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微生物發(fā)酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)物的過程。

個(gè)人理解的微生物發(fā)酵工藝包括三部分

其一是優(yōu)良種株的選育，并確定初步發(fā)酵條件

如起始碳源、氮源，好氧情況及代謝途徑，營(yíng)養(yǎng)需求與初步培養(yǎng)基組成，此部分一般包括基因工程路線設(shè)計(jì)、菌株改造與篩選、搖瓶條件摸索。

其二是發(fā)酵放大研究，摸索出最適發(fā)酵工藝（種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)）利用密集細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)代謝產(chǎn)物

此部分開始于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)模型，再根據(jù)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)放大，落腳于生產(chǎn)規(guī)模的動(dòng)力學(xué)模型，得出最大產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率與生產(chǎn)強(qiáng)度。由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)許多放大問題，解決這些問題是微生物發(fā)酵工藝開發(fā)的關(guān)鍵所在。

其三是發(fā)酵液分離純化技術(shù)，制定合適的工藝拿出合格的產(chǎn)品。

一般地，現(xiàn)代基因工程菌株改良質(zhì)粒直接導(dǎo)入后對(duì)于菌種的穩(wěn)定傳代要求較高，發(fā)酵放大時(shí)每一步也需要考慮比生長(zhǎng)速率，具體地需控制OD生長(zhǎng)速度，過慢不利于發(fā)酵，而過快質(zhì)粒容易丟失；

而染色體改造，適當(dāng)敲除一些基因，改變目標(biāo)產(chǎn)物前體、目標(biāo)產(chǎn)物的代謝流有時(shí)也是菌株改良的必需。穩(wěn)定性提升可能會(huì)降低轉(zhuǎn)化率指標(biāo)，合適的發(fā)酵工藝可以縮小降低量。

摸索發(fā)酵最適條件，包括最適菌體生長(zhǎng)溫度與最適生產(chǎn)溫度，摸索最適生長(zhǎng)pH與最適生產(chǎn)pH，最適生長(zhǎng)好氧與最適生產(chǎn)好氧控制。

將最適生長(zhǎng)溫度與最適生產(chǎn)溫度分開，一般地最適生產(chǎn)溫度可比生長(zhǎng)溫度低6-8℃，這樣穩(wěn)定了質(zhì)粒傳代也提升了組酶的整體效率并延長(zhǎng)了產(chǎn)物周期，另發(fā)酵后期相比與中期可略升高2-3℃，以提升生產(chǎn)強(qiáng)度；

各不同底盤菌種的最適生產(chǎn)pH略有不同，且最適生產(chǎn)pH需結(jié)合組酶的活性及目標(biāo)產(chǎn)物積累后對(duì)于pH影響，如氨基酸發(fā)酵的種子生長(zhǎng)階段pH控制近中性而產(chǎn)物階段略低，萜類發(fā)酵可能恰恰相反；

最適生長(zhǎng)好氧狀態(tài)，不能局限于代謝理論，需大量摸索這關(guān)乎菌體生產(chǎn)、底物轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)強(qiáng)度與雜質(zhì)生成，有些發(fā)酵工藝是根據(jù)溶氧反饋控制補(bǔ)料，一般溶氧控制在15-30%，有些發(fā)酵工藝以維持溶氧為綱根據(jù)菌絲形態(tài)增加或者降低攪拌而相應(yīng)地減少或者增加通風(fēng)，一般地生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)比在0.6-1.2VV/min，而生長(zhǎng)時(shí)可在1VV/min以上。

發(fā)酵液分離純化還是遵循先提取后純化整體思路，固液分離、雜質(zhì)分離及重結(jié)晶。離心壓榨過濾，兩相萃取、樹脂柱層析，超濾納濾及沉淀結(jié)晶、冷凍干燥等都是技術(shù)手段。

現(xiàn)在微生物下游的效率及產(chǎn)品質(zhì)量也是評(píng)價(jià)整個(gè)工藝開發(fā)的一個(gè)首要指標(biāo)。如雜質(zhì)方面，在菌株設(shè)計(jì)階段就需要考慮類似物質(zhì)的代謝，選擇類似產(chǎn)物積累較少的菌株；在發(fā)酵工藝放大時(shí)，也需要考慮減少及增加類似產(chǎn)物積累的工藝條件，并盡可能避免之，或者說平衡之。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在微生物發(fā)酵工藝開發(fā)階段，每批發(fā)酵時(shí)，可以多做些前瞻后延的嘗試。如提倡種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基接近，以解決微生物適應(yīng)性問題，但是這樣的種子培養(yǎng)基不一定是最佳；原理上消耗TPP較多的路線在發(fā)酵不同階段不一定都是高溶氧好，更不一定是高轉(zhuǎn)速好；樣品處理時(shí)摸索酸堿及溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，同一樣品開發(fā)氣相、液相雙方法及多方法對(duì)比；關(guān)注后期發(fā)酵液狀態(tài)、產(chǎn)物峰譜圖，指導(dǎo)發(fā)酵下游技術(shù)等等。

微生物發(fā)酵工藝開發(fā)的三部分又不是物理分割的，發(fā)酵實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)轉(zhuǎn)化率情況、生產(chǎn)強(qiáng)度情況，對(duì)菌株提出進(jìn)一步改良的可能；也可根據(jù)產(chǎn)物雜質(zhì)情況，對(duì)菌株提出進(jìn)一步改良的必要；發(fā)酵放大時(shí)分析不同階段、周期的發(fā)酵狀態(tài)，選擇合適的控制方法也可為后續(xù)的分離純化簡(jiǎn)化路線提供可能。

微生物發(fā)酵工藝開發(fā)，以發(fā)酵放大為承前啟后的關(guān)鍵；發(fā)酵工藝小試、中試到放大，工藝完善提升的首要抓手就是解決各級(jí)放大問題。