根据培养液的深浅，液体发酵可分为表面培养法和深层培养法。表面培养法是在浅盘中装一薄层培养液，接种后进行表面培养，微生物在液体表面形成一层薄膜，其所需氧来自于空气。在通气设备缺乏时，对一些繁殖快的好氧微生物可用此法。
在早期青霉素发酵和柠檬酸发酵过程中，均使用过浅盘培养。但因存在劳动强度大、生产效率低、产品易污染等缺点，难以推广放大。深层发酵是指在液体培养基内部进行的微生物培养过程。它采用通气搅拌技术，在发酵过程中不断向发酵液中通入无菌空气，以满足微生物的氧需求。由于其发酵周期短，产量高，成为现代发酵工业使用的主要发酵形式。
生物发酵工艺多样，但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精致等几个过程。
一、菌种
微生物在发酵过程中起到催化剂的作用。微生物的性能决定着发酵过程及发酵结果的优势。微生物的性能优良，可确保生产过程操作简单，并得到高产量的目标产物。传统发酵技术应用的是自然界的微生物。而在现代发酵工业中，微生物菌种工作是整个生产过程的核心部分。制备性能优良的菌种，是发酵技术的前提保障。
（一）对工业微生物的要求
尽管微生物工业使用的菌种多种多样，但对大规模生产所用的菌种，一般有如下要求：
1.培养基原料廉价，目的产物产量高；
2.培养条件易于控制，发酵周期较短；
3.抗杂菌和噬菌体的能力强；
4.菌种遗传性能稳定，不易变易和退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，保证安全生产；
（二）工业生产常用的微生物
1.细菌（bacteria）：主要包括枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等。
2.酵母菌（yeast）：主要有啤酒酵母、假丝酵母等，用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及可食用、药用和饲料用 酵母菌体蛋白等。
3.霉菌（mould）：如根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉等，用于生产多种酶制剂、抗生素 、有机酸等。
4.放线菌（actinomycetes）：如链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。
5.担子菌（basidiomycetes）：即通常所说菇类（mushroom）微生物，用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发。
6.藻类（algae）：用作人类保健食品的饲料，如螺旋藻。
二、培养基
培养基是指可供微生物细胞生长繁殖的营养物质。所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源、碳源、氮源、无机盐和微量元素、生长因子，并能为微生物提供除营养外的其他生长所必须的条件（如水、氧气等）。
（一）培养基的类型
培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养基分成多种类型。
1.按成分分类。
2.按物理状态分类。
3.按用途分类。
（二）发酵培养基的成分及来源
发酵培养基的 组成主要包括碳源、氮源、无机盐及微量元素、生长因子、水等。
1. 碳源
碳源是组成培养基的主要成分之一。其主要功能有两个 ：一是为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分，二是为合成目的产物提供所需的碳成分。
在发酵工业中常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低 碳醇等。除此之外，蛋白质水解物或氨基酸等含碳有机物也可被微生物作为碳源使用。
2. 氮源
氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、核酸等）和含氮代谢物，常用氮源可分为有机氮源和无机氮源两大类。
（三）培养基的配制
在进行培养基配制之前，需对培养基原料进行适当的预处理，以确保灭菌的效果及后续生产的顺利进行。原料预处理首先是去除杂质，如小铁钉、泥块、石头等。
然后需将原料粉碎成粉末状，有利于培养基颗粒的 吸水膨胀、糊化，以增加灭菌过程中原料的受热面积，提高热处理效果率，缩短热处理时间。此外，粉末状原料加水混合后易于流动输送。对于一些带壳的原料，如高粱、大麦等 ，在粉碎前，要求先去皮壳后再进行粉碎。
三、培养基及设备的灭菌
现代发酵工业通常采用单一菌种进行纯种发酵，即在发酵过程中，除生产菌种外没有其他杂菌的污染。若污染了杂菌，则将产生以下问题：杂菌的生长造成营养物质的消耗，使得生产菌的生产能力降低；杂菌及其产生的代谢产物增加了发酵产物提取精制的难度；污染的杂菌可能会降解目的产物；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象，导致发酵彻底失败。
为确保整个发酵过程没有杂菌的污染，对发酵培养基和发酵设备须采用适宜方法进行灭菌，对好氧培养中使用的空气也应进行除菌处理；发酵设备应严密并维持正压环境，以防外界微生物的侵入；发酵过程中加入的物料应经过灭菌；接入的种子应未被污染。
（一）灭菌方法
灭菌是指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有的微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子的过程。常用的灭菌方法主要分为物理法和化学法。
（二）培养基的灭菌
培养基含有丰富的营养成分，很容易引起杂菌的污染。在进行发酵生产之前，需杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌环境。
培养基的灭菌通常采用湿热灭菌法。因在高温灭菌的同时，会引起营养成分的破坏 ，还要求灭菌过程尽量减少营养成分的破坏。在发酵工业中，培养基湿热灭菌的操作可分为分批灭菌和连续灭菌。
四、菌种扩大培养
菌种扩大培养又称种子培养，是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养已获得一定数量和质量的纯种的过程。这些纯种培养基成为种子。
菌种扩大培养基的任务是使菌体数量增加，更重要的是获得活力旺盛、接种数量足够的培养物供发酵生产使用。某些发酵过程由于菌种生长速度慢，或发酵规模大，经过一次扩大培养得到的菌种数量尚不足够，需经过多次扩大培养。对于不同产品的发酵过程，必须根据菌种生长繁殖速度快慢决定种子扩大培养基的级数。
（一）种子制备工艺
种子制备一般包括两个过程，即在实验室中大量繁殖种子的过程和在生产车间的种子扩大培养阶段。
五、发酵
发酵是在无菌状态下 对微生物进行纯种培养以大规模生产产物的环节，是整个发酵工程的中心环节。发酵过程除确保所用的培养基和培养设备都经过灭菌，通入的空气或中途补料均无菌，转移种子也采用无菌接种技术外，对发酵罐内部的代谢变化还需进行控制。如菌丝形态、菌浓度、糖含量、氮含量、PH、溶氧浓度和产物浓度等变化比较复杂，特别是次级代谢产物发酵，其影响因素更为复杂。
发酵过程按其操作方式，可分为分批发酵、补料分批发酵等几种方式。
六、下游处理（产品的分离纯化）
一般发酵结束后，要对发酵液或微生物进行分离和提取精致，将发酵产物制成符合要求的成品。这一工序称为下游加工程序，其目的是用适当的方法和手段将含量较低的产物从反应液中提取出来（指胞外产物）或从细胞中（之胞内产物）提取出来，并加以精制以达到规定的质量要求。包括物理方法、化学方法、生物方法等。
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