Thông thường, do những đặc tính riêng mà các quy trình lên men không giống nhau. Tuy nhiên nhìn chung thì các quy trình này có thể được biểu diễn như sơ đồ ở Hình 2.
Hình 2 Quy trình lên men
Nhìn chung, quy trình lên men gồm 3 giai đoạn chính :
Chuẩn bị trước lên men (Upstream) : gồm 2 nhóm công đoạn: chuẩn bị nguyên liệu và chuẩn bị vi sinh vật.
Đối với nguyên liệu thô, ta cần phải làm sạch, nghiền nhỏ, chuyển thành dạng dung dịch. Nếu nguyên liệu đã được tinh chế ở dạng rắn, ta cũng cần chuyển sang dạng dung dịch. Nếu có yêu cầu khắt khe, ta còn cần phải tiệt trùng nguyên liệu.
Đối với vi sinh vật, ta cần phải chuẩn bị một lượng phù hợp với thể tích làm việc của thiết bị lên men. Điều này gồm nhân giống qua một số bước. Các bước đầu tiên được thực hiện trong phòng thí nghiệm. Bước cuối cùng có thể phải thực hiện tại các thiết bị lên men cỡ nhỏ (pilot).
Lên men thực hiện trên một thiết bị lên men chuyên dụng. Chi tiết của thiết bị này sẽ được đề cập đến tại chương "Thiết bị lên men".
Xử lý sau lên men (Downstream) : Sau khi kết thúc quá trình lên men, ta thu nhận được dịch lên men. Dịch này sẽ được tiếp tục xử lý qua một số công đoạn như:
lọc : để loại các tạp chất không tan,
chuyển về dạng phù hợp (thí dụ chuyển từ dạng axit sang dạng muối),
tinh chế : loại các tạp chất tan trong dịch lên men,
kết tinh : chuyển sản phẩm từ dạng tan sang dạng không tan,
ly tâm : tách riêng sản phẩm (ở dạng rắn) khỏi dịch lên men,