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第五章 灭菌与空气的净化

　　在工业微生物培养过程中，只允许生产菌存在和生长繁殖，不允许其他微生物共存，因此所有发酵过程，必须进行纯种培养。特别是在种子移植过程、扩大培养过程以及发酵前期，如果杂菌一旦侵入生产系统，就会在短期内与生产菌争夺养料，严重影响生产菌正常生长和发酵作用，以致造成发酵异常。所以整个发酵过程必须牢固树立无菌观念，强调无菌操作。除了设备应严格按规定保证没有死角，没有构成染菌可能的因素外，还必须对培养基和生产环境进行严格的灭菌和消毒，防止杂菌和噬菌体的污染。
　　在好氧发酵时，通入发酵系统的空气，如果夹带有各类其他的微生物，这些微生物便会在培养系统合适的条件下大量繁殖，从而干扰纯种培养过程的正常进行，甚至使培养过程彻底失败导致倒罐，造成严重的经济损失。空气除菌不彻底是发酵染菌的主要原因之一。比如一个通气量为40 m3／min的发酵罐，一天所需要的空气量高达5.76×104 m3，假如所用的空气中含菌量104个／m3，那么一天将有5.76×108个微生物细胞进入发酵系统，这么多杂菌的带入，完全可导致发酵失败。因此，空气的灭菌是好氧培养过程中的一个重要环节。

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第一节　灭菌

1. 灭菌的方法

　　灭菌指利用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质的过程。而消毒是指用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢。消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌则可达到消毒的目的。在发酵工业生产中，为了保证纯种培养，在生产菌种接种培养之前，要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌，还要对生产环境进行消毒，防止杂菌和噬菌体的大量繁殖。只有不受杂菌污染，发酵过程才能正常进行。
　　灭菌的方法有：干热灭菌法，湿热灭菌法，火焰灭菌法，电磁波、射线灭菌法，化学药品灭菌法及过滤除菌法。根据灭菌对象和要求不同选用不同的方法。
　　⒈ 干热灭菌法
　　进行干热灭菌时，微生物细胞发生氧化，微生物体内蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒等作用，其中氧化作用导致微生物死亡是主要依据。由于微生物对干热的耐受力比对湿热强得多，故干热灭菌所需的温度要高，时间要长，一般160～170 ℃，1～1.5 h。实际应用时，对一些要求保持干燥的实验器具和材料可以采用干热灭菌法。
　　⒉ 火焰灭菌法
　　利用火焰直接杀死微生物的灭菌法称为火焰灭菌法。该法方法简单，灭菌彻底，但使用范围有限，仅适用于接种针、玻璃棒、三角瓶口等的灭菌。
　　⒊ 电磁波、射线灭菌法
　　利用电磁波、紫外线、X射线、γ射线或放射性物质产生的高能粒子进行灭菌，以紫外线最常用。紫外线对芽孢和营养细胞都能起作用，但细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线的抵抗力强。紫外线的穿透力低，仅适用于表面灭菌和无菌室、培养间等空间的灭菌，且距照射物不超过1.2 m；对固体物料灭菌不彻底，也不能用于液体物料的灭菌。250～270 nm之间杀菌效率高，以波长在260 nm左右灭菌效率最高。除紫外线外也可利用X射线和γ射线进行灭菌。
　　⒋ 湿热灭菌法
　　利用饱和蒸汽进行灭菌的方法称为湿热灭菌法。其原理是借助于蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。从灭菌的效果来看，由于蒸汽有很强的穿透能力，湿热灭菌对耐热芽孢杆菌来说，温度升高10 ℃时，灭菌速度常数可增加8～10倍，对营养细胞更高。同时，蒸汽来源方便，价格低廉，灭菌效果可靠，是目前最为常用的灭菌方法。一般的湿热灭菌条件为121 ℃，30 min。
　　⒌ 化学药剂灭菌法
　　某些化学药剂能与微生物发生反应而具有杀菌的作用。化学药剂适于生产车间环境的灭菌，接种操作前小型器具的灭菌等。化学药品的灭菌使用方法，根据灭菌对象的不同有浸泡、添加、擦拭、喷洒、气态熏蒸等。下面介绍常用的化学灭菌药剂。
　　⑴ 高锰酸钾　高锰酸钾溶液的灭菌作用是使蛋白质、氨基酸氧化，使微生物死亡，一般用0.1％～0.25％的溶液。
　　⑵ 漂白粉　漂白粉的化学名称是次氯酸盐(次氯酸钠，NaOCl)，它是强氧化剂，也是廉价易得的灭菌剂。它的杀菌作用是次氯酸钠分解为次亚氯酸，后者不稳定，在水溶液中分解为新生态氧和氯，使细菌受强烈氧化作用而导致死亡，对杀死细菌和噬菌体均有效。漂白粉是发酵工业生产环境最常用的化学杀菌剂。但应注意，并非所有噬菌体对漂白粉敏感，因此应该轮流用药。
　　⑶ 75％酒精溶液　75％酒精溶液的杀菌作用在于使细胞脱水，引起蛋白质凝固变性。对营养细胞、病毒、霉菌孢子均有杀死作用，但对细菌的芽孢杀死作用较差。常用于皮肤和器具表面杀菌。
　　⑷ 新洁尔灭　新洁尔灭是表面活性剂类洁净消毒剂。它在水溶液中以阳离子形式与菌体表面结合，引起菌体外膜损伤和蛋白变性。10 min能杀死营养细胞，但对细菌芽孢几乎没有杀灭作用。一般用于器具和生产环境的消毒，不能与合成洗涤剂合用，不能接触铝制品。使用0.25％的溶液。
　　⑸ 甲醛　甲醛(HCHO)是强还原剂，它能与蛋白质的氨基结合，使蛋白质变性，对氨基和蛋白质的变性有较强活性，这是用甲醛作为灭菌剂的根据。使用时可以以2份37％甲醛溶液与1份KMnO4混合，或者将37％甲醛溶液直接加热，产生气态甲醛用于灭菌。甲醛灭菌的缺点是穿透力差。
　　⑹ 过氧乙酸　过氧乙酸是强氧化剂，它是广谱、高效、速效的化学杀菌剂，对营养细胞、细菌芽孢、真菌孢子和病毒都有杀灭作用。一般使用0.02％～0.2％的溶液。
　　⑺ 戊二醛　戊二醛是近几十年来广泛使用的一种广谱、高效、速效的杀菌剂，使用范围将逐渐扩大。在酸性条件下，不具有杀死芽孢的能力，只有在碱性条件下(加入碳酸氢钠或碳酸钠)，才具有杀死芽孢的能力，常用2％的溶液，常用于器具、仪器和工具等灭菌。
　　⑻ 酚类　苯酚作为消毒和杀菌剂已有百年历史，但苯酚毒性较大，易污染环境，且水溶性差，使应用受到限制，而酚类衍生物的使用，扩大了作为消毒剂的使用范围。如甲酚经磺化得到甲酚磺酸，水溶性有所提高，且毒性降低，使用0.1％～0.15％的溶液，作用10～15 min，可杀灭大肠杆菌。
　　⒍ 过滤除菌法
　　利用过滤方法阻留微生物，也可达到除菌的目的，这就是过滤除菌法。此法仅适用于澄清液体和气体的除菌。工业上常用过滤法大量制备无菌空气，供好氧微生物培养过程使用。

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灭菌的原理

　　⒈ 微生物的热阻
　　每一种微生物都有一定的最适生长温度范围，如一些嗜冷菌的最适温度为5～10 ℃(最低限0 ℃，最高限20～30 ℃)；大多数微生物的最适温度为25～37 ℃(最低限为5 ℃，最高限为45～50 ℃)；另有一些嗜热菌的最适温度为50～60 ℃(最低限为30 ℃，最高限为70～80 ℃)。当微生物处于最低限温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质体和酶的基本成分——蛋白质发生不可逆的变化，即凝固变性，使微生物在很短时间内死亡。湿热灭菌就是根据微生物的这种特性进行的。
　　一般无芽孢细菌，在60 ℃下经过10 min即可全部杀灭。而芽孢细菌的芽孢能经受较高的温度，在100 ℃下要经过数分钟至数小时才能杀死。某些嗜热菌能在120 ℃温度下，耐受20～30 min，但这种菌在培养基中出现的机会不多。一般讲，灭菌的彻底与否以能否杀死芽孢细菌为标准。
　　杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。由于一般细菌、芽孢细菌、微生物细胞和微生物孢子，对热的抵抗力不同，因此，它们的致死温度和致死时间也有差别。微生物对热的抵抗力常用“热阻”表示。热阻是指微生物在某一特定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值，表5-1是几种微生物对湿热的相对抵抗力（相对热阻）。可见，细菌的芽孢比大肠杆菌对湿热的抵抗力约大3000000倍。

表5-1　微生物对湿热的相对抵抗力

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⒉ 微生物的热死规律——对数残留定律
　　微生物热死是指微生物受热失活直到死亡。微生物受热死亡主要是由于微生物细胞内酶蛋白受热凝固，丧失活力所致。在一定温度下，微生物受热后，其死活细胞个数的变化如化学反应的浓度变化一样，遵循分子反应速率理论。在微生物受热失活的过程中，微生物不断被杀死，活菌数不断被减少。因此，微生物热死速率可以用分子反应速率来表示，即微生物个数减少的速度与任一瞬间残存的菌数成正比。
　(4-1)
式中　N——培养基中残留活菌数，个；
t——受热时间，min；
k——反应速率常数，也可称比死亡速率常数，min-1。
　　式(4-1)中的反应速率常数k是微生物耐热性的一种特征，它随微生物的种类和灭菌温度而异。在相同的温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。细菌芽孢的k值比营养细胞小得多，即细菌芽孢耐热性比营养细胞大。同一种微生物在不同的灭菌温度下，k值不同，灭菌温度愈低，k值愈小；温度愈高，k值愈大。如硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518在104 ℃，k值为0.0342 min-1，121 ℃时k值为0.77 min-1，131 ℃时k值为15 min-1。因此，提高灭菌温度，k值增大，灭菌时间显著缩短。某些细菌芽孢在121 ℃时的k值见表5-2。

表5-2　121 ℃某些芽孢细菌的k值

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⒊ 培养基灭菌温度的选择
　　在培养基灭菌的过程中，除微生物被杀死外，还伴随着营养成分的破坏。实验证明，在高压加热情况下，氨基酸和维生素极易破坏，仅20 min，就有50％的赖氨酸、精氨酸及其他碱性氨基酸被破坏，蛋氨酸和色氨酸也有相当数量被破坏。因此，必须选择一个既能达到灭菌的目的，又能使培养基中营养成分破坏至最小的灭菌工艺条件。
　　从上述情况可以看出，在热灭菌的过程中，同时发生微生物死亡和培养基成分破坏两个过程。温度均能加速其过程进行的速度，当温度升高时，微生物死亡的速率更快。因此，可以采用较高的温度，较短的灭菌时间，以减少培养基营养成分的破坏，这就是通常所说的“高温瞬时灭菌法”。
　　生产实践亦说明：灭菌温度较高而时间较短，要比温度较低，而时间较长效果好。如对同样的培养基进行126～132 ℃，5～7 min连续灭菌，其所得的培养基的质量要比采用120 ℃，30 min的实罐灭菌好，可以得到较高的发酵水平；又如同一类培养基进行120 ℃，20 min的实罐灭菌，其所得培养基的发酵水平高于120 ℃，30 min的对照，而同样达到灭菌的要求。不同灭菌条件下培养基营养成分的破坏见表5-3。

表5-3　不同灭菌条件下培养基营养成分破坏情况


　　高温灭菌所得培养基的质量比较好，并不意味着连续灭菌比实罐灭菌好。培养基灭菌方法的选择，必须从工艺、设备、操作、成本核算以及培养基的性质等具体条件来考虑决定。

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培养基的灭菌

　　⒈ 培养基湿热灭菌方法
　　⑴ 连续灭菌　连续灭菌也叫连消，其温度一般以126～132 ℃为宜，总蒸汽压力要求达到0.044～0.049 MPa以上。培养基采用连续灭菌时，需在培养基进入发酵罐前，直接用蒸汽进行空罐灭菌（空消），用无菌空气保压，待培养基流入罐后，开始冷却。灭菌时对培养基的加热可采用各种加热器。培养基的冷却方式有喷淋冷却式、真空冷却式、薄板换热器式几种方式，其过程均包括加热、维持和冷却。喷淋冷却优点是能一次冷却到发酵温度。真空冷却只能冷却到一定温度，需在发酵罐中继续冷却，但它可以减少冷却用水，占地面积也少。板式换热器效率高，且利用冷培养基作冷却剂，既冷却了热培养基，又预热了冷培养基，节约用水和蒸汽。图5-1为连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程。连续灭菌的流程如下。

　　图5-1　连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程
　　连续灭菌采用连消塔时，可在20～30 s达到预定灭菌温度，由维持罐来保持必需的杀菌时间。采用喷射杀菌设备，蒸汽直接喷入生培养液，温度几乎立即上升到预定杀菌温度，由保温段管子的长度来保证必要的杀菌时间。采用板式换热器，可在20 s内达到杀菌温度，经保温保持必要的杀菌时间，然后在板式热交换器另一段20 s内冷却到发酵温度。

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㈢ 真核细胞类微生物
⒈ 酵母菌
　　酵母菌 (yeast) 是单细胞真菌, 能发酵糖类，是一类最低等的真核生物。－般用高倍镜（400～600倍）观察其个体细胞形态。如用于面包制作的面包酵母、酒精和酒类生产用的酿酒酵母、石油制品脱蜡用的假丝酵母等。
⒉ 霉菌
　　霉菌 (mould, mold) 是引起物品霉变的丝状真菌, 单细胞或多细胞真核生物。可用低倍或高倍镜观察其个体形态。如酿制小曲酒的根霉菌, 制造豆腐乳的毛霉菌, 生产葡萄糖的曲霉菌, 生产青霉素的青霉菌等。
⒊ 蕈菌
　　蕈菌 (mushroom) 又名伞菌或担子菌，能产生大型肉质子实体的真菌。如蘑菇、香菇、草菇、平菇、木耳、银耳、竹荪等食用菌以及灵芝、云芝、猴头等药用菌。
⒋ 藻类
　　藻类 (algae) 是单细胞或单细胞的聚合体，进行光合作用并产生氧气的一类真核生物。如微星鼓藻、团藻、栅藻等。
⒌ 原生动物
　　原生动物 (protozoan) 个体微小，无真正细胞壁，具运动性，行吞噬营养的单细胞真核生物。如阿米巴、纤毛虫、鞭毛虫等。
　　可见微生物世界中的成员确实是阵容庞大，姿态万千，芸芸众生，各有特色。
　　以上三大类微生物中, 原核生物中的细菌、放线菌，真核生物中的酵母菌、霉菌，以及非细胞生物中的噬菌体, 是在发酵工业上有重要用途或关系密切的微生物, 因而是本书讨论的重点。
二、微生物的特点
㈠ 体积小，面积大
　　常识告诉我们，把一定体积的物体分割得越小，它们的总表面积就越大，物体的表面积和体积之比称为比表面积。如果把人的比表面积值定为1，则大肠杆菌的比表面积值竟高达30万！在采用高密度细胞发酵时，干细胞量竟达到100 g /L，如此一个小体积特大面积的系统是微生物与一切大型生物相区别的关键所在，也是发酵工业飞速发展的关键所在。了解这点，我们就比较容易理解微生物的许多特性了。
㈡吸收多转化快
　　由于微生物的比表面积大得惊人，所以与外界环境的接触面特别大，这非常有利于微生物通过体表吸收营养和排泄废物，“胃口”大得惊人，“排泄”得也特别厉害。而且，微生物的食谱又非常广泛，凡是动植物能利用的营养，微生物都能利用，大量的动植物不能利用的物质，甚至是剧毒的物质，微生物照样可以视为美味佳肴。如大肠杆菌在合适条件下，每小时可以消耗相当于自身重量2000倍的糖，而人体则需要40年之久。
　　我们可以利用微生物这个特性，发挥“微生物工厂”的作用，使大量基质在短时间内转化为大量有用的化工、医药产品或食品，为人类造福，使有害物质化为无害，将不能利用的物质变为可利用。
㈢ 生长旺，繁殖快
　　微生物以惊人的速度“生儿育女”。例如大肠杆菌在合适的生长条件下，12.5～20分钟便可繁殖一代，每小时可分裂3次，由1个变成8个。每昼夜可繁殖72代，由1个细菌变成4.7×1021个（重约4722吨）。经48小时后，则可产生2.2×1043个后代，如此多的细菌的重量约等于4000个地球之重。若干微生物的代时（分裂1次所需的时间）和每日增殖率如表1-1 所示。

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表1-1　若干微生物的世代时间和每日增殖率

微生物名称		代时	每日分裂次数	温度℃	每日增值率
细菌	乳酸菌	38分	38	25	2.7×1011
	大肠杆菌	18分	80	37	1.2×1024
	根瘤菌	110分	13	25	8.2×103
	枯草杆菌	31分	46	30	7.0×1013
	光合细菌	144分	10	30	1.0×103
酿酒酵母		120分	12	30	4.1×103
藻类	小球藻	7小时	3.4	25	10.6
	念珠藻	23小时	1.04	25	2.1
	硅藻	17小时	1.4	20	2.64
草履虫		10.4小时	2.3	26	4.92

　　当然由于种种条件的限制，这是不可能实现的。细菌数量的翻番只能维持几个小时，不可能无限制地繁殖。因而在培养液中繁殖细菌，它们的数量一般仅能达到每毫升1～10亿个，最多达到100亿。尽管如此，它的繁殖速度仍比高等动植物高出千万倍。
　　微生物的这一特性在发酵工业上具有重要意义，可以提高生产效率，缩短发酵周期。

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㈣适应强，易变异
　　微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”具有惊人的适应力，这是高等生物所无法比拟的。例如，多数细菌能耐0～－196 ℃的低温；在海洋深处的某些硫细菌可在250～300 ℃的高温条件下正常生长；一些嗜盐细菌甚至能在饱和盐水中正常生活；产芽孢细菌和真菌孢子在干燥条件下能保藏几十年、几百年甚至上千年。耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射、抗渗透压等特性在微生物中也极为常见。
　　微生物个体微小，与外界环境的接触面积大，容易受到环境条件的影响而发生性状变化（变异）。尽管变异发生的机会只有百万分之一到百亿分之一，但由于微生物繁殖快，也可在短时间内产生大量变异的后代。正是由于这个特性，人们才能够按照自己的要求不断改良在生产上应用的微生物，如青霉素生产菌的发酵水平由最初每毫升20单位上升到目前近10万单位。利用变异和育种得到如此大幅度的产量提高，在动植物育种工作中简直是不可思议的。
㈤ 分布广，种类多
　　虽然我们不借助显微镜就无法看到微生物，可是它在地球上几乎无处不有，无孔不入。85公里的高空、11公里深、水压高达1140大气压的海底、2000米深的地层、近100 ℃的温泉、零下250 ℃的环境下，均有微生物存在，这些都属极端环境。至于人们正常生产生活的地方，也正是微生物生长生活的适宜条件。因此，人类生活在微生物的汪洋大海之中，但常常是“身在菌中不知菌”。
　　微生物聚集最多的地方是土壤，土壤是各种微生物生长繁殖的大本营，任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，不论数量或种类均最多。在肥沃的土壤中，每克土含有20亿个微生物，即使是贫瘠的土壤，每克土中也含有3～5亿个微生物。
　　空气里悬浮着无数细小的尘埃和水滴，它们是微生物在空气中的藏身之地。哪里的尘埃多，哪里的微生物就多。一般来说，陆地上空比海洋上空的微生物多，城市上空比农村上空里的多，杂乱肮脏地方的空气里比整洁卫生地方的空气里的多。人烟稠密、家畜家禽聚居地方的空气里的微生物最多，在160米高空的微生物比5300米处要多100倍。
各种水域中也有无数的微生物，居民区附近的河水和浅井水，容易受到各种污染，水中的微生物就比较多。大湖和海水中，微生物较少。
　　从人和动植物的表皮到人和动物的内脏，也都经常生活着大量的微生物，大肠杆菌在正常情况下，还是人肠道缺少不了的帮手呢！把手放到显微镜下观察，一双普通的手上带有细菌四万到四十万个，即使是一双用清水洗过的手，上面也有近三百个细菌。人们在握手时，将会把许多细菌传播给对方，握手也能传播疾病！幸好大多数微生物不是致病菌。
　　微生物种类繁多，迄今为止，我们所知道的微生物约有10万种，有人估计目前已知的种只占地球上实际存在的微生物总数的20%，微生物很可能是地球上物种最多的一类。微生物资源是极其丰富的，但在人类生产和生活中仅开发利用了已发现微生物种数的1%。

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第二节　几个基本概念

　　工业微生物包括所有工业上常见常用的微生物，技术人员除了善于利用有益的纯种微生物外，还必须会处理工业生产中所涉及的污染与杂菌。有时某些微生物在一种产物生产中是生产菌，不是杂菌；而在另一种产物生产中是杂菌，却不是生产菌。例如产醋酸细菌在生产醋时是生产菌，但它的醋酸化作用却会使啤酒或葡萄酒酸败。因此工业微生物学研究的主要对象包含了细菌（含放线菌）、真菌和噬菌体。
　　生物技术(又称生物工艺学，biotechnology)，有时也称生物工程(bioengineering)，是指“应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂(biocatalyst)的作用，将物料进行加工以提供产品或为社会服务”的技术。生物技术的依据和出发点是生物有机体本身的各种机能，是各类生物在生长、发育与繁殖过程中进行物质合成、降解和转化的能力。一切类型生物的各式各样的生物化学反应又受细胞产生的各种各样的酶所催化，而各类酶的特异结构与功能又受特定的遗传基因所决定。
　　一般认为，生物技术通常包括基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程等四个方面内容，此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术等等都是生物技术范畴的重要内容。现代生物技术实际上是建立在多学科基础之上、涉及面广泛的综合技术，与生物技术直接相关联的学科至少包括分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、医药学等。
　　作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的。在现代微生物学，生物化学和遗传学等基础理论的推动下，逐步形成了一个大有发展前途的新兴工业部门，如抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等工业的迅速崛起，在国民经济的众多领域中发挥了巨大作用。随着科学技术的发展，“发酵”作为一门工程学科的定义不断得到发展和充实。目前，人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。而生物化学上关于发酵的定义是“微生物在无氧时的代谢进程”。因此，发酵工程中的“发酵”已远远超出了生化范畴内关于发酵的定义。
　　发酵工程与化学工程非常接近，化学工程中许多单元操作在微生物工业中得到应用。国外许多学术机构把发酵工程作为化学工程的一个分支，称为“生化工程”。但由于微生物工业是培养和处理活的有机体，所以除了与化学工程有共性外还有它的特殊性。例如：空气除菌系统、培养基灭菌系统等都是微生物工业中所特有的。再如化学工程中，气液两相混合、吸收的设备，仅有通风和搅拌的作用，而通风机械搅拌发酵罐除了上述作用外，还包括复杂的氧化、还原、转化、水解、生物合成以及细胞的生长和分裂等作用，而且还有其严格的无菌要求，不能简单地与气体吸收设备完全等同起来。提取部分的单元操作虽然与化工中的单元操作无明显区别，但为适应菌体与微生物产物的特点，还要采取一些特殊措施并选用合适的设备。简而言之，发酵工程就是化学工程中各有关单元操作结合了微生物特点的一门学科。
　　发酵工程(fermentation engineering，又称微生物工程，microbial engineering)是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展。
　　现代发酵技术一般包括微生物细胞或动植物细胞（含基因重组细胞）的悬浮培养，或利用固定化酶、固定化细胞所做的反应器加工底物（即有生物催化剂参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、温度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。
　　发酵工艺原理（Principals of Fermentation Biotechnology）是一门研究现代发酵技术共性原理的科学，是一门实用性非常强、从实践中来到实践中去的理论。