完整的發(fā)酵工程應(yīng)該包括從投入原料到獲得最終產(chǎn)品的整個過程,。發(fā)酵工程就是要研究和解決這整個過程中的工藝和設(shè)備問題,，將實驗室和中試成果迅速擴大到工業(yè)化生產(chǎn)中去。發(fā)酵生產(chǎn)的基本工藝和設(shè)備流程一般為：
從工程學的角度把發(fā)酵工業(yè)過程分為菌種,、發(fā)酵和提煉（包括廢水處理）等三個階段,，稱為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程,。
一,、上游工程包括優(yōu)良種株的培育，最適發(fā)酵條件（pH,、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定,，營養(yǎng)物的準備等,。優(yōu)良發(fā)酵生產(chǎn)菌的特點：①能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長。②培養(yǎng)條件易于控制。③生長速度快,，產(chǎn)能高,，發(fā)酵周期短。④菌種純粹,，抗噬菌體,，非病原菌。人們一般通過化學突變,、化學誘變或者紫外線照射來產(chǎn)生突變體,，從而改良菌種、提高產(chǎn)量,，傳統(tǒng)的誘導突變和選擇的方法在發(fā)酵生產(chǎn)中獲得了較大的成功,。多種抗生素的大量生產(chǎn)過程就是這種方法的成功例證。但是通過傳統(tǒng)的方法提高產(chǎn)量的幅度是非常有限的,，如果一個突變了的菌株某一組分合成太多,，那么其他一些代謝物的合成就會受到影響，因此這反過來又會影響微生物在大規(guī)模發(fā)酵過程中的生長,。傳統(tǒng)的誘變和選擇的方法過程繁瑣,、耗時過長、費用極高,，需要篩選和檢測大量的克隆,。另外，用傳統(tǒng)的方法能提高微生物一種已有的遺傳性質(zhì) ,，并不能賦予這種微生物以其他遺傳特性,。總的來說傳統(tǒng)的改良菌種的生物技術(shù)還僅僅局限在化學工程和微生物工程的領(lǐng)域內(nèi),。隨著DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,，這種情況發(fā)生了根本性的改變。同時,，必須掌握菌株的生理生化特性和培養(yǎng)特性,，解決大規(guī)模種子培養(yǎng)以及如何將其在無菌狀態(tài)下接入發(fā)酵罐等問題。上游加工中還包括原材料的物理和化學處理,、培養(yǎng)基的配制和滅菌等問題,，這里包括有物料破碎、混合和輸送等多種化工單元操作以及熱量傳遞,、滅菌動力學和設(shè)備等有關(guān)工程問題,。
二、中游工程主要指在最適發(fā)酵條件下,，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù),。這里要有嚴格的無菌生長環(huán)境,，包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術(shù)；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術(shù),；在發(fā)酵過程中根據(jù)細胞生長要求控制加料速度的計算機控制技術(shù),；還有種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。此外,，根據(jù)不同的需要,，發(fā)酵工藝上還分批發(fā)酵（即一次投料發(fā)酵）、補料分批發(fā)酵（即在一次投料發(fā)酵的基礎(chǔ)上,，流加一定量的營養(yǎng),，使細胞進一步的生長，或得到更多的代謝產(chǎn)物）和連續(xù)發(fā)酵（不斷地流回營養(yǎng),，并不怕地取出發(fā)酵液）,。在進行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實驗室規(guī)模的小發(fā)酵罐進行大量的實驗,，得到產(chǎn)物形成的動力學模型,，并根據(jù)這個模型設(shè)計中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學模型,。由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性,，在從實驗室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題,，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題,。發(fā)酵過程的優(yōu)化是指最佳控制發(fā)酵過程的方案或發(fā)酵過程中主要控制的項目和方法。發(fā)酵過程優(yōu)化的目的是：①條件和相互關(guān)系進行優(yōu)化,；②復(fù)雜關(guān)系盡可能簡化,。
三、下游工程是對目的產(chǎn)物的提取與精制,。這一過程是比較困難的,。這是因為一方面生物反應(yīng)液中的目的產(chǎn)物的濃度是很低微的。例如,，濃度最高的乙醇僅為10%左右,，氨基酸不超過8%，抗生素不超過5%,，酶制劑不超過1%,，胰島素不超過0.01%，單克隆抗體不超過0.0001%,；另一方面因為反應(yīng)液雜質(zhì)常與目的產(chǎn)物有相似的結(jié)構(gòu),，加上一些具有生物活性的產(chǎn)品對溫度、酸堿度都十分敏感,，一些作為藥物或食品的產(chǎn)品對對純度,、有害物質(zhì)都有嚴格的要求,。從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)：包括固液分離技術(shù)（離心分離，過濾分離,，沉淀分離等工藝），細胞破壁技術(shù)（超聲,、高壓剪切,、滲透壓、表面活性劑和溶壁酶等）,，蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法,、色譜分離法和超濾法等），最后還有產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)（真空干燥和冷凍干燥等）,。雖然發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)以發(fā)酵為主,，發(fā)酵的好壞是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵，但后處理在發(fā)酵生產(chǎn)中也占有很重要的地位,。往往有這樣的情況：發(fā)酵產(chǎn)率很高,，但因后處理操作和設(shè)備選用不當而大大降低了總得率。所以發(fā)酵過程的完成并不等于工作的結(jié)束,。完整的發(fā)酵工程應(yīng)該包括從投入獲得最終產(chǎn)品的整個過程,。總之,，下游加工過程步驟多,，要求嚴，其生產(chǎn)費用往往占生產(chǎn)成本的一半以上,。本文部分摘自發(fā)酵工程與設(shè)備,，詳細資料可參考教科書版

發(fā)酵過程：發(fā)酵罐培養(yǎng)基配制-發(fā)酵罐接種發(fā)酵-發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)物分離精制
通過上文章可以了解發(fā)酵過程，采取科學有效的檢測及控制工程技術(shù),，使發(fā)酵目標產(chǎn)物向著質(zhì)化,、量化的方向發(fā)展。取得更高的經(jīng)濟效益及使用價值,。