微生物發酵技術以現代發酵技術為核心，利用微生物的代謝活動過程，經生物轉化而大規模地制造各種工業發酵產品，已經形成了一個品種繁多、門類齊全的獨立工業體系，在國民經濟中占有重要地位。

工業發酵是指靠微生物的生命活動而實現的工業生產。
工業生產上籠統地把一切依靠微生物的生命活動而實現的工業生產均稱為發酵。這樣定義的發酵就是“工業發酵”。 微生物是工業發酵的靈魂，沒有微生物就沒有工業發酵。
工業發酵就是通過微生物的生命活動，把發酵原料轉化為人類所需要的微生物產品的過程。
工業發酵要依靠微生物的生命活動，生命活動依靠生物氧化提供的代謝能（metabolic energy）來支撐，因此工業發酵應該覆蓋微生物學中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、無氧呼吸和發酵。
近百年來，隨著科學技術的進步，工業發酵發生了劃時代的變革，已經從利用自然界中原有的微生物進行發酵生產的階段進入到按照人的意愿改造成具有特殊X能的微生物以生產人類所需要的發酵產品的新階段。

生產型不銹鋼發酵罐
（1）工業發酵的研究從典型的工業發酵開始
比較常見的工業發酵一般符合以下三個條件：
① 使用的菌種屬于化能異養型微生物，
② 目的產物屬于初級代謝產物或能量代謝副產物，
③ 目的產物在細胞內生成后被分泌到細胞外。
符合以上條件的工業發酵叫做典型的工業發酵。
對工業發酵理論的研究從典型的工業發酵開始。
個臺階，系統地研究化能異養型微生物的工業發酵的理論；
第二個臺階，系統地研究其他營養類型微生物的工業發酵的理論；
第三個臺階，系統地研究微生物利用碳以外元素工業發酵的理論。
（2）工業發酵理論
個臺階的研究建立了微生物生命活動的三個基本假設（發酵學三假說）。它們是改造和利用微生物的理論基礎。用這三個基本假設來分析典型的工業發酵，出現了：
① 工業發酵的微生物生物機器的新思路，
② 為工業生產服務的工業發酵若干推理，
③ 工業微生物育種和發酵工藝控制的“五字策略”。
（3）研究工業發酵的思路

工業發酵→【從一般到特殊】→典型的工業發酵→【從特殊到一般】→生物機器、細胞機器的概念模式→【深入研究以發現自然規律】→自然規律（微生物生命活動的三個基本假說）→【從一般到特殊：將自然規律運用到典型的工業發酵】→細胞機器亞穩態物流模式→載流路徑→五段式→五字策略→【從特殊到一般】→對未來發酵工業生產的預測
涉及微生物細胞的生長和繁殖的每一個“動作”，包括細胞內的有機物降解的啟動，生物合成的啟動和持續，主動運輸，pH自動動態平衡等都需要代謝能支持，維持細胞的生命也需要代謝能的支撐。
而微生物細胞的物質代謝和能量代謝是依靠代謝網絡來實現的。化合物在代謝網絡中流動，形成代謝流。工業發酵中，原料代謝流在細胞機器中經過一系列途徑轉化成為目的產物。在這個基礎上，發酵學的第二假說提出了，代謝途徑和輸送系統在代謝物分子水平上整合，在輔因子水平上協調，形成橫跨微生物活細胞內外的代謝網絡。這個代謝網絡不是生化途徑和跨膜輸送過程簡單連接，而是要將生物化學概念納入細胞代謝的總體框架。書里研究的主要是有機物（碳元素）在酶和蛋白質層面上的代謝網絡。研究發現，對于兼X厭氧微生物來說，不但需氧與缺氧時代謝網絡有明顯差異，而且在不同的培養條件下生存時，其代謝網絡也是有差異的。例如：有氧生長的代謝是在以TCA環為骨架的中心板塊的基礎上構建，缺氧生長時，則是在以TCA在OAA處的分叉途徑為骨架的中心板塊的基礎上構建的。
其實，微生物生命活動可分為4個層次：DNA層次，蛋白質層次，物流層次，微生物細胞層次，它們之間需要逐級激活。代謝網絡是無尺度的，微生物細胞機器的工作模式把細胞機器運行階段的載流路徑描寫成由向心途徑，中心途徑和離心途徑三者依次首尾銜接而貫通的一條“通道”。作為代謝網絡假說，基于工業發酵是可以操作的，它可以預測開拓新產品和新原料的可行X。
結構決定功能。水平上實現的，其臺階的方向是盡可能利用營養，實現比較大生長。真核生物細胞內原核生物沒有核，因此DNA接受來自細胞質的調節信號，從而蛋白質合成的開關控制是在轉錄被膜分隔成不同空間，為合成代謝和分解代謝分開進行和分開調節提供可能X。大腸桿菌乳糖操縱子是控制乳糖降解途徑的酶系的操縱子。轉錄開始的負控制和正控制分別能夠促進轉錄——決定合成的酶的水平和阻止轉錄——防止葡萄糖與乳糖并存時的浪費。另外，微生物代謝途徑中的抑制和激活的調節模式，途徑的誘導和阻遏的調節模式， 這些微生物自身非常“聰明”的自動調節，令它們更好地適應生存。這是不以人的主觀意志為轉移的，正如第三假說“細胞經濟假說”所言，微生物細胞是在物競天擇中形成的經濟體系，是微生物細胞生存的保障體系，為細胞的適應X，經濟X和代謝持續X提供保障。
這樣看來，微生物細胞與獨立經營自負盈虧的企業有相同的特點，非常生動。3個假說分別從能量，物質和信息等3個角度支撐發酵工業“細胞機器”正常運轉。3個假說也逐漸深入地揭示了微生物在發酵工業中好好“工作”的道理。既然微生物活細胞是發酵生產線上*的微生物生物機器，是儲存了生物信息的自主的細胞機器，我們就要增加和微生物細胞的“對話”，發揮主觀能動X，遵循并利用固有的運行規律（自然規律），處理好發酵中人與微生物的對立統一關系，促成合作，獲得效益。
微生物發酵過程即微生物反應過程，是指由微生物在生長繁殖過程中所引起的生化反應過程。

根據微生物的種類不同（好氧、厭氧、兼X厭氧），可以分為好氧X發酵和厭氧X發酵兩大類。
（1）好氧X發酵 在發酵過程中需要不斷地通人一定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進行檸檬酸發酵、利用棒狀桿菌進行谷氨酸發酵、利用黃單抱菌進行多糖發酵等等。

好氧不銹鋼發酵罐

（2）厭氧X發酵 在發酵時不需要供給空氣，如乳酸桿菌引起的乳酸發酵、梭狀芽抱桿菌引起的丙酮、丁醇發酵等。

厭氧不銹鋼發酵罐

（3）兼X發酵 酵母菌是兼X厭氧微生物，它在缺氧條件下進行厭氣X發酵積累酒精，而在有氧即通氣條件下則進行好氧X發酵，大量繁殖菌體細胞。

兼厭氧不銹鋼發酵

按照設備來分，發酵又可分為敞口發酵、密閉發酵、淺盤發酵和深層發酵。
一般敞口發酵應用于繁殖快并進行好氧發酵的類型，如酵母生產，由于其菌體迅速而大量繁殖，可抑制其他雜菌生長。所以敞口發酵設備要求簡單。相反，密閉發酵是在密閉的設備內進行，所以設備要求嚴格，工藝也較復雜。淺盤發酵（表面培養法）是利用淺盤僅裝一薄層培養液，接人菌種后進行表面培養，在液體上面形成一層菌膜。在缺乏通氣設備時，對一些繁殖快的好氧X微生物可利用此法。深層發酵法是指在液體培養基內部（不僅僅在表面）進行的微生物培養過程。
液體深層發酵是在青霉素等抗生素的生產中發展起來的技術。同其他發酵方法相比，它具有很多優點：
①液體懸浮狀態是很多微生物的比較適生長環境。
②在液體中，菌體及營養物、產物（包括熱量）易于擴散，使發酵可在均質或擬均質條件下進行，便于控制，易于擴大生產規模。
③液體輸送方便，易于機械化操作。
④廠房面積小，生產效率高，易進行自動化控制，產品質量穩定。
⑤產品易于提取、精制等。因而液體深層發酵在發酵工業中被廣泛應用
工業生產常用微生物
微生物資源非常豐富，廣布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為比較多。有的微生物從自然界中分離出來就能夠被利用，有的需要對分離到的野生菌株進行人工誘變，得到突變株才能被利用。當前發酵工業所用菌種的總趨勢是從野生菌轉向變異菌，從自然選育轉向代謝控制育種，從誘發基因突變轉向基因重組的定向育種。工業生產上常用的微生物主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌，由于發酵工程本身的發展以及遺傳工程的介人，藻類、病毒等也正在逐步地變為工業生產用的微生物。其他微生物有擔子菌、 藻類。
【EM】菌 微生物發酵技術常用菌
微生物發酵常因菌種和產品不同而有所不同，但一般過程都基本相同，通常包括菌種制備、原料處理、接種培養、發酵控制和產品提取等環節。
1.菌種制備
菌種是發酵工業之母，沒有菌種，就談不上微生物發酵。菌種一般分保藏菌種、搖瓶（茄子瓶等）菌種和種子罐菌種。保藏菌種是發酵生產的備用菌種，一般放在低溫干燥狀態下保存。保藏菌種進入生產接種之前，首先接入斜面進行活化，使菌種從休眠狀態轉為正常代謝狀態。用于活化的培養基一般營養豐富、易于吸收，有利于菌種的生長繁殖。活化后的菌種再進行擴大，將其接人搖瓶（茄子瓶等）中進行培養，此時所用的培養

菌種培養發酵罐

基比保藏菌種用培養基更粗放，更經濟。搖瓶種子進一步擴大，接人種子罐進行培養。種子罐培養基比較接近發酵罐所用培養基成分，目的是讓菌種進一步適應發酵培養基的環境。種子罐種子培養好以后可適時進行大罐（通風曲室）接種。