現(xiàn)代意義上的發(fā)酵工程是一個由多學(xué)科交叉、融合而形成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強的開放性的學(xué)科。發(fā)酵工程經(jīng)歷了“農(nóng)產(chǎn)手工加工——近代發(fā)酵工程——現(xiàn)代發(fā)酵工程”三個發(fā)展階段。發(fā)酵工程與傳統(tǒng)相比主要以可再生資源為原料；反應(yīng)條件溫和；環(huán)境污染較少；能生產(chǎn)目前不能生產(chǎn)或通過化學(xué)方法生產(chǎn)困難的性能優(yōu)異的產(chǎn)品；投資較少。
一、手工加工
發(fā)酵工程發(fā)源于家庭或作坊式的發(fā)酵制作（農(nóng)產(chǎn)手工加工），后來借鑒于化學(xué)工程實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)（近代發(fā)酵工程），最后返璞歸真以微生物生命活動為中心研究、設(shè)計和指導(dǎo)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)（現(xiàn)代發(fā)酵工程），跨入生物工程的行列。
二、近代發(fā)酵
原始的手工作坊式的發(fā)酵制作憑借祖先傳下來的技巧和經(jīng)驗生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，體力勞動繁重，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，難以實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。于是，發(fā)酵界的前人首先求教于化學(xué)和化學(xué)工程，向農(nóng)業(yè)化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)習(xí)，對發(fā)酵生產(chǎn)工藝進行了規(guī)范，用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運，以機器生產(chǎn)代替了手工操作，把作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)成功地推上了工業(yè)化生產(chǎn)的水平。發(fā)酵生產(chǎn)與化學(xué)和化學(xué)工程的結(jié)合促成了發(fā)酵生產(chǎn)的第一次飛躍。
三、現(xiàn)代發(fā)酵
通過發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)的幾十年實踐，人們逐步認識到發(fā)酵工業(yè)過程是一個隨著時間變化的（時變的）、非線性的、多變量輸入和輸出的動態(tài)的生物學(xué)過程，按照化學(xué)工程的模式來處理發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)（特別是大規(guī)模生產(chǎn)）的問題，往往難以收到預(yù)期的效果。從化學(xué)工程的角度來看，發(fā)酵罐也就是生產(chǎn)原料發(fā)酵的反應(yīng)器，發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物細胞只是一種催化劑，按化學(xué)工程的正統(tǒng)思維，微生物當然難以發(fā)揮其生命特有的生產(chǎn)潛力。于是，追溯到作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的生物學(xué)內(nèi)核（微生物），返璞歸真而對發(fā)酵工程的屬性有了新的認識。發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認定，使發(fā)酵工程的發(fā)展有了明確的方向，發(fā)酵工程進入了生物工程的范疇。
發(fā)酵生產(chǎn)流程中可分為三個階段：上游工程，中游工程和下游工程。先進行高性能生產(chǎn)菌株的選育；然后在人工或計算機控制的生化反應(yīng)器中進行大規(guī)模培養(yǎng)，生產(chǎn)目的代謝產(chǎn)物；最后收集目的產(chǎn)物并進行分離純化，最終獲得所需要的產(chǎn)品。
1、上游工程包括優(yōu)良種株的選育，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。
2、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)。
3、下游工程指從發(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)（真空干燥和冰凍干事燥等）。
發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域
1、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：基于發(fā)酵工程技術(shù)，開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細胞介素－2、抗血友病因子等。
2、在食品工業(yè)上的應(yīng)用：主要有三大類產(chǎn)品，一是生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生產(chǎn)食品添加劑；三是幫助解決糧食問題。
3、在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：污水處理中微生物的強化。
