第二章 工业微生物学基础

第二章工业微生物学基础微生物是自然界生态平衡和物质循环中必不可少的重要成员。可把原料转化为人们需要的产品。从生化观点看，微生物是一种生物催化剂，它能促使生物物质转化的进行。从化学工程角度考虑，微生物细胞又可认为是一种及其微小的“反应器”。第一节微生物的特点1体积小，比表面积大2种类多，分布广3生长旺，繁殖快4适应强，易变异（营养缺陷型）第二节工业生产中常见的微生物微生物细胞型非细胞型：如病毒原核微生物：如细菌、放线菌真核微生物：如酵母、霉菌一细菌单细胞生物，分裂繁殖，体积很小，直径约0·5微米，长度约0·5～5微米，有球状、杆状、螺旋状等基本形态。细菌的形态球菌（coccus)杆菌（bacilus)螺旋菌（spirillum)细菌的结构一般结构特殊结构细菌的结构

基本结构细胞壁：肽聚糖，保护细胞膜细胞质核质（拟核）：未成形的细胞核特殊结构荚膜：粘性，保护作用鞭毛：运动器官芽孢：细菌休眠体，对恶劣的环境有抵抗力（核糖体、质粒）（选择透过性）芽孢有些细菌在一定的条件下，细胞里面形成一个椭圆形的休眠体，叫做芽孢。芽孢的壁很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有很强的抵抗力。例如，有的细菌的芽孢，煮沸3小时以后才死亡。芽孢又小又轻，可以随风飘散。当环境适宜（如温度、水分适宜）的时候，芽孢又可以萌发，形成一个细菌菌落：将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面，当它占有一定的发展空间并具有适宜的培养条件时，细胞就会迅速进行生长繁殖，形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团。细菌菌落特征特征：湿润、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致。洛菲24H菌苔：如果将某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，长成的各菌落相互连接成一片，这就是菌苔。二放线菌菌丝：基内菌丝和气生菌丝放线菌菌落特征：干燥、不透明，表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基连接紧密，难以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致，菌落边缘培养基的平面有变形现象。放线菌的菌落A：诺尔斯氏链霉菌；B：皮疽诺卡氏菌；C：酒红指孢囊菌；D：游动放线菌；E：小单胞菌；F：皱双孢马杜拉放线菌放线菌的作用1对自然界物质循环2产生能抑制其它微生物生长的抗生素。抑制作用有选择性（链霉素，阴；四环素，广谱）三酵母菌繁殖方式：无性繁殖和有性繁殖，以无性繁殖为主。有性繁殖：指两个相邻的细胞相互结合形成子囊孢，子囊孢破裂后孢子散出，在适宜条件下，孢子萌发成新菌体。菌落特征与细菌相仿，但菌落较不透明，且颜色比较单调，一般会散发出悦人的酒香味。酿酒酵母菌属假丝酵母菌属（产朊假丝酵母菌和解脂假丝酵母）四返回酵母菌菌落返回四霉菌凡生长在营养基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的，如根霉、毛霉、曲霉、青霉等真菌，统称为霉菌。菌丝：单细胞；多细胞作用：自然界物质循环（分解有机物）；发酵工业生产；发霉变质（黄曲霉）。霉菌的菌落特征与放线菌接近。霉菌的菌落形态较大，质地一般比放线菌疏松，外观干燥不透明，呈现或紧或松的蛛网状，绒毛状或棉絮状；菌落与培养基连接紧密，不易挑取，菌落正反面的颜色和边缘及中心的颜色常不一致。五病毒病毒是比细菌还小，没有细胞结构，不能独立生活但具有遗传变异等生命特征的一类微生物。根据病毒侵染的生物不同分为动物病毒，植物病毒和细菌病毒（噬菌体）。作用：消灭有害菌类和农林害虫；制成疫苗，用于预防疾病。噬菌体的结构噬菌体生活史第三节微生物菌种的分离选育和保藏一、微生物菌种的分离1采样：是根据微生物的生态特点从自然界取样分离所需菌种的过程。2增殖培养：就是给混合菌群提供一些有利于所需菌株生长或不利于其它菌型生长的条件以促使所需菌株大量繁殖，从而有利于分离它们。3纯种分离（划线法和稀释法）4筛选（例：产淀粉酶菌种筛选）二诱变育种变异：可遗传的变化。是微生物产生变种的根源，是育种的基础。

突变自然突变：在自然条件下发生的基因突变，几率很小诱发突变：用各种物理化学因素人工诱发的基因突变，突变律较高。以诱发突变为基础的育种就是诱变育种诱变育种的理论依据生物的遗传物质是DNA，一切诱变剂的作用机制都是引起DNA分子结构的改变，或者具体地说是引起负载在DNA上地遗传物质地基本单位－基因上的碱基对发生改变。这样形成的异常的遗传信息，必然造成某些蛋白质结构变异，从而使细胞的功能发生改变。诱变剂能诱发基因突变并使突变率提高到超过自然水平的物理、化学因子都称为诱变剂。物理诱变剂：紫外线（使DNA链断裂DNA分子内和分子间发生交联）、X射线、γ射线等。化学诱变剂：甲基类似物、烷化剂（亚硝酸）。三原生质体融合技术通过人工的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体（去壁后的细胞）发生融合，并进而发生基因重组以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的杂种细胞的过程，称为原生质体融合。细胞融合有有性（生殖细胞间）和无性（体细胞间）之分。原生质体融合基本过程示意图细胞壁细胞壁溶解细胞膜营养细胞原生质体原生质体融合融合细胞原生质体融合原生质体形成细胞壁再生融合过程原生质体融合的优点1遗传物质的交换没有细胞壁的障碍。2原生质体融合后两亲株的基因组之间有机会发生多次交换。3可以钝化亲株的一方或双方，然后使之融合，在再生菌落中筛选重组子。四、菌种的保藏

1、菌种保藏的目的

使菌种的生命得以延续并保持它们原有的生物学特性。

在基础的研究中，可保证同一菌种在工作过程及工作结束后，均可获得重复的实验结果。对于有经济价值的生产菌，良好的保藏条件可保持其高产、高抗性等优良的性能。对于通过生物工程技术所得的重组菌，则需保持其遗传特性的稳定。2、菌种保藏的基本原理

是根据微生物生理、生化特点，人工地创造条件，使微生物处于代谢不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态。

这些人工造成的环境主要是低温、干燥、缺氧三方面，使菌株尽可能少发生突变，以达到保持纯种的目的。3、菌种保藏的具体方法斜面冰箱保藏法沙土管保藏法石蜡油封保藏法真空干燥冷冻保藏法液氨超低温保藏法第四节微生物的营养微生物从环境获得它们合成自身的细胞物质和提供机体进行各种生理活动所需的能量以及形成代谢物所需的营养物质的全过程，称为微生物的营养。一微生物的营养类型

根据生长所需要的营养物质的性质，可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物，植物属于自养型生物，而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物：依靠光能进行生长动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物光能自养型微生物以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物(如硫化氢)作为供氢体将CO2还原成细胞物质。(同时产生元素硫)光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O

光合色素光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。光能异养型微生物以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。

光能

2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O

光合色素化能自养型微生物

以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源,利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。

这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。

化能异养型微生物

多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。

根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分为下列两种类型：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质。

二微生物的营养基质元素细菌酵母菌霉菌碳5049.847.9

氮1512.45.2

氢86.76.7

氧2031.140.2

磷3——

硫1——微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）

碳源（carbonsource）凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。碳源物质的功能：构成细胞物质；为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）。微生物的碳源谱无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（主要碳源、活性碳源、惰性碳源）、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。

（一）碳源类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3、

CaCO3NaHCO3、CaCO3等微生物的碳源谱

氮源(nitrogensource)

凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。

氮源物质的主要作用是合成细胞物质中含氮物质。主要用来构成菌体细胞中的蛋白质、核酸、酶及各种代谢产物的含氮有机物。有机氮源是培养微生物的理想基质。

微生物的氮源谱见下表

（二）氮源

微生物的氮源谱类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。（三）无机元素无机盐的生理功能

细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）一般功能渗透压的维持（Na+等）生理调节物质酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定无化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能元无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）素酶的激活剂（Cu2+、Mn2+

、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）（四）生长因子在微生物生长发育过程中不可缺少而需要量又极少的一类特殊营养物质，包括维生素，氨基酸，核苷酸等，它们以辅酶或辅基的形式参与菌体生长发育过程的酶促反应。很多微生物可自身合成生长因子，有的还可积累维生素，可利用其生产维生素，像用酵母菌生产维生素B1和B2，很多碳源、氮源的天然成分本身也含有生长因子。人工配制适于微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质称为培养基。由于微生物种类不同，它们所需要的培养基也有所不同，就是对同一菌种，由于使用目的不同，对培养基的要求也不完全一样。三微生物的培养基配制培养基的原则

1.根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基，如自养型微生物的培养基完全可以由简单的无机物质组成。异养微生物的培养基至少需要含有一种有机物质。

按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同，分别称为牛肉膏蛋白胨培养基，高氏1号合成培养基，麦芽汁培养基，查氏合成培养基。

2.注意各种营养物质的浓度与配比

营养物的浓度：在一般情况下，浓度合适的营养物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长的需要。

各营养物质之间的浓度比：培养基中各营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是碳氮比（C／N）（碳氮比一般指培养基中元素碳与元素氮的比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）的影响更为明显。例如在微生物的谷氨酸发酵中，培养基的C／N为4：l时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当C／N为3：1时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增加。3.控制培养基的PH值各类微生物生长的最适pH各不相同，细菌与放线菌生长的pH在7—7.5之间，酵母菌与霉菌生长的pH值在4-5之间。

在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，常会改变培养基的pH值，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要加酸或碱液4.经济节约配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。培养基的种类（一）按培养基的物理状态分类固体培养基：一类以麸皮、米糠、豆饼粉、花生粉等为原料，加入适量的无机盐和水分而进行固体培养用的培养基，如白酒厂酿造厂使用的培养基。另一类是在溶解的培养液中添加某种凝胶剂，如琼脂、明胶，广泛用于微生物的分离鉴定保藏计数及菌落特征的观察。液体培养基：把培养基成分溶解或悬浮在水中进行液体培养的培养基。广泛应用于微生物的培养研究和大规模工业化生产。（二）按培养物质的来源分类天然培养基：动植物组织或微生物的浸出物、水解液等物质以及天然的含有丰富营养的有机物质制成的培养基。配制方便、价格低廉，适于各类异养微生物培养。合成培养基：由已知化学成分及数量的化学药品配置而成，适合于定量研究工作，微生物在其上生长缓慢。半合成培养基：在生产和实验室中使用最多。（三）按培养基的用途分类基础培养基：内含有微生物生长需要的相同的营养物质。鉴别培养基：根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，依靠指示剂的显色反应或其它某种明显的特征性变化，以鉴别不同类微生物的培养基。EMB(EosinMethyleneBlue)培养基中培养大肠杆菌，因其强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体带H+,故可使酸性染料伊红变红，又因伊红与美蓝结合，使菌落呈深紫色。从菌落表面反光还可看到绿色金属闪光。而产酸弱的菌株的菌落呈棕色。不发酵乳酸的菌落无色透明。鉴别肠道细菌的伊红美蓝乳糖培养基（EMB）伊红美蓝(EMB,EosinMethyleneBlue)培养基加富培养基：有利于某种微生物而不适于其它微生物生长而设计的培养基。通过培养达到从自然界分离出某种微生物的目的。（书P24分离石油酵母的培养基）选择培养基：在培养基中加入某种化学物质以抑制不需要菌的生长而保证需要菌的生长，从而在混杂的微生物中选出需要的菌种。一般含有抑菌剂和杀菌剂。四微生物对营养物质的吸收方式：

1单纯扩散

2促进扩散

3主动运输

单纯扩散扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散。

在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化。

物质运输的速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。

扩散是一个不需要代谢能的运输方式，因此，物质不能进行逆浓度运输。膜的特性、膜上含水小孔的大小和形状对被扩散的营养物质分子的种类、大小有一定的选择性，通常分子量小，脂溶性、极性小的营养物质容易吸收。促进扩散在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输被运输的物质有高度的立体专一性促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。促进扩散示意图胞外细胞膜胞内单纯扩散促进扩散浓度梯度运输速率单纯扩散和促进扩散的比较单纯扩散随浓度增加而线性增加，而促进扩散在一定浓度后出现平台

主动运输物质在主动运输的过程中消耗代谢能可以进行逆浓度运输的运输方式需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的立体专一性不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。细胞内细胞外(或细菌周质空间)电子转运1.电子转移能被用来将质子泵出膜外2.质子梯度通过反运输机制将钠离子逐出膜外

3.钠离子与载体蛋白复合物相结合4.溶质结合位点的形状发生改变，而与溶质(如糖和氨基酸)结合5.载体蛋白的构象发生改变，钠离子在膜内释放，随后溶质从载体蛋白解离主动运输的机制：使用质子(H+)和钠离子(Na+)梯度。第五节影响微生物生长发育的因素1温度由于微生物的生长和产物的合成代谢都是在各种酶的催化下进行的，而温度是保证酶活性的重要条件，因此在发酵过程中必须保证稳定而合适的温度环境。温度影响是多方面的，可以对微生物细胞的生长、产物的生成和代谢产生影响。温度和微生物生长的关系温度和微生物生长的关系，一方面在其最适温度范围内，微生物的生长速度随温度的升高而增加；另一方面，处于不同生长阶段的微生物对温度的反应是不同的。

对于同一微生物细胞，细胞生长和代谢产物积累的最适温度也往往是不同的。例如，青霉素产生菌的生长最适温度为30度，而产生青霉素的最适温度为25度；黑曲霉的最适生长温度为37度，而产生糖化酶和柠檬酸的最适温度都是32-34度；谷氨酸生产菌生长的最适温度30-32度，而代谢产生谷氨酸的最适温度却在34-37度。细菌:pH7.0~8.0

放线菌：pH7.0~8.5

酵母菌:pH3.8~6.0

霉菌：pH4.0~6.02pH微生物有最佳生长pH同一微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中也有不同的pH要求，发酵生产中的pH控制尤为重要。例如：黑曲霉在pH2~2.5

范围内有利于产生柠檬酸，在pH2.5~6.5

范围内以菌体生长为主，而在pH7左右时，则以合成草酸为主。微生物在生长过程中培养基pH值可能发生的变化：在含糖和脂肪的基质上生长,会产酸而使pH下降在分解蛋白质和氨基酸时,会产NH3而使pH上升以(NH4)2SO4作N源,会过剩SO4

2-,而使pH下降NaNO3中对NO3-的选择吸收，会过剩Na+

而使pH上升。

维持培养基pH的方法使用磷酸缓冲剂：

K2HPO4/Na2HPO4,H3PO4/NaH2PO4采用“备用碱”：CaCO3

、CaHCO3采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用液氨或盐酸3通气与搅拌1.生化反应器通气与搅拌有两个目的:

①使发酵液充分混合，以便形成均匀的微生物悬浮液，促使底物从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。

②供给微生物和代谢所需的氧气。

好氧性微生物的生长发育和代谢活动都需要消耗氧气，因为好氧性微生物只有氧分子存在情况下才能完成生物氧化作用。因此供氧对需氧微生物是必不可少的，在生物反应过程中必须供给适量无菌空气，才能使菌体生长繁殖和积累所需要的代谢产物。需氧微生物的氧化酶系是存在于细胞内原生质中，因此，微生物只能利用溶解于液体中的氧气。

2.

微生物的临界氧浓度

各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“临界氧浓度”。

不同的微生物的需氧量不同。同一种微生物的需氧量，随菌龄和培养条件不同而异。菌体生长和形成代谢产物的耗氧量也往往不同。

了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量，就可能分别地合理地供氧。事实上并不需要发酵液中氧的浓度达到饱和浓度，只要维持在氧的临界浓度以上即可。因此，应尽可能了解发酵过程中菌的临界氧浓度和发酵产物最多时的临界氧浓度，即菌的生长和发酵产物形成过程中的需氧量，以便分别合理地供给足够氧气。4基质浓度菌体生长速率是基质浓度的函数μ＝μm*cs/(Ks+cs)μm－最大生长比速率，h-1Cs－限制性基质浓度,g/LKs－饱和常数，其值等于生长比速率恰为最大生长比速率一半时的限制性基质浓度。g/L第六节微生物的培养工业微生物培养过程主要有5个不同目的：1以微生物菌体为产品2以微生物酶为产品3为了除去某种物质，如废水的生化处理4以微生物的代谢产物为产品5特定的转化反应过程不同的目的就要用不同的方式培养微生物。.

1）表面培养

表面培养是将纯种微生物接种在固体或液体培养基的表面，在恒温条件下进行静置培养的方法。

如实验室中进行的固体斜面培养、固体平板培养都是表面培养；进行液体培养时，若细胞在液面生长繁殖，形成一层膜状物，也为表面培养。表面培养的特点是生长在培养基表面上的微生物既能与空气接触吸收氧气，又能与培养基接触吸收营养。但是由于表面培养近于自然培养，因此存在生长缓慢，占用面积大，容易染菌等缺点，在大规模工业生产中很少采用，仅在实验室中用得较多。一微生物的培养方法

工业上常用大米、麸皮、米糠、谷壳、木屑等为基本原料，适当补充一些其他营养成分和水分，经灭菌后制成微生物培养基。固体培养基的特点是疏松，在培养基内部充满了空气，因此既可以静置培养，又可以通风培养。固体培养是介于表面培养和深层培养之间的一种培养方式，它的优点是设备简单，投资少，适合于小规模生产。缺点是占地面积大，劳动强度高，产品质量不太稳定。2）固体培养

固体培养法是将纯种微生物接种在固体培养基上。.

3）

液体深层培养

液体深层培养又叫液体通风培养，菌体在液体培养基中处于悬浮状态，导入培养基中的空气通过气液界面进入液相，再扩散进入细胞内部。液体深层培养是在专门的发酵罐中进行的。

它的优点是可以根据微生物在生长过程中对碳源、氮源、生长因子等营养物质及温度、PH值、需氧量等条件的不同需要，合理配制，补加各种营养物质和随时调节温度、PH值和通风量，这就有可能把微生物培养过程的生长、代谢都控制在最佳状态而收到最好的培养效果。

4）载体培养：是近年发展起来兼备固体培养和液体深层培养特点的新的培养方法。其特征是以天然或人工合成的多孔材料代替麸皮之类的固体基质作为微生物生长的载体，营养成分可以严格控制；发酵结束后只需将菌体和培养液挤压出来进行抽提，载体又可重新使用；载体应经得起蒸汽加热和药物灭菌，具有多孔结构，既有足够的表面积，又能允许空气流通，目前以脲烷泡沫塑料块用的最多。

分批培养是一种间歇培养方式，在生物反应器中装入培养基，灭菌，在适当温度下接种，维持一定条件进行培养，接种后，