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什么是发酵和发酵工程？ 发酵（fermentation）：利用微生物的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。 发酵工程（fermentation engineering）：指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的一种技术系统。 发酵理论的提出：法国微生物学家巴斯德，提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。” 法国微生物学家巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。巴斯德还发明了现代的食品工业常使用的灭菌法——巴斯德灭菌法，将饮料（包括牛奶）在远低于沸点的温度下加热，以避免破坏产品品质并延长储存期的灭菌方法。
发酵工程的重要性及应用 发酵工程是生物技术产业化的基础和关键技术，是生物技术四大支柱的核心，无论传统发酵产品，如抗生素、氨基酸等，还是现代基因工程产品，如疫苗、人体蛋白质等，都需要发酵技术进行生产。
发酵工程的基本环节 发酵工程的基本环节主要包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等内容。
1、 选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 发酵工程是利用微生物为人类生产有用产品，因此要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。 如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。 选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ （1）繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多； （2）对营养物质的要求低，低成本培养； （3）发酵条件容易控制； （4）菌种不易变异、退化等。 2、扩大培养 工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3、配制培养基 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，因为不同菌种所需要的营养物质和pH不同，另外，同一菌种在不同的阶段（主要分生长阶段和代谢产物积累阶段）所需要的营养物质和pH不同，故培养基的配方要经过反复试验才能确定。 在配制培养基时应该注意哪些事情呢？ （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。 （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
4、灭菌 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。
5、接种 整个接种过程必须无菌条件下操作，防止杂菌污染。
6、发酵罐内发酵 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 
发酵过程的影响因素有哪些？ （1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影响培养基中营养物质的分解等。 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。
7、分离、提纯产物 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离和干燥，即可得到产品。 如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取蒸馏、萃取、离子交换等方法来获得产品。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能成为正式产品。
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