ในกระบวนการหมักทางอุตสาหกรรมโดยมาก สิ่งมีชีวิตที่ใช้จะใส่จมไว้ในของเหลว แต่ในบางอย่างเช่น การหมักเมล็ดโกโก้ เมล็ดกาแฟ และการหมักมิโซะ สิ่งที่หมักจะวางไว้ในที่เปียก ๆ ไม่ถึงกับจม[5]มีปัจจัยทางอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่สำคัญต่อกระบวนการหมักยกตัวอย่างเช่น เพื่อป้องกันการปนเปื้อนทางชีวภาพ ของเหลวที่ใช้ในการหมัก อากาศ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องต้องทำให้ปลอดเชื้อการป้องกันฟองสามารถทำได้โดยใช้เครื่องกลหรือสารกันฟองปัจจัยอื่น ๆ อีกเช่นความดัน อุณหภูมิ ความแรงของเครื่องกวน และความหนืด ต้องวัดและควบคุมให้ดี

ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับการหมักอีกอย่างหนึ่งก็คือการขยายสเกลซึ่งก็คือการเปลี่ยนกระบวนการที่ทำในแล็บ ให้ใช้ผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้เพราะว่า เป็นเรื่องที่รู้กันมานานในสาขาจุลชีววิทยาอุตสาหกรรมแล้วว่า กระบวนการที่เป็นไปได้ดีในห้องปฏิบัติการ อาจจะทำได้ไม่ดีหรือไม่ได้เลยถ้าขยายสเกลคือโดยทั่วไปแล้ว จะไม่สามารถนำวิธีการและปัจจัยที่ใช้ในการหมักระดับห้องปฏิบัติการ มาใช้กับอุปกรณ์เครื่องมือระดับอุตสาหกรรมได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลยแม้ว่าจะมีการทดสอบตัวแปรต่าง ๆ ในการหมัก เพื่อที่จะให้เพิ่มสเกลได้ แต่ว่า ไม่มีสูตรอะไรที่ใช้ได้โดยทั่วไป เพราะกระบวนการหมักมีความต่าง ๆ กันถึงอย่างนั้น วิธีการที่สำคัญที่สุดในการปรับสเกลก็คือ การรักษาการใช้พลังงานให้สม่ำเสมอต่อปริมาณของเหลว และการรักษาปริมาตรการถ่ายโอนให้สม่ำเสมอ[2]<-- ข้อมูลจากวิกีอังกฤษเหมือนกับแหล่งอ้างอิง ไม่มีข้อมูลรายละเอียดเพิ่มในเรื่องนี้ -->

ช่วงการขยายพันธุ์ของจุลินทรีย์

การปลูกเชื้อเริ่มขึ้นตั้งแต่ใส่เชื้อลงในของเหลวที่ใช้เพาะเลี้ยงแต่สิ่งมีชีวิตจะไม่เริ่มเจริญขึ้นโดยทันที จะต้องใช้เวลาสักพักหนึ่งช่วงนี้เป็นช่วงการปรับตัวที่เรียกว่า lag phase (ช่วงล้า)[6]ในช่วงต่อมา อัตราการเจริญของสิ่งมีชีวิตจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า log phase หรือ exponential phase (ช่วงการเพิ่มแบบชี้กำลัง)[6]หลังจากนั้น อัตราการเพิ่มจะค่อย ๆ ลดลง เนื่องจากความเข้มข้นของสารอาหารลดลง หรือ/และความเข้มข้นของสารพิษเพิ่มขึ้นซึ่งเรียกว่า deceleration phase (ช่วงลดอัตราเพิ่ม)หลังจากนั้น การเพิ่มขึ้นจะยุติลง และสิ่งเพาะเลี้ยงจะเข้าสู่ช่วง stationary phase (ช่วงคงที่)มวลชีวภาพจะอยู่นิ่ง ยกเว้นถ้ามีสารเคมีสะสมที่สามารถสลายเซลล์ผ่านกระบวนการ chemolysisและถ้าไม่มีจุลินทรีย์อื่นที่มาปนเปื้อน องค์ประกอบสารเคมีก็จะนิ่งเช่นกันแต่ถ้าจุลินทรีย์กินสารอารหารทั้งหมด หรือว่าความเข้มข้นของสารพิษสูงเกินไป เซลล์อาจจะถึงความเสื่อม (senescence) แล้วเริ่มตายดังนั้น แม้ว่ามวลชีวภาพจะไม่ได้ลดลง แต่จำนวนจุลินทรีย์ที่รอดชีวิตอยู่ได้ก็จะมีน้อยลง

ของเหลวที่ใช้หมัก

จุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมัก จะเพิ่มจำนวนขึ้นใน (หรือบน) อาหารเลี้ยงเชื้อที่ทำมาพิเศษ ที่จะให้อาหารตามที่จุลินทรีย์ต้องการแม้ว่าจะมีอาหารหลายประเภท แต่ทุกประเภทจะมีสารที่ให้คาร์บอน ไนโตรเจน น้ำ เกลือ และสารอาหารรอง (micronutrient) อย่างอื่น ๆในการผลิตไวน์ สารอาหารก็คือน้ำองุ่นสดในการผลิตเอทานอลชีวภาพ สารอาหารจะเป็นแหล่งคาร์บอนอะไรบางอย่างที่มีอยู่และไม่แพงเกินไป

แหล่งคาร์บอนโดยปกติแล้ว จะเป็นน้ำตาลหรือคาร์โบไฮเดรตอย่างอื่น ๆ แต่ว่าในการผลิตโดยเปลี่ยนซับสเตรต (เช่นการผลิตน้ำส้มสายชู) แหล่งคาร์บอนอาจจะเป็นแอลกอฮอล์หรืออะไรอย่างอื่น ๆในการหมักขนาดยักษ์ เช่นที่ใช้ในการผลิตเอทานอล จะใช้คาร์โบไฮเดรตที่ไม่แพง เช่น กากน้ำตาล, corn steep liquor ซึ่งเป็นสารละลายจากข้าวโพดมีลักษณะเข้มข้นและเหนียว ๆ และมีทั้งกรดอะมิโน วิตามิน และแร่ธาตุ[7],น้ำอ้อย, หรือน้ำของพืชประเภทบีตรูตที่ใช้ผลิตน้ำตาล เพื่อลดค่าใช้จ่ายแต่ถ้าเป็นการหมักที่ต้องทำอย่างละเอียด ก็อาจจะใช้กลูโคส ซูโครส กลีเซอรีน หรือน้ำตาล ที่บริสุทธิ์ เพื่อช่วยลดความหลากหลาย และให้มั่นใจได้ว่าจะได้ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์สิ่งมีชีวิตที่ใช้ผลิตเอนไซม์ เช่น beta galactosidase, invertase, และ amylase อย่างอื่น ๆ จะเลี้ยงด้วยแป้งแล้วคัดเลือกสิ่งมีชีวิตที่สามารถผลิตเอนไซม์ได้มากที่สุด

แหล่งไนโตรเจนแบบตรึงแล้ว เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิดเพื่อผลิตโปรตีน กรดนิวคลีอิก และองค์ประกอบของเซลล์อย่างอื่น ๆขึ้นอยู่กับสมรรถภาพของระบบเอนไซม์ อาจสามารถให้ไนโตรเจนในรูปแบบโปรตีนที่ยังไม่ได้ย่อย เช่น สารอาหารจากถั่วเหลือง หรือแบบที่ย่อยแล้วเป็นโพลีเปบไทด์ เช่น เพปโทนหรือ tryptone หรือเป็นแอมโมเนียหรือเกลือไนเตรตค่าใช้จ่ายเป็นเรื่องที่สำคัญในการเลือกแหล่งไนโตรเจนนอกจากนั้นแล้ว จำเป็นต้องใช้ฟอสฟอรัสเพื่อผลิตฟอสโฟลิพิดที่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ และเพื่อผลิตกรดนิวคลีอิกแต่จำนวนที่ใช้จะต่าง ๆ กันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของของเหลว ความต้องการของจุลินทรีย์ และเป้าหมายของการหมักยกตัวอย่างเช่น การเพาะเชื้อบางอย่างจะไม่ให้ผลเป็นเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ (เช่นยาปฏิชีวนะ) ถ้ามีฟอสเฟตอยู่[8]

จะมีการใช้แฟกเตอร์การเติบโต (growth factor) และสารอาหารรอง (trace nutrient) ในของเหลวหมักสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถผลิตวิตามินที่จำเป็นได้สารสกัดจากยีสต์ เป็นแหล่งสารอาหารรองและวิตามินที่สามัญที่ใช้สารอาหารอนินทรีย์ รวมทั้งสารอาหารรอง เช่น เหล็ก สังกะสี ทองแดง แมงกานีส โมลิบดีนัม และโคบอลต์ มักจะมีอยู่โดยธรรมชาติในแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนที่ไม่บริสุทธิ์ แต่อาจจะต้องใส่เพิ่มถ้าใช้แหล่งที่บริสุทธิ์การหมักที่เกิดแก๊สเป็นจำนวนมาก หรือต้องใส่แก๊สเพิ่ม มักจะเกิดฟองเพราะว่า ของเหลวที่ใช้หมัก ปกติจะมีโปรตีน เพปไทด์ หรือแป้งที่เสริมฟองเพื่อป้องกันไม่ให้มีฟองหรือไม่ให้มีมาก อาจจะต้องใส่สารกันฟอง (antifoaming agent) เพิ่มอาจจะต้องใช้เกลือบัฟเฟอร์ เช่น คาร์บอเนตหรือหรือฟอสเฟต เพื่อรักษาค่าพีเอชให้อยู่ในระดับดีที่สุดและเมื่อมีไอออนโลหะในระดับเข้มข้น อาจจะต้องใช้สารคีเลตเพื่อลดความเข้มข้นด้วย

ภาชนะหมัก

การหมักระดับอุตสาหกรรมมักจะทำในถังขนาดใหญ่ที่เรียกว่า fermenter หรือ bioreactorขึ้นอยู่กับการหมัก อาจจะมีการเพิ่มแก๊สใส่ของเหลวที่ใช้หมักสำหรับการหมักที่ใช้ออกซิเจน มักจะใช้อากาศธรรมดาเพื่อช่วยการหายใจของเซลล์เพราะมีค่าใช้จ่ายต่ำส่วนการหมักที่ไม่ใช้ออกซิเจน เช่นเพื่อผลิตเอทานอล ไม่จำเป็นต้องเติมอากาศ แต่ต้องกวนบ่อย ๆ เพื่อให้จุลินทรีย์แขวนลอยอยู่ในของเหลวการหมักแบบใช้ออกซิเจน อาจจะทำใช้ภาชนะหลายอย่างได้ เช่น bubble column reactor และแท่นอัด (packed bed) ที่ใช้หยดของเหลวหมักใส่ (เช่นในการผลิตน้ำส้มสายชู)ปกติจะต้องมีการระบายความร้อน เนื่องจากเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตจะสร้างความร้อน