微生物發(fā)酵技術(shù)以現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)為核心，利用微生物的代謝活動(dòng)過(guò)程，經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而大規(guī)模地制造各種工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品，已經(jīng)形成了一個(gè)品種繁多、門(mén)類(lèi)齊全的獨(dú)立工業(yè)體系，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。

工業(yè)發(fā)酵是指靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)。
工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱(chēng)為發(fā)酵。這樣定義的發(fā)酵就是“工業(yè)發(fā)酵”。 微生物是工業(yè)發(fā)酵的靈魂，沒(méi)有微生物就沒(méi)有工業(yè)發(fā)酵。
工業(yè)發(fā)酵就是通過(guò)微生物的生命活動(dòng)，把發(fā)酵原料轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需要的微生物產(chǎn)品的過(guò)程。
工業(yè)發(fā)酵要依靠微生物的生命活動(dòng)，生命活動(dòng)依靠生物氧化提供的代謝能（metabolic energy）來(lái)支撐，因此工業(yè)發(fā)酵應(yīng)該覆蓋微生物學(xué)中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵。
近百年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)發(fā)酵發(fā)生了劃時(shí)代的變革，已經(jīng)從利用自然界中原有的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的階段進(jìn)入到按照人的意愿改造成具有特殊X能的微生物以生產(chǎn)人類(lèi)所需要的發(fā)酵產(chǎn)品的新階段。

生產(chǎn)型不銹鋼發(fā)酵罐
（1）工業(yè)發(fā)酵的研究從典型的工業(yè)發(fā)酵開(kāi)始
比較常見(jiàn)的工業(yè)發(fā)酵一般符合以下三個(gè)條件：
① 使用的菌種屬于化能異養(yǎng)型微生物，
② 目的產(chǎn)物屬于初級(jí)代謝產(chǎn)物或能量代謝副產(chǎn)物，
③ 目的產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)生成后被分泌到細(xì)胞外。
符合以上條件的工業(yè)發(fā)酵叫做典型的工業(yè)發(fā)酵。
對(duì)工業(yè)發(fā)酵理論的研究從典型的工業(yè)發(fā)酵開(kāi)始。
個(gè)臺(tái)階，系統(tǒng)地研究化能異養(yǎng)型微生物的工業(yè)發(fā)酵的理論；
第二個(gè)臺(tái)階，系統(tǒng)地研究其他營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型微生物的工業(yè)發(fā)酵的理論；
第三個(gè)臺(tái)階，系統(tǒng)地研究微生物利用碳以外元素工業(yè)發(fā)酵的理論。
（2）工業(yè)發(fā)酵理論
個(gè)臺(tái)階的研究建立了微生物生命活動(dòng)的三個(gè)基本假設(shè)（發(fā)酵學(xué)三假說(shuō)）。它們是改造和利用微生物的理論基礎(chǔ)。用這三個(gè)基本假設(shè)來(lái)分析典型的工業(yè)發(fā)酵，出現(xiàn)了：
① 工業(yè)發(fā)酵的微生物生物機(jī)器的新思路，
② 為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的工業(yè)發(fā)酵若干推理，
③ 工業(yè)微生物育種和發(fā)酵工藝控制的“五字策略”。
（3）研究工業(yè)發(fā)酵的思路

工業(yè)發(fā)酵→【從一般到特殊】→典型的工業(yè)發(fā)酵→【從特殊到一般】→生物機(jī)器、細(xì)胞機(jī)器的概念模式→【深入研究以發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律】→自然規(guī)律（微生物生命活動(dòng)的三個(gè)基本假說(shuō)）→【從一般到特殊：將自然規(guī)律運(yùn)用到典型的工業(yè)發(fā)酵】→細(xì)胞機(jī)器亞穩(wěn)態(tài)物流模式→載流路徑→五段式→五字策略→【從特殊到一般】→對(duì)未來(lái)發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)
涉及微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖的每一個(gè)“動(dòng)作”，包括細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物降解的啟動(dòng)，生物合成的啟動(dòng)和持續(xù)，主動(dòng)運(yùn)輸，pH自動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡等都需要代謝能支持，維持細(xì)胞的生命也需要代謝能的支撐。
而微生物細(xì)胞的物質(zhì)代謝和能量代謝是依靠代謝網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；衔镌诖x網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，形成代謝流。工業(yè)發(fā)酵中，原料代謝流在細(xì)胞機(jī)器中經(jīng)過(guò)一系列途徑轉(zhuǎn)化成為目的產(chǎn)物。在這個(gè)基礎(chǔ)上，發(fā)酵學(xué)的第二假說(shuō)提出了，代謝途徑和輸送系統(tǒng)在代謝物分子水平上整合，在輔因子水平上協(xié)調(diào)，形成橫跨微生物活細(xì)胞內(nèi)外的代謝網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)不是生化途徑和跨膜輸送過(guò)程簡(jiǎn)單連接，而是要將生物化學(xué)概念納入細(xì)胞代謝的總體框架。書(shū)里研究的主要是有機(jī)物（碳元素）在酶和蛋白質(zhì)層面上的代謝網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于兼X厭氧微生物來(lái)說(shuō)，不但需氧與缺氧時(shí)代謝網(wǎng)絡(luò)有明顯差異，而且在不同的培養(yǎng)條件下生存時(shí)，其代謝網(wǎng)絡(luò)也是有差異的。例如：有氧生長(zhǎng)的代謝是在以TCA環(huán)為骨架的中心板塊的基礎(chǔ)上構(gòu)建，缺氧生長(zhǎng)時(shí)，則是在以TCA在OAA處的分叉途徑為骨架的中心板塊的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。
其實(shí)，微生物生命活動(dòng)可分為4個(gè)層次：DNA層次，蛋白質(zhì)層次，物流層次，微生物細(xì)胞層次，它們之間需要逐級(jí)激活。代謝網(wǎng)絡(luò)是無(wú)尺度的，微生物細(xì)胞機(jī)器的工作模式把細(xì)胞機(jī)器運(yùn)行階段的載流路徑描寫(xiě)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(wǎng)絡(luò)假說(shuō)，基于工業(yè)發(fā)酵是可以操作的，它可以預(yù)測(cè)開(kāi)拓新產(chǎn)品和新原料的可行X。
結(jié)構(gòu)決定功能。水平上實(shí)現(xiàn)的，其臺(tái)階的方向是盡可能利用營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)比較大生長(zhǎng)。真核生物細(xì)胞內(nèi)原核生物沒(méi)有核，因此DNA接受來(lái)自細(xì)胞質(zhì)的調(diào)節(jié)信號(hào)，從而蛋白質(zhì)合成的開(kāi)關(guān)控制是在轉(zhuǎn)錄被膜分隔成不同空間，為合成代謝和分解代謝分開(kāi)進(jìn)行和分開(kāi)調(diào)節(jié)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(zhuǎn)錄開(kāi)始的負(fù)控制和正控制分別能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)錄——決定合成的酶的水平和阻止轉(zhuǎn)錄——防止葡萄糖與乳糖并存時(shí)的浪費(fèi)。另外，微生物代謝途徑中的抑制和激活的調(diào)節(jié)模式，途徑的誘導(dǎo)和阻遏的調(diào)節(jié)模式， 這些微生物自身非常“聰明”的自動(dòng)調(diào)節(jié)，令它們更好地適應(yīng)生存。這是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的，正如第三假說(shuō)“細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)”所言，微生物細(xì)胞是在物競(jìng)天擇中形成的經(jīng)濟(jì)體系，是微生物細(xì)胞生存的保障體系，為細(xì)胞的適應(yīng)X，經(jīng)濟(jì)X和代謝持續(xù)X提供保障。
這樣看來(lái)，微生物細(xì)胞與獨(dú)立經(jīng)營(yíng)自負(fù)盈虧的企業(yè)有相同的特點(diǎn)，非常生動(dòng)。3個(gè)假說(shuō)分別從能量，物質(zhì)和信息等3個(gè)角度支撐發(fā)酵工業(yè)“細(xì)胞機(jī)器”正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3個(gè)假說(shuō)也逐漸深入地揭示了微生物在發(fā)酵工業(yè)中好好“工作”的道理。既然微生物活細(xì)胞是發(fā)酵生產(chǎn)線上*的微生物生物機(jī)器，是儲(chǔ)存了生物信息的自主的細(xì)胞機(jī)器，我們就要增加和微生物細(xì)胞的“對(duì)話(huà)”，發(fā)揮主觀能動(dòng)X，遵循并利用固有的運(yùn)行規(guī)律（自然規(guī)律），處理好發(fā)酵中人與微生物的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，促成合作，獲得效益。
微生物發(fā)酵過(guò)程即微生物反應(yīng)過(guò)程，是指由微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中所引起的生化反應(yīng)過(guò)程。

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

好氧不銹鋼發(fā)酵罐

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

厭氧不銹鋼發(fā)酵罐

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

兼厭氧不銹鋼發(fā)酵

按照設(shè)備來(lái)分，發(fā)酵又可分為敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤(pán)發(fā)酵和深層發(fā)酵。
一般敞口發(fā)酵應(yīng)用于繁殖快并進(jìn)行好氧發(fā)酵的類(lèi)型，如酵母生產(chǎn)，由于其菌體迅速而大量繁殖，可抑制其他雜菌生長(zhǎng)。所以敞口發(fā)酵設(shè)備要求簡(jiǎn)單。相反，密閉發(fā)酵是在密閉的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，所以設(shè)備要求嚴(yán)格，工藝也較復(fù)雜。淺盤(pán)發(fā)酵（表面培養(yǎng)法）是利用淺盤(pán)僅裝一薄層培養(yǎng)液，接人菌種后進(jìn)行表面培養(yǎng)，在液體上面形成一層菌膜。在缺乏通氣設(shè)備時(shí)，對(duì)一些繁殖快的好氧X微生物可利用此法。深層發(fā)酵法是指在液體培養(yǎng)基內(nèi)部（不僅僅在表面）進(jìn)行的微生物培養(yǎng)過(guò)程。
液體深層發(fā)酵是在青霉素等抗生素的生產(chǎn)中發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。同其他發(fā)酵方法相比，它具有很多優(yōu)點(diǎn)：
①液體懸浮狀態(tài)是很多微生物的比較適生長(zhǎng)環(huán)境。
②在液體中，菌體及營(yíng)養(yǎng)物、產(chǎn)物（包括熱量）易于擴(kuò)散，使發(fā)酵可在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
③液體輸送方便，易于機(jī)械化操作。
④廠房面積小，生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行自動(dòng)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
⑤產(chǎn)品易于提取、精制等。因而液體深層發(fā)酵在發(fā)酵工業(yè)中被廣泛應(yīng)用
工業(yè)生產(chǎn)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(lái)就能夠被利用，有的需要對(duì)分離到的野生菌株進(jìn)行人工誘變，得到突變株才能被利用。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所用菌種的總趨勢(shì)是從野生菌轉(zhuǎn)向變異菌，從自然選育轉(zhuǎn)向代謝控制育種，從誘發(fā)基因突變轉(zhuǎn)向基因重組的定向育種。工業(yè)生產(chǎn)上常用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌，由于發(fā)酵工程本身的發(fā)展以及遺傳工程的介人，藻類(lèi)、病毒等也正在逐步地變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)用的微生物。其他微生物有擔(dān)子菌、 藻類(lèi)。
【EM】菌 微生物發(fā)酵技術(shù)常用菌
微生物發(fā)酵常因菌種和產(chǎn)品不同而有所不同，但一般過(guò)程都基本相同，通常包括菌種制備、原料處理、接種培養(yǎng)、發(fā)酵控制和產(chǎn)品提取等環(huán)節(jié)。
1.菌種制備
菌種是發(fā)酵工業(yè)之母，沒(méi)有菌種，就談不上微生物發(fā)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(fā)酵生產(chǎn)的備用菌種，一般放在低溫干燥狀態(tài)下保存。保藏菌種進(jìn)入生產(chǎn)接種之前，首先接入斜面進(jìn)行活化，使菌種從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常代謝狀態(tài)。用于活化的培養(yǎng)基一般營(yíng)養(yǎng)豐富、易于吸收，有利于菌種的生長(zhǎng)繁殖?；罨蟮木N再進(jìn)行擴(kuò)大，將其接人搖瓶（茄子瓶等）中進(jìn)行培養(yǎng)，此時(shí)所用的培養(yǎng)

菌種培養(yǎng)發(fā)酵罐

基比保藏菌種用培養(yǎng)基更粗放，更經(jīng)濟(jì)。搖瓶種子進(jìn)一步擴(kuò)大，接人種子罐進(jìn)行培養(yǎng)。種子罐培養(yǎng)基比較接近發(fā)酵罐所用培養(yǎng)基成分，目的是讓菌種進(jìn)一步適應(yīng)發(fā)酵培養(yǎng)基的環(huán)境。種子罐種子培養(yǎng)好以后可適時(shí)進(jìn)行大罐（通風(fēng)曲室）接種。