在激烈的市场竞争中，任何工业过程都面临着以尽量低的成本生产较高价值产品的任务，发酵工业也不例外。一个成功的发酵过程，通常具有下列基本特征：
①发酵罐及其辅助设备的投资额应尽可能低，主要生产设备应具有一定的通用能力，以便在改产其他发酵产品时，只需少量投资即可。
②原料价格低廉，利用率高，且易采购、运输方便、好贮藏。
③所选用的微生物菌株生产能力高，且性能稳定，不易变异。
④易于实现生产过程的自动控制，以节省劳动力和提高生产的安全性。
⑤设备利用率高。
⑥产品提取和分离过程简单、方便、快速、收率高。
⑦充分利用水、动力和热量，以降低生产成本。
⑧建筑物利用率较高，但同时考虑发展余地。
⑨废弃物的排放量应尽量少，以降低废物的处理费用。
以上众多要求表明，成功发酵过程的关键是发挥最大的节约潜力，使产品的生产成本最低。本章首先叙述影响发酵产品成本的主要因素，随后简单介绍发酵生产的经济学问题。
影响发酵产品成本的因素有很多，大体上可分为三部分：一是生产水平方面，包括菌种、设备、发酵工艺、技术水平、人员素质和管理水平等；二是工资、原材料、能源等的波动；三是市场、计划、税收和产业政策等的变化。下面对其中一些主要因素进行扼要分析。
一、菌种
发酵生产的水平首先取决于生产用菌株的性能。菌种的重要性在前面章节已反复提到，在此不再赘述。
实践证明，微生物菌种选育不仅可为发酵工业提供各种类型的突变株，提高发酵生产效率，还可以改进产品质量，除去多余的代谢副产物和合成新的有用的代谢产物。自20世纪50年代以来，生产菌种的选育和改良使抗生素、氨基酸、核苷酸、有机酸、酶制剂、维生素、生物碱、生长激素、脂肪、蛋白质和其他生理活性物质等产品的产量大幅度增长，经济效益显著提高。例如，美国的Panlabs公司在1972～1977年的5年间，通过对生产菌种的改良使产黄青霉的青霉素生产速率由0.76×108U/（m3？h）提高到2.15×108U/（m3？h），葡萄糖对青霉素的转化率YP/S由原来的0.05g青霉素/g葡萄糖提高至0.12g青霉素/g葡萄糖。其结果使发酵设备的生产能力提高了1.83倍，原料（葡萄糖）成本下降了58%，青霉素发酵生产总成本下降了约34%。
二、原材料
在发酵工业中，为了降低生产成本，应当在不影响生产速率和产品质量的前提下，尽可能选用廉价的原材料。一般能够使用工业级的就不使用试剂级；能够用粗制品时就不用精制品。一些廉价的粗制原材料（特别是农副产品和工业副产品）由于含有各种微量元素和生长促进因子，往往比高价的精制原材料更有利于微生物的生长与发酵。当然，也要注意某些粗制原材料中含有一些有害杂质和色素，可能降低发酵产率或增加产品提取与分离工序的困难。
在培养基各组分中，碳源的用量最大，是构成原料成本的主要因素。目前，淀粉和糖蜜等碳水化合物仍然是主要碳源。碳源的价格受种植面积、收获情况和市场需求量等因素的影响较大。在选择碳源种类时，应特别注意供应的稳定性和价格的波动幅度。天然碳源是季节性很强的原材料，需要有一定的贮备量。工厂中大量贮存原材料，不仅需要大容量的仓库，而且还占用着大量流动资金，影响资金的周转。
应该注意的是，在考虑原材料的价格时，必须同时考虑原材料中有效成分的含量。为了便于比较，常引用“碳密度”和“能量密度”的概念，只有当价格/碳密度比或价格/能量密度比较低时，才是真正的廉价碳源。
除价格因素外，选用原材料时还应注意的问题有：
①对于不能直接利用淀粉发酵的微生物，选择价格相对较高的葡萄糖作为碳源时，可省去糖化工序，其投资成本和操作费用比选用淀粉质原料要低。在确定原料时，需考虑原材料、能源消耗、水耗、工资、设备维修与折旧等的综合成本。
②对于纯度要求较高的生物产品，产品提取与分离所占的成本较高，要特别注意培养基成分与产品提取和分离纯化之间的关系。在大多数情况下，采用以葡萄糖为碳源和无机盐为氮源时的精料发酵，有利于产品的提取与分离纯化，其综合生产成本往往比采用粗料发酵时要低。但酒精生产是例外，因为酒精生产采用蒸馏方法提取产品，而这一单元操作过程的能耗主要取决于发酵液中酒精的浓度，与粗料发酵还是精料发酵无关。
③对于耗氧要求较高的发酵，发酵过程的操作能耗较高。选择淀粉、豆饼粉等高分子物质作原料时，培养基黏度较大，溶氧传递困难，易起泡，需降低装料系数，提高通风量和搅拌功率，相应地发酵过程的操作能耗也将增加。
④对于某些微生物发酵，在选择碳、氮源时，要注意快速利用的碳氮源与慢速利用的碳氮源的相互配合，发挥各自的优势，避其所短。在许多情况下，采用慢速利用的碳氮源有利于代谢产物的生成与积累。此外，需要诱导的产物，必须采用特殊的底物作培养基，如纤维素酶的发酵需要纤维素作诱导物。
⑤对于天然原材料，除考虑其主要成分外，还需考虑原材料中其他营养成分对发酵过程的影响。如玉米原料（包括玉米水解糖）含有较为丰富的维生素和矿物质，作为发酵培养基时有利于菌体快速生长。但在许多情况下，菌体的快速生长不利于产物的形成，使最终的产物收得率下降。
⑥对于pH变化较大的发酵过程，在选择原料时要考虑培养基的缓冲作用和中和作用。如氮源选择时可考虑下列因素：流加尿素或氨水可中和代谢过程中的升酸现象；以铵盐作为氮源时可中和代谢过程中所产生的碱性物质；蛋白质或氨基酸作氮源时具有一定的缓冲作用；有时选择合适比例的铵盐和尿素可达到pH基本保持不变的目的。
⑦不同原材料与废弃物处理之间的关系是选择原料时必须考虑的又一因素。原材料中不能被微生物利用的部分将变为废渣和废水。在选择原材料时，必须考虑废渣、废水的综合利用价值、处理设备的投资额和处理过程的操作费用。
三、发酵工艺
发酵工艺对发酵产品的生产成本有一定的影响。合理的发酵工艺，可使微生物菌种的生产能力得到充分的发挥，原材料和动力消耗减少到最低限度，从而降低发酵成本。有三种基本类型的发酵工艺，即分批发酵、补料（或流加）分批发酵和连续发酵。采用不同的发酵方式，对发酵过程的影响有所不同。必须根据发酵过程的具体情况来选择合适的发酵工艺，不同发酵工艺之间的比较。
（一）分批发酵
分批发酵是发酵生产最基本的操作方式之一，其优点是操作简单、技术容易掌握，易于控制杂菌污染和产品质量；缺点是设备利用率较低，不易实现自动控制，培养开始时较高的营养物浓度易导致副产物的形成，此外，底物抑制明显。分批发酵工艺比较适合的场合有：
①发酵过程不存在明显的底物抑制，丰富的营养物浓度不会引起大量发酵副产物的形成，不会降低产物的收得率。在此情况下，采用分批发酵可简化操作过程，易于控制杂菌和保证产品质量。
②发酵周期较长，发酵的不同阶段需分别控制发酵工艺条件（如抗生素发酵）。较长的发酵周期可忽略辅助操作时间对发酵设备利用率的影响，而发酵过程中不同工艺条件的控制在分批发酵条件下最易实现。
（二）补料分批发酵
补料分批发酵又称流加发酵或流加培养。与一般分批发酵比较，补料分批发酵的优点是可将营养物浓度控制在最适微生物生长与代谢的水平，从而消除底物抑制，减少副产物的形成，提高产品的收得率。此外，氮、磷源的流加可用来控制发酵过程的pH变化，减少或免除酸碱的使用。不足之处是发酵开始时发酵设备的装料容积较少，设备利用率有所下降；此外培养基成分的流加需要增加辅助设备，且易带来杂菌污染。补料分批发酵特别适合于存在底物抑制的场合，或营养物浓度高时易导致副产物形成的场合。如青霉素发酵时，葡萄糖过量会促使菌体产生较多的有机酸，使pH下降，需加碱调节。如采用补料分批发酵，糖的供应根据代谢需要流加，则pH较为稳定，不仅碱用量大量减少，同时由于副产物的减少，青霉素的产量可提高25%左右。
（三）连续发酵
连续发酵的优点是生产速率高，设备利用率高，易于实现自动控制，劳动生产率高。缺点是辅助设备多，不易控制杂菌污染和产品质量。此外，对于全混式连续发酵系统，产物抑制明显，因而发酵浓度一般较低。连续发酵比较适合于菌体比生长速率较高和不易杂菌污染的场合，如单细胞蛋白的生产等。下列情况应慎用连续发酵：
①对于活性物质产品（如酶制剂、活性干酵母等），由于连续发酵不易控制产品质量，生产过程易引起产品活性下降，因而不宜采用连续发酵。
②对于发酵过程细胞生长速率较低、pH中性（如某些氨基酸发酵等）的场合，由于极易发生杂菌污染，因而不宜采用连续发酵。
③抗生素等二次代谢产物的发酵，其发酵过程一般需分阶段控制发酵工艺条件，因此，如选择连续发酵工艺，则必须选择多罐串联的连续发酵系统，以利于分别控制。
此外，对于易发生变异与退化的菌株，亦不宜采用连续发酵，否则，会使生产速率迅速下降。
四、生产规模
规模的经济性是每项工程设计必须考虑的一个重要因素。一般情况下，生产规模越大，产品的生产成本越低。在相同发酵工艺和同等发酵生产水平下，单位数量发酵产品的生产成本与发酵装置的容积之间存在经验关系式。
一般地，n=0.6～0.8.由此计算，单个发酵装置的体积每增加10倍，发酵产品的生产成本将下降37%～60%。然而，发酵装置体积的增加受许多条件的限制，在确定具体的生产规模时，还应考虑下列因素：
①设备的混合效果与供氧能力：在单位体积输入功率相同的情况下，机械搅拌发酵罐内液体的混合时间随发酵罐体积的增加而延长。特别是当发酵液十分黏稠的时候，其混合时间的延长更显著，以致罐内出现滞流区而严重影响基质、氧和热量的传递，致使发酵产率下降。
②冷却传热装置：发酵罐的直径为D，其体积正比于D3，表面积正比于D2，因而随着发酵罐体积的增大，表面积与体积之比减小。这对于依靠罐壁冷却传热的发酵罐来说，意味着单位发酵液体积的冷却面积减少。因此，在大型发酵罐内不得不安装冷却蛇管，这样既增加了制造成本，又干扰了罐内液体的混合，还造成清洗和灭菌的困难。
③制造水平与安装运输：装置尺寸的规模还受加工制造和运输安装方面的限制。显然特大型设备只能在生产现场组装，不然就难以在公路上运输。1979年英国ICI公司花了600万英镑从法国定制了一台500m3的SCP发酵罐，罐高80m，当时是通过驳船才运到安装现场的。
④故障风险问题：太大的发酵罐对风险的承受能力较弱，一旦因杂菌污染或其他故障导致倒罐，造成的损失将很大。一般地，对于耗氧发酵，机械搅拌发酵罐的体积宜为100～300m3；通风搅拌发酵罐的体积可适当大些，但一般不宜超过500m3.对于不需通风和染菌风险较少的发酵生产，发酵罐的体积规模主要是考虑热量的传递问题，大的可达1000m3.
在筹建或扩建一个发酵工厂时，除了应考虑单台装置的规模外，还应根据市场需求、原料来源、水、电、汽（煤）的供应和配套、交通运输情况等综合确定工厂的生产规模。
五、能源消耗
能源消耗包括水、电、蒸汽或煤炭等，根据发酵产品的不同，其成本占发酵生产总成本的10%～30%。能源消耗主要由以下几个方面构成。
（一）无菌空气的制备
供应大量无菌空气是耗氧发酵所具有的基本特征。虽然可以通过加热灭菌的方法来获得无菌空气，但由于能耗太大（包括加热和冷却），故不适合在工业生产中应用。将压缩空气通过纤维或颗粒物质过滤，是目前最普通的空气除菌方式。
首先，选用什么样的空气压缩机，应当根据发酵生产所需供气的规模和无菌要求的程度来定。小规模供气，一般选用螺旋式压缩机较为经济，特别是带有变速电机和恒压控制器的无油螺旋式压缩机，由于能根据空气消耗情况自动调节电机的出力，避免了放空，因而适合小规模生产采用。对于大规模供气，则宜采用大容量离心式压缩机，特别是用排汽式蒸汽涡轮驱动的离心压缩机，可以降低无菌空气的制造成本。对于无菌要求较低的发酵，如酵母、单细胞蛋白、醋酸发酵等，由于只需采用一级空气过滤系统，过滤压降较低，一般采用罗茨鼓风机即可。
空气通过过滤器要产生压力降，压力降的大小随过滤介质的不同而异，并与介质的孔隙率成反比，与介质厚度及通过气流的流速成正比。过高的压力降影响空气压缩机进入发酵罐的空气流量，为了满足发酵过程对空气的需求，就必须选择更大的空气压缩机或增加空气压缩机的台数，从而加大设备投资和动力成本。由此可见，适当增加过滤器的面积，减少过滤的压力降，有利于降低无菌空气的制备成本。但是，空气压力降也不是越低越经济，因为增加过滤面积必须加大过滤设备的投资成本，而且过低的空气线速度还会造成过滤效果的下降。
此外，空气过滤器的总操作费用还包括过滤介质的更换费和日常的维修费，因此如何选择性能优良的过滤介质，也是一个不能忽视的节约因素。以纤维膜和微孔膜作过滤介质时，过滤器能在较小的设备空间内安置较大的过滤面积，使空气通过介质的流速下降，加上介质层很薄，从而使空气通过过滤器的压力降显著减少。微孔膜还具有绝对过滤的性质，是现代发酵工厂首选的空气过滤设备。
（二）通风与搅拌
厌氧发酵中，由于代谢时产生的二氧化碳对醪液起着搅拌作用，因而一般不需另设机械搅拌装置，生产成本中也不必考虑通风搅拌项目。但是，在需氧发酵中，通风与搅拌所占的费用是相当大的。
通风与搅拌是相互关联的。对于达到相同的氧传递量来说，增加通风量，可减少搅拌功率；而加大搅拌转速，可相应地减少通风量。因此，最佳的通风比和搅拌转速，应该以两者合计的动力费和设备维修费为最低来确定。而且，在分批发酵的不同时期，由于发酵过程的需氧量有所不同，其最适的通风比和搅拌转速亦有所不同。为此，可采用计算机来计算不同培养时期的最佳通风量和搅拌转速，以求使整个发酵过程运转费用最低。
（三）加热与冷却
发酵生产的能耗主要来自于各工序的加热与冷却。在发酵生产中，需要加热与冷却的工序大体可分为如下几个部分。
①培养基的加热灭菌（包括淀粉质原料的蒸煮糊化），然后冷却到接种温度；
②发酵罐及其辅助设备的加热灭菌与冷却；
③发酵过程中放出的生物反应热，需要用冷却水带走，以保持发酵温度的恒定；
④产品提取、分离纯化、成品加工过程中的蒸发、蒸馏、结晶、干燥等，都需要加热与冷却，有时还需要冷冻。
如何降低发酵生产中各工序加热与冷却过程的能耗，是发酵工作者所面临的一项长期而艰巨的任务。不同发酵产品和不同的生产工艺，节约能耗的方法各有不同，概括起来包括如下几个方面：
①选择合理先进的生产工艺，降低各工序的能耗：一般地，有相变过程（如蒸发、蒸馏等）的能耗远大于无相变过程的能耗，因此，应尽量减少有相变的单元操作过程的液体体积；就操作流程而言，连续过程的能耗一般小于间歇操作的能耗，多级过程的能耗一般小于单级操作的能耗；在固-液分离中，离心分离的能耗远大于过滤分离的能耗；在干燥操作中，对流传热的能耗大于传导传热的能耗等等。
②选择传热效果较好的设备：适当增加传热设备的传热面积，提高传热效果，以减少加热与冷却过程中的热量与冷却水的消耗。当然，提高传热效果的结果往往需增加设备投资和维修费用，这需在二者之间找到平衡点，使能耗费用与设备投资折合的固定成本之和达最小。
③注意热量和水的综合利用：在发酵生产中，在同一时间内，需要加热和冷却的地方很多。如设计合理，可将加热与冷却过程有机地结合起来，大大提高热量和水的综合利用效果，从而降低能耗成本。如酒精生产中的汽相过塔、差压蒸馏、二次蒸汽利用、热泵节能等等。
④菌种改良：从节能方面看，菌种改良包括两个方面，一是选育适合浓醪发酵的菌株（需具有耐高糖、耐高渗、耐高产物浓度等的特性），发酵液产物浓度的提高可降低产品回收的费用；二是耐高温发酵菌株的选育，通过提高发酵温度可大大降低发酵过程中冷却水的用量。
六、设备负荷率与维修
设备负荷率是指设备运转时的输出功率与额定功率之比，或实际运转时间与额定运转时间之比。一般说来，当设备在满负荷的70%以内运转时，维修费用变化不大。可见在此范围内，设备负荷率越高，单位产品的生产成本就越低；负荷率超过70%时，设备的维修费用会有所增加，但由于加工的产品也增加，因而单位产品的生产成本并不会增加；当设备负荷率超过100%，即超负荷运转时，其使用寿命会严重缩短，维修费用也会急剧上升，其结果往往会导致产品生产成本的上升。由此可见，选择合适规模的设备，以保证其在接近满负荷状态下运转，有利于降低产品生产成本。对于维修费用较高的设备，也可考虑在满负荷70%左右运转。
七、产业政策
国家和企业实施的产业政策，如固定资产折旧率、科研经费投入率、国家对企业以及企业对车间的考核政策等，都影响产品的生产成本和经济效益。
固定资产折旧率的高低，决定企业设备的更新改造速度。折旧率高，使企业有足够的资金改造和更新设备，特别是对故障率高、能耗大、自动化程度低的陈旧设备能适时改造与更新换代，从而不断提高产品的生产能力，降低消耗。反之，若折旧率低，或者折旧费挪作他用，则企业设备陈旧，致使滴、漏、跑、冒及故障损失上升，维修费、能耗及工资等增加，并最终导致产品成本增加。
科研投入对企业的生存和发展至关重要。科研投入多，使科技人员能够不断研究和开发新产品、新工艺，加速企业的产品更新和技术改造。而新工艺、新技术的应用，不仅可提高现有设备的生产能力、降低生产成本，同时将提高企业的生产技术水平与市场竞争能力。因此，国家应当在政策上鼓励企业加大科技投入。目前，我国先进发酵企业的科技投入占总销售额的4%左右，许多发达国家制药公司的科技投入占总销售额的10%以上。
