。低溫主要是抑制微生物的生長，如果冷藏食品中也污染了病原菌，仍有傳布疾病的可能。
當環境溫度超過微生物的最高生長溫度時，引起細菌內核酸、蛋白質等物質的變性，酶的失活，最終引起微生物的死亡。溫度越高，微生物死亡越快。不同的微生物對高溫的抵抗力不同。大多數細菌、酵母菌、真菌的營養細胞在50～65℃加熱10分鐘就可致死。放線菌和霉菌的孢子比營養細胞抗熱性強，在76～80℃加熱10分鐘才致死。細菌的芽孢抗熱性最強，要在100℃高溫下處理相當長時間才致死。例如肉毒梭菌可在肉類罐頭中繁殖，并產生極毒的肉毒毒素。它的芽孢在pH7.0時，要在100℃的高溫下煮8小時才被殺死；如用115℃加壓蒸汽滅菌，需經10～40分鐘，在121℃下需經10分鐘才被殺死。所以一般非酸性罐頭食品，需用121℃滅菌20～70分鐘。表1-9表示各種芽孢的抗熱性。
表1-9 各種芽孢的抗熱性
種類 | 濕熱滅菌溫度（℃） | 殺菌所需時間（分鐘） |
炭疽芽孢桿菌 蠟狀芽孢桿菌 枯草芽孢桿菌 嗜熱脂肪芽孢桿菌 肉毒梭狀芽孢桿菌 | 105 100 100 120～121 120～121 | 5～10 6 6～17 12 10 |
微生物的抗熱性還取決于菌齡、基質成分及微生物的數量。一般老齡菌比幼齡菌抗熱性強?；|成分對微生物的抗熱性也有影響，基質中的脂肪、糖、蛋白質對微生物有保護作用，從而增強了微生物的抗熱性。基質pH值偏離7時，特別是偏向酸性時，微生物的抗熱性明顯降低。微生物的數量越多，抗熱性越強，這是因為菌體細胞能分泌對菌體有保護作用的蛋白質類物質。菌體多，這種保護性物質的量也多。食品和物品的物理狀態與滅菌效果也有很大關系，一般固體食品和物品，滅菌時間要長或滅菌溫度要高，這是因為固體物品僅有熱的傳導作用，而無對流作用；而液體物品滅菌時間可短一些或滅菌溫度可低一些，這是因為液體物品的穿透除傳導作用外，還有對流作用。
由于超過最高生長溫度會引起微生物的死亡，所以高溫常常用來滅菌，以達到有效保存物品和食品的目的。例如，牛奶、啤酒、黃酒、醬油、醋等食品往往經過62℃加熱30分鐘或70℃加熱15分鐘的滅菌處理（巴斯德滅菌法），這樣既殺死了其中的病原菌和一部分微生物的營養體，又不損害食品的營養價值和色香味。
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