發(fā)酵過程的種類-發(fā)酵工藝過程控制
根據(jù)微生物的生理特征、營養(yǎng)要求、培養(yǎng)基性質(zhì)以及發(fā)酵生產(chǎn)方式不同，可以將工業(yè)微生物發(fā)酵分成不同的類型。
1.按微生物與氧的關(guān)系
按微生物與氧的關(guān)系分，發(fā)酵可以分為好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵以及兼性厭氧發(fā)酵三大類型。
好氧發(fā)酵是由好氧菌在有分子氧存在的條件下進(jìn)行的發(fā)酵過程，因此，在好氧發(fā)酵過程中要不斷地向發(fā)酵液中通入無菌空氣，以滿足微生物對(duì)氧的需求。多數(shù)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵類型，如利用棒狀桿菌進(jìn)行的發(fā)酵，利用黑曲霉進(jìn)行的檸檬酸發(fā)酵，以及絕大多數(shù)的抗生素發(fā)酵都屬于好氧發(fā)酵。厭氧發(fā)酵是由厭氧菌進(jìn)行的發(fā)酵，在整個(gè)發(fā)酵過程中無需供給空氣，發(fā)酵產(chǎn)品包括丙酮、乳酸、丁醇、丁酸等。有的微生物屬于兼性厭氧型，如酵母菌，在有氧供給的情況下，可以積累酵母菌體，進(jìn)行好氧呼吸，而在缺氧的情況下它又進(jìn)行厭氧發(fā)酵，積累代謝產(chǎn)物-酒精。
2.按培養(yǎng)基的物理性狀分
按培養(yǎng)基的物理性狀分，發(fā)酵可以分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩大類型。
固體發(fā)酵又分為淺盤固體發(fā)酵和深層固體發(fā)酵，統(tǒng)稱曲法培養(yǎng)，源自于我釀造生產(chǎn)*的傳統(tǒng)制曲技術(shù)，如白酒的釀造和固體制曲過程。淺盤固體發(fā)酵是將固體培養(yǎng)基鋪成薄層（厚2~3cm）裝盤，進(jìn)行發(fā)酵；而深層固體發(fā)酵是將固體培養(yǎng)基堆成厚層（厚30cm），并在培育期間不斷通入空氣進(jìn)行的發(fā)酵方法?，F(xiàn)在許多微生物菌體蛋白飼料、蛋白酶的生產(chǎn)大多采用固體發(fā)酵法。固體發(fā)酵大的特點(diǎn)是固體曲的酶活力高，但無論淺盤與深層固體通風(fēng)培養(yǎng)都需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作面積。目前比較完善的深層固體通風(fēng)制曲可以在曲房周圍使用循環(huán)的冷卻增濕的無菌空氣來控制溫度和濕度，并且能適應(yīng)菌種在不同生理時(shí)期的需要加以靈活調(diào)節(jié)，曲層的翻動(dòng)全部自動(dòng)化。在液體發(fā)酵工藝中，淺盤液體培養(yǎng)法由于占地面積大，技術(shù)管理不便，而為液體深層培養(yǎng)所代替。目前，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵中，幾乎所有好氧發(fā)酵都采用液體深層發(fā)酵法，如、、酸、檸檬酸等大多數(shù)發(fā)酵產(chǎn)品都先后采用此法大量生產(chǎn)。液體深層發(fā)酵的特點(diǎn)是容易按照生產(chǎn)菌種營養(yǎng)要求以及在不同生理時(shí)期對(duì)通氣、攪拌、溫度及ph等的要求，選擇適發(fā)酵工藝條件。但是，液體深層發(fā)酵無菌操作要求高，在生產(chǎn)上防止雜菌污染是個(gè)十分重要的問題。隨著微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，些新的培養(yǎng)方法逐漸產(chǎn)生，并被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)上，如載體培養(yǎng)和兩步法液體深層培養(yǎng)等。
載體培養(yǎng)的特點(diǎn)是用天然或人工合成的多孔材料代替麥麩之類固態(tài)基質(zhì)作微生物生長的載體，營養(yǎng)成分可嚴(yán)格控制。發(fā)酵結(jié)束后，只需將菌體和培養(yǎng)液擠壓出來抽提，載體又可以重新使用。此種培養(yǎng)法適于菌絲豐富的菌種培養(yǎng)。常用的載體為脲烷泡沫塑料。
在酶制劑和氨基酸生產(chǎn)中，由于微生物生長與產(chǎn)物生成的適條件往往有很大差異，常采取兩步法培養(yǎng)將菌體生長條件與產(chǎn)物生成條件區(qū)分開來，利于控制各個(gè)生理時(shí)期的適條件。如在某些氨基酸的二步法生產(chǎn)中，步是屬有機(jī)酸發(fā)酵或氨基酸發(fā)酵，第二步是在微生物產(chǎn)生的某種酶的作用下，把步產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為所需的氨基酸。
3.按投料方式分
按投料方式分，發(fā)酵可分為分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和補(bǔ)料分批發(fā)酵三大類型。
分批發(fā)酵指的是次性投入料液，經(jīng)過培養(yǎng)基滅菌、接種后，在后續(xù)發(fā)酵過程中不再補(bǔ)入料液。
連續(xù)發(fā)酵是在特定的發(fā)酵設(shè)備中進(jìn)行的，在連續(xù)不斷地輸入新鮮無菌料液的同時(shí)，也連續(xù)不斷地放出發(fā)酵液。連續(xù)發(fā)酵又可分為單恒化器連續(xù)發(fā)酵、多恒化器連續(xù)發(fā)酵及帶有細(xì)胞再循環(huán)的單恒化器連續(xù)發(fā)酵。
補(bǔ)料分批發(fā)酵是介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的操作方法，在發(fā)酵過程中次或多次補(bǔ)入含有種或多種營養(yǎng)成分的新鮮料液，以達(dá)到延長產(chǎn)物合成周期、提高產(chǎn)量的目的。
4按菌體的生長、碳源的利用及產(chǎn)物的生成三者的動(dòng)力學(xué)關(guān)系
分按菌體的生長、碳源的利用及產(chǎn)物的生成三者的動(dòng)力學(xué)關(guān)系分，發(fā)酵分為三種類型。
種類型為生長偶聯(lián)型發(fā)酵，特點(diǎn)是菌體的生長、碳源的利用和產(chǎn)物的生成幾乎是平行的，即表現(xiàn)出產(chǎn)物直接和碳源利用有關(guān)。這類型又分為以單純菌體培養(yǎng)為目的和獲得代謝產(chǎn)物為目的的兩種發(fā)酵情況。前者如酵母、蘑菇菌絲、蘇云金桿菌等的培養(yǎng)，終產(chǎn)物是菌體本身，菌體增加和碳源利用平行，且兩者有定量關(guān)系。單細(xì)胞微生物培養(yǎng)時(shí)，菌體增長與時(shí)間的關(guān)系多為對(duì)數(shù)關(guān)系。在酵母生產(chǎn)過程中，為防止過量糖的加入引起酒精產(chǎn)生，常用的辦法就是根據(jù)對(duì)數(shù)生長關(guān)系和菌體產(chǎn)量常數(shù)計(jì)算加糖速度。代謝產(chǎn)物類型指的是產(chǎn)物的積累與菌體生長平行，并與碳源消耗有準(zhǔn)量關(guān)系，如乳酸、酒精、a酮戊二酸等都是碳源的直接氧化產(chǎn)物。
第二種類型為部分生長偶聯(lián)型發(fā)酵，特點(diǎn)是產(chǎn)物不是碳源的直接氧化產(chǎn)物，而是菌體內(nèi)生物氧化過程的主流產(chǎn)物，因而產(chǎn)量較高。發(fā)酵分為兩個(gè)時(shí)期：在個(gè)時(shí)期，菌體生長迅速，而產(chǎn)物生成很少；在第二個(gè)時(shí)期，產(chǎn)物快速生成，生長也可能出現(xiàn)第二個(gè)高峰。碳的利用在菌體高生長期和大產(chǎn)物形成期出現(xiàn)兩個(gè)高峰。
第三種類型為非生長偶聯(lián)型發(fā)酵，特點(diǎn)是產(chǎn)物生成在菌體生長和基質(zhì)消耗完以后才開始，即產(chǎn)物在穩(wěn)定期生成，與生長不相偶聯(lián)，產(chǎn)物合成與碳源利用無定量關(guān)系，產(chǎn)物生成量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳源消耗量。如抗生素、維生素等次代謝產(chǎn)物的發(fā)酵多屬于此類型，但和等次代謝產(chǎn)物的發(fā)酵屬于型發(fā)酵。
此外，依據(jù)代謝產(chǎn)物生物合成與菌體生長關(guān)系的不同，發(fā)酵可以分為初代謝產(chǎn)物發(fā)酵和次代謝產(chǎn)物發(fā)酵；依據(jù)產(chǎn)品的類別不同，發(fā)酵還可以分為抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、維生素發(fā)酵與有機(jī)酸發(fā)酵等。