2.微生物酶发酵
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。最初，人们都是从动、植物组织中提取酶，但目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。因为微生物产酶具有酶的品种多、生产容易和成本低等特点。
微生物酶制剂有广泛的用途，多用于食品和轻工业中，如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，纤维素酶用于牛仔裤打磨业等。酶也用于医药生产和医疗检测中，如青霉素酰化酶用来生产半合成青霉素所用的中间体6-氨基青霉烷酸，胆固醇氧化酶用于检查血清中胆固醇的含量，葡萄糖氧化酶用于检查血液中葡萄糖的含量，等等。
3.微生物代谢产物发酵
微生物代谢产物的种类很多，已知的有37个大类，其中16类属于药物。微生物代谢产物主要分为两类：一类为初级代谢产物，它是在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的。许多初级代谢产物在经济上具有相当的重要性，分别形成了各种不同的发酵工业。
另一类是次级代谢产物，它是在菌体生长的稳定期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系。次级代谢产物多为低分子量化合物，但其化学结构类型却多种多样。
4.微生物的转化发酵
微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。近年来，随着基因工程、细胞工程、酶工程技术的发展与完善，生物转化技术已广泛用于天然化合物的结构修饰、有机化合物的不对称合成、药物前体化合物的转化、光学活性化合物的拆分等领域。
最古老的生物转化，就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。在当代，微生物转化发酵技术尤为广泛，可以将D-果糖转化为D-阿洛酮糖，可以将井冈霉素转化为井冈胺等。
5.生物工程细胞的发酵
该技术指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”，细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵，其产物多种多样。如用基因工程菌生产胰岛素、干扰素、青霉素酚化酶等，用杂交瘤细胞生产用于治疗和诊断的各种单克隆抗体等。
（二）发酵方式
微生物发酵是一个错综复杂的过程，尤其是大规模工业发酵，要达到预定目标，更是需要采用和研究开发各式各样的发酵技术，发酵的方式就是最重要的发酵技术之一。通常按发酵中某一方面的情况将其分类，按对氧的需求情况分为需氧发酵和厌氧发酵；按培养基的相态分为液态发酵和固态发酵；按发酵是在培养基表面或深层进行，分为表面发酵和深层发酵；按发酵工艺过程的连续性分为分批发酵、补料分批发酵和连续发酵；按菌种是否被固定在载体上分为游离发酵和固定化发酵；按菌种的种类分为单一纯种发酵和混合发酵。在实际的工业生产中，大都是将各种发酵方式结合进行的，当然，这取决于菌种特性、原料特点、产物特色、设备状况、技术可行性、成本核算等。现代发酵工程中大多数采用需氧、液体、深层、分批、游离、单一纯种结合进行的发酵方式。下面是几种常见的现代化发酵方式：
1.分批发酵
分批发酵指在灭菌的培养基上接种相应的微生物，然后，在发酵过程中，不再添加新的培养基的培养方式。在实际生产中，它是间断进行的，每进行一次培养都要经过装料、灭菌、接种、发酵、放料等一系列过程。因此，分批发酵的特点是非生产时间长、生产成本较高。
2.补料分批发酵
补料分批发酵，即称半连续发酵，是指在分批发酵过程中间歇或连续地补加新鲜培养基或某些营养物质的方法。其目前应用范围非常广泛，几乎遍及整个发酵行业。补料分批发酵的理论研究在20世纪70年代以前几乎是个空白，在早期的工业生产中，补料的方式非常简单，仅仅局限于间歇流加和恒速流加，控制发酵也是以经验为主。直到1973年日本学者Yoshida等人提出了“Fed-batch fermentation”这个术语，并从理论上建立了第一个数学模型，补料分批发酵的研究才进入理论研究阶段。近年来，随着理论研究和应用的不断深入，流加发酵的内容大大丰富了。
补料分批发酵和传统的分批发酵相比，流加发酵可以有效地减少发酵过程中培养基黏度升高引起的传质效率降低，解除降解物的阻遏和底物的反馈抑制，很好地控制代谢方向，延长产物合成期，增加代谢积累。
3.连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
连续发酵可分为单罐连续发酵和多罐串联连续发酵等方式。其优点是：简化了菌种的扩大培养，缩短了发酵周期，提高了设备利用率，操作管理方便，便于自动化控制，同时，产物稳定，节省人力物力，生产费用低，使产品更具商业性竞争力。其缺点是：对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高；营养成分的利用较分批发酵差，产物浓度比分批发酵低，产物提取成本较高；杂菌污染的机会较多，菌种易因变异而发生退化。
4.固定化酶和固定化细胞发酵
它是酶工程中固定化酶技术在发酵工程中的应用，其优势在于固定化酶和固定化细胞可以重复使用，酶活力稳定，反应速度快，生产周期短，产品的分离和提纯也比较容易，易于机械化和自动化操作。
5.混合发酵
它是相对于纯种发酵而言，指多种微生物混合在一起，共用同一个培养基进行发酵，也称为混合培养。混合发酵中菌种的种类和数量大都是未知的，人们主要是通过培养基的组成和发酵条件来控制，达到生产目的。它的主要特点是可以形成多菌共生酶系互补，在一个共同的发酵罐内，混合的多菌种可以增加比纯种培养多得多的基团功能。通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用。另外，它可以做到省工节能，简化工艺设备，克服中间生物浓度过大对生化反应的不良影响，提高生产效率。
（三）发酵工程的特点
由于微生物具有种类繁多、繁殖速度快、代谢能力强的特点，而且，往往可以通过人工诱变获得有益的突变株，并且微生物酶的种类也很多，能催化各种生物化学反应。此外，由于微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源，一般不受气候、季节等自然条件的限制，可以通过室内反应器来生产多种多样的产品。所以，从传统的酿酒、酿酱、酿醋等技术上发展起来的发酵工程技术发展非常迅速，而且，形成了与其他学科不同的特点：
1.发酵过程以生物体的自身调节方式进行，多个反应就像单一反应一样，在单一发酵设备中完成。
2.反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少，设备比较简单，对场地要求不高。
3.微生物本身能有选择地摄取所需物质，因此，其发酵原料往往比较广泛。原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主的是农副产品，也可以是工业废水或可再生资源，如植物秸秆、木屑等。
4.容易合成复杂的化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入等反应。
5.发酵过程中需要防止杂菌污染，生产设备及其附件需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤除菌等。
发酵过程的这些特征体现了发酵工程的种种优点。在目前能源、资源紧张，人口、粮食及污染问题日益严重的情况下，发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分之一，得到越来越广泛的应用。
四、发酵工程研究的对象、方法与手段
发酵工程主要是研究利用微生物的新陈代谢作用生产一定的产品或达到其他社会目的的工程学科，主要研究微生物育种技术、发酵过程优化和多尺度生物反应器等。所以，发酵工程涉及微生物生化问题、生化工程问题，也有分析与设备问题。
发酵工程研究既包括传统的、经典的方法和手段，也包括现代的、先进的方法和手段。
譬如菌种技术既有传统的“经典”理化诱变方法和手段，也有先进的基因工程改造等方法和手段。总之，一切现代生物工程的研究方法和手段都可以应用于发酵工程，因为发酵工程是生物工程的组成部分。
五、发酵工程的应用
发酵工程是现代生物技术的组成部分，是采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的产品。基因工程和细胞工程是生物技术的主要领域，是发酵工程、酶工程的基础；发酵工程和酶工程又是基因工程、细胞工程研究成果的实际应用，其中发酵工程占有重要位置。从生物工程的过程看，只有通过发酵工程，才能使由基因工程或细胞工程获得的某种目的菌种实现工业化生产，获得经济效益。可见，发酵工程是生物技术产业化的基础。生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的转化等研究成果为发酵工程注入新的内容，使传统的发酵工艺焕发“青春”，赋予微生物发酵技术新的生命力。
发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等特点，而在医药工业、食品工业、农业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用，逐步形成了规模庞大的发酵工业。
（一）发酵工程在医药业的应用
发酵工程可以从各个方面改进医药的生产，开发新产品，提高医疗水平。所以，在医药领域，它的应用非常广泛，发展也非常迅速，潜力非常大。
1.抗生素的生物合成
自1929年英国人发现青霉菌分泌青霉素能抑制葡萄球菌生长以后，相继发现了链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、新霉素和红霉素等抗菌素。在近几十年内，抗生素的研究又有了飞速的发展，已找到的抗生素有4300多种，并通过化学结构改造，共制备了30000余种的半合成抗生素。目前，世界各国实际生产和应用于医疗的抗生素有120多种，连同各种半合成衍生物及盐类约350种。其中包括抗细菌的抗生素，如：杆菌肽、头孢菌素、四环素、链霉素、螺旋霉素等；抗真菌的抗生素，如：灰黄霉素、制霉菌素等；抗肿瘤的抗生素，如：博来霉素、丝裂霉素、光神霉素等。
一个好的抗生素应具有较广的抗菌谱，还应具有较好的选择性，不产生过敏和耐药性，具有高度的稳定性，收率高，成本低，适于工业生产。目前生产和应用的抗生素还不能完全满足以上要求，寻找新的抗生素仍然是很重要的任务。
2.维生素类药物的生物生产
维生素作为六大生命要素之一，为整个生命活动所必需。维生素可分为水溶性和脂溶性。其中，VA、VD、VE、VK为脂溶性维生素，VB、VC为水溶性维生素。
