Mikroorganizmalar, mikron düzeyinde olduğu için yalnızca mikroskop aracılığıyla görülebilen, kendilerine özgü metabolizması olan veya olmayan çoğu tek hücreli organizmalardır. Genel olarak gıdalarda bulunan mikroorganizmalar; yararlı, patojen, bozulmaya neden olan ve indikatör olarak sınıflandırılabilir

Yararlı mikroorganizmalar; gıdaların organoleptik özelliğini iyileştirmek, çeşidini arttırmak ve içerdiği patojen mikroorganizmalarla antagonistik ilişkide olmaları için ilave edilir. Yararlı mikroorganizmaların bir kısmı gıda güvenliğinin yanı sıra insan sağlığı için de faydalı olabilir. Bu mikroorganizmalara probiyotik denir.
Patojen mikroorganizmalar; gıdalarda bulunması istenmeyen gıda güvenliği ve insan sağlığı için risk teşkil ederek insanlarda infeksiyon ve intoksikasyon oluşumuna neden olan zararlı etkenlerdir. Genellikle bağırsak, dışkı veya toprak orjinli olup insanlara gıda, su veya hava yoluyla bulaşır

İndikatör mikroorganizmalar, gıdaların üretim ve muhafaza sürecindeki herhangi bir hata ve patojen kontaminasyonunu işaret eden ve genel hijyenik durum hakkında ipucu veren mikroorganizmalardır. Örneğin zorunlu bağırsak sakini olan Escherichia coli’nin sütte bulunması sütün dışkıyla bulaşmasına işaret eder.

Mikroorganizmalar da insanlar gibi yaşamlarını sürdürebilmek ve üremek için gereksinim duydukları enerjiyi enzim sistemleri yardımıyla gıdalardan elde eder.
Mikroorganizmalar birincil enerji ve karbon kaynağı olarak karbonhidratları parçalar ve ortaya çıkan metabolizma ürünlerini kullanır. Bu sırada oluşan yan ürünler, gıdalarda arzu edilen (laktik asit) veya edilmeyen (karbondioksit) birtakım değişikliklere neden olur. İkincil enerji kaynağı olarak kullanılan yağlar ise mikroorganizmalar tarafından yağ asitleri ve gliserole parçalanır. Mikroorganizmalar azot kaynağı olarak proteinlerin parçalanması sonucu ortaya çıkan aminoasitleri önce yapısal bileşiklerini sentezlemek için, daha sonra da enerji elde etmek için kullanır. Bu sırada oluşan bazı yan ürünler (amonyak ve hidrojen sülfür) gıdalarda bozulmaya neden olur.

Vitaminler (özellikle B grubu vitaminler) ve mineral maddeler (özellikle Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn) mikroorganizmaların gelişmesi ve üremesi için gerekli diğer besin öğeleridir. 

Mikroorganizmalar besin öğesi gereksinimleri açısından sıralandığında en az gereksinimi  küfler göstermekte, bunu sırasıyla mayalar, Gram negatif ve Gram pozitif bakteriler izlemektedir.

Gıdalarda bulunan su, mikroorganizmalar tarafından besin öğelerinin çözünmüş halde kullanılmasında ve artık ürünlerin atılmasında önemli rol oynar. Çoğu mikroorganizma kuru ortamda canlılıklarını  sürdürebilir, ancak metabolik aktivitelerini gerçekleştirip üreyemez. Gıda içerisindeki su, bağlı su ve serbest su olmak üzere iki şekilde bulunur.

Bağlı su; gıdalardaki protein, karbonhidrat ve yağlara tutunan sudur. Bu suyun gıdalara uygulanan kurutma, basınç, dondurma, şeker ve tuz ilavesi ile uzaklaştırılması oldukça güç olup mikroorganizmaların kullanabileceği formda değildir.

Serbest su ise gıda içinde bağlı olmayan, gıdadan kolayca uzaklaştırılabilen ve mikroorganizmaların kullanabileceği formdaki sudur.

Serbest suyun ölçütü olarak su aktivitesi değeri (activity of water: aw) kullanılır. Su aktivitesi değeri, gıdadaki su basıncının (P) aynı sıcaklıktaki saf suyun basıncına (Po) oranı (P/Po) ile belirlenir. Su aktivitesi değeri 0-1 arasında değişmekte olup saf suyun aw değeri 1’dir. Su aktivitesi değeri, mikroorganizmaların gelişmesi üzerinde en etkili faktörlerden biridir. Her mikroorganizmanın gelişebildiği en uygun ve en düşük aw değeri bulunur. Gıdalara uygulanan kurutma (süt tozu), basınç (pastırma), dondurma (dondurulmuş taze et) ve şeker ilavesi (reçel), tuz ilavesi (salça) işlemleri ile aw değeri düşürülebilir. Bu işlemler, mikroorganizmaların gelişme ve üremelerini kısıtlayarak gıdaların raf ömrünü uzatır. 

Su aktivitesi değeri, mikroorganizmaların gelişmesi üzerinde en etkili faktörlerden biridir. Her mikroorganizmanın gelişebildiği en uygun ve en düşük aw değeri bulunur. Gıdalara uygulanan kurutma (süt tozu), basınç (pastırma), dondurma (dondurulmuş taze et) ve şeker ilavesi (reçel), tuz ilavesi (salça) işlemleri ile aw değeri düşürülebilir. Bu işlemler, mikroorganizmaların gelişme ve üremelerini kısıtlayarak gıdaların raf ömrünü uzatır.

Halofilik bakteri: Yüksek tuz konsantrasyonunda üreyebilen bakteri.
Ozmofilik maya: Yüksek konsantrasyonda organik madde (şeker gibi) varlığında üreyebilen maya.
Kserofilik küf: Kuru gıdalarda üreyebilen küf

Halofilik bakteriler en düşük 0.75, ozmofilik mayalar ve kserofilik küfler ise en düşük 0.61 aw değerinde gelişebilir.

Mikroorganizmalar 0.60 ve altındaki aw değerine sahip gıdalarda üreyemediğinden bu tür gıdalarda mikroorganizma kaynaklı bozulma görülmez.

pH değeri; mikroorganizmaların gelişme ve üremelerini etkileyen önemli bir iç faktördür, hidrojen iyonları (H+) konsantrasyonunun negatif logaritması olarak tanımlanır. Mikroorganizmalar gıdaların pH değerinden etkilenmekte ve aynı zamanda metabolik aktiviteleri sonucu oluşan yan ve son ürünler ile gıdaların pH değerini de değiştirebilmektedir. Her mikroorganizmanın gelişebildiği en düşük, en uygun ve en yüksek pH değerleri bulunur

pH değeri 0 ile 14 arasında değişir ve pH 7 ile 0 arasındaki değerler asitliğin, pH 7 ile 14 arasındaki değerler ise alkaliliğin göstergesidir.

Bakteri; En düşük pH: 4.5,  En uygun pH: 6.5-7.5, En yüksek pH: 9.0
Maya:  En düşük pH: 3.0,  En uygun pH: 4.0-6.5, En yüksek pH: 8.5
Küf: En düşük pH: 2.0,  En uygun pH: 4.5-6.8, En yüksek pH: 11.0

Gıdaların pH değeri hammaddeye bağlı olarak farklılık göstermekte, ayrıca olgunlaşma, işleme ve muhafaza aşamalarında da pH değerinde değişiklikler meydana gelmektedir. pH değeri 7.0 ve üzerinde olan gıdalar alkali (yumurta akı), pH 7.0-6.5 arasında olan gıdalar (süt, balık) nötre yakın, pH 6.4-5.3 arasında olan gıdalar (sebze) zayıf asit, pH 5.2-4.5 olanlar (peynir, sucuk) orta asit, pH 4.4-2.7 olanlar (mayonez, meyve) asit, pH 3.7 ve altında olan gıdalar (limon) ise kuvvetli asit özelliktedir.

Gıda aw değeri 

Taze meyve-sebze, taze et, çiğ yumurta, süt için; 0.97
Peynir, yaş sucuk, ekmek içi;  0.97-0.93
Kuru sucuk, pastırma, jöle;  0.92-0.85
Tahıl, kurutulmuş meyve, un;  0.60-0.85
Bal, süt tozu, makarna, bisküvi < 0.60

Redoks potansiyeli değeri, bir gıdada indirgen ve yükseltgen maddelerin varlığının ölçütüdür. Bu değer milivolt (mV) olarak ölçülür ve Eh değeri olarak belirtilir.
Gıdaların içerdiği kükürtlü aminoasitler, sülfidril grupları ve C vitamini gibi maddeler indirgen özelliktedir. Gıdanın içerisinde indirgen maddelerin çok olması veya çözünmüş oksijenin azalması ile ortam anaerob (oksijensiz) hale gelir ve Eh değeri düşer. Bunun aksine gıda içerisinde yükseltgen maddelerin çok olması veya çözünmüş oksijenin artması durumunda ortam aerob hale gelir ve Eh değeri yükselir. Genel olarak gıdaların Eh değeri +400 mV ile -400 mV arasında değişir.

Gıda: Yumurta (14 günlük) ,  Eh değeri (mV): +500
Çedar peyniri; Eh değeri (mV):  +300 ile -100
Emental peyniri; Eh değeri (mV):  -50 ile -200
Süt; Eh değeri (mV):+300 ile +340
Karaciğer; Eh değeri (mV):  -200
Et; Eh değeri (mV):-60 ile -150
Kıyma; Eh değeri (mV): +225
Meyve-sebze suları; Eh değeri (mV): +300 ile +400
Konserve gıdalar; Eh değeri (mV): -20 ile -440

Mikroorganizmalar aw değeri gereksinimleri açısından sıralandığında en düşük gereksinimi küfler gösterir.
Bunu mayalar, Gram negatif bakteriler ve Gram pozitif bakteriler izler.

Bazı gıdaların doğal yapısında, mikroorganizmaların gelişmesini durduran bakteriyostatik veya bakterilerin ölümüne neden olan bakterisit antimikrobiyel maddeler bulunur. Ayrıca gıdalara üretim sırasında veya sonrasında koruyucu olarak antimikrobiyel özellikte katkı maddeleri ilave edilebilir veya bazı mikroorganizmalar gıdalarda antimikrobiyel maddeler üretebilir. 

Doğal antimikrobiyel maddeler içerisinde; yumurta akında lizozim ve avidin, çiğ sütte laktoferrin, soğan ve sarımsaktaki alisin ile kekikte timol ve karvakrol bulunur.

Gıdaların üretimleri sırasında uygulanan işlemlerden biri dumanlamadır. Etlerin dumanlanması sonucunda duman içerisinde bulunan antibakteriyel etkili maddeler (organik asitler, formaldehit ve fenolik bileşikler) ürünün yüzeyinde mikroorganizmaların gelişmesini baskılar. Bir diğer uygulamada ise gıdaların üretimi sırasında ilave edilen kimyasal koruyuculardan olan nitrit, et ürünlerinde Clostridium botulinum’un gelişmesini ve toksin oluşturmasını engeller. 

Mikroorganizmalar içerisinde laktik asit bakterileri tarafından üretilen nisin, laktik asit ve hidrojen peroksit, propiyonik asit bakterileri tarafından üretilen pediyosin ve propiyonik asit ile mayaların ürettiği alkol antimikrobiyel etki gösterir ve gıda katkı maddesi olarak kullanılabilir

Gıdalarda farklı sayıda ve türde bulunabilen mikroorganizmalar arasında sinerjizm ve antagonizm olarak adlandırılan etkileşim olabilir. Bu etkileşim gıdanın başlangıçtaki mikroorganizma sayısı ve türüne, gıdanın iç faktörlerine, çevre koşullarına ve gıdaya uygulanan işlemlere göre değişkenlik gösterir.

Sinerjizm, bazı mikroorganizmaların gelişmesi ile ortaya çıkan ürünlerin, aynı gıdada bulunan diğer mikroorganizmalar tarafından kullanılarak bu mikroorganizmaların aktivitesinin artmasına neden olmasıdır. Mayalar tarafından üretilen B vitamininin, aynı gıdada bulunan laktik asit bakterilerinin üremesini teşvik etmesi veya yoğurdu oluşturan iki tür bakteriden birinin sütün pH değerini düşürerek diğerinin gelişebileceği bir ortam oluşturması sinerjizme örnek olarak
verilebilir.
Antagonizm, bazı mikroorganizmaların ürettikleri maddelerin aynı gıdadaki diğer bazı mikroorganizmaların ölmesine veya gelişmesinin baskılanmasına neden olmasıdır. Laktik asit bakterileri tarafından üretilen karbondioksit, organik asitler, peroksitler ve bazı antimikrobiyel maddelelerin aynı gıdada bulunan istenmeyen bakterilerin gelişmesini baskılaması bir antagonizm örneğidir

Mikroorganizma; Psikrofil: En düşük:°C -10, En uygun: °C 10-15, En yüksek: °C 18-20
Psikrotrof: En düşük:°C -5, En uygun: °C 20-30, En yüksek; °C 35-40
Mezofil: En düşük:°C 5-10, En uygun: °C 30-37, En yüksek; °C 45
Termotrof: En düşük:°C 10, En uygun: °C 42-46, En yüksek; °C 50
Termofil: En düşük:°C 25-45, En uygun: °C 50-80, En yüksek; °C 60-85

Bağıl nem, bir metreküp hava içindeki su buharı kütlesinin aynı sıcaklık ve basınçtaki su buharına doymuş havanın kütlesine oranını ifade eder. Muhafaza ortamının bağıl nemi, gıdanın aw değeri ve gıda yüzeyinde mikroorganizma gelişimi açısından önemlidir. Bakterilerin küf ve mayalara göre bağıl neme olan ihtiyacı
daha fazladır.

En uygun bağıl nem oranı bakteriler için % 92 ve üzerinde, mayalar için % 90 ve üzerinde iken küfler için % 85-90 arasındadır. Bağıl nemin yüksek olduğu ortamda muhafaza edilen gıdalar ortamdan nem alarak yüzeyde küf, maya ve bazı bakterilerin üremesi için uygun bir aw değeri oluşturur. Bu durumun tersine, bağıl nemin düşük olduğu ortamda tutulan gıdalar yüzeyden su kaybeder ve mikroorganizmaların üremesi için uygun olmayan bir aw değeri oluşur.
Gıdaların muhafazasında sıcaklık ile birlikte o gıdaya uygun bağıl nemin belirlenmesi gerekir. Olumsuzlukların meydana gelmemesi için, kural olarak muhafaza sıcaklığı düşürüldüğünde bağıl nem arttırılmalı, sıcaklık yükseltildiğinde ise bağıl nem azaltılmalıdır. Bunun dışında gıdanın nem geçirmeyen ambalajlarda depolanması raf ömrünün uzamasına yardımcı olur

Bağıl nemin yüksek tutulduğu muhafazalarda, ortamdan nem alan gıda yüzeyinde aw değeri yükselir. Buna bağlı olarak mikroorganizmaların üremesi için uygun bir ortam oluşur. Bağıl nemin düşük tutulduğu muhafazalarda ise gıda yüzeyindeki su kaybına bağlı olarak düşük bir aw değeri şekillenir. Bu durum mikroorganizmaların üremesi için uygun bir ortam değildir.

Bağıl nemin yüksek tutulduğu muhafazalarda, ortamdan nem alan gıda yüzeyinde aw değeri yükselir. Buna bağlı olarak mikroorganizmaların üremesi için uygun bir ortam oluşur. Bağıl nemin düşük tutulduğu muhafazalarda ise gıda yüzeyindeki su kaybına bağlı olarak düşük bir aw değeri şekillenir. Bu durum  mikroorganizmaların üremesi için uygun bir ortam değildir.

Engel teknolojisi bir gıdanın muhafazasında iç, dış ve diğer faktörlerin tek başlarına yeterli olmadığı durumlarda, bunlardan birkaçının birlikte kullanımı ile gıdalardaki mikroorganizmaların gelişme ve üremelerinin baskılanabildiği veya engellenebildiği yöntemdir.