對於產生胞外產物的發酵液，可以很方便地進行預處理和固液分離，獲得澄清濾液，然後繼續進行提取和純化。然而，微生物的代謝產物並非都是分泌型的，許多微生物代謝產物在發酵過程中不能分泌到胞外的培養液中，而保留在細胞內。分離胞內產物時，首先需要收集細胞體，進行細胞破碎，使產物得以釋放到液相中，才能進一步分離純化。
一、微生物細胞破碎
細胞破碎主要采用各種機械破碎法和化學破碎法，或者兩種方法相互結合。化學破碎又稱化學滲透，利用化學或生化試劑（酶）改變細胞壁或細胞膜的結構，增大胞內物質的溶出，或者完全溶解細胞壁，形成原生質體後，在滲透壓作用下使細胞膜破裂而釋放胞內物質。
二、固液分離
培養基、發酵液、某些中間產品和半成品等都需進行固液分離。發酵液固液分離的方法主要是離心分離和過濾。不同性狀的發酵液應選擇不同的固液分離方法與設備，如黴菌和放線菌為絲狀菌，體形較大，其發酵液大多采用過濾方法處理；而細菌和酵母菌為單細胞，體形較小，外形尺寸大多在1~10μm，其發酵液一般采用高速離心機分離。但若對其發酵液采用適當的方法進行預處理，則細菌和酵母菌發酵液也可采用過濾方法進行固液分離，如菌體較小的氨基酸發酵液，采用絮凝和添加助濾劑等方法進行預處理後可用板框過濾機或帶式過濾機進行菌體分離。
（一）離心分離
離心分離在發酵工業中的應用十分廣泛，從啤酒和果酒的澄清、酵母發酵醪濃縮、穀氨酸結晶的分離，以及各種發酵液的菌體分離和流感、肝炎疫苗及幹擾素生產等都大量使用各種類型的離心分離方法。與其他固液分離法比較，離心分離具有分離速率快、分離效率高、液相澄清度好等優點；缺點是設備投資高、能耗大，此外連續排料時，固相幹度不如過濾設備。
一些菌體細胞的大小和離心操作條件。主要的離心設備包括碟片式離心機、管式離心機和傾析式離心機。
（二）過濾
根據過濾機製的不同，過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾。澄清過濾所用的過濾介質為矽藻土、砂、顆粒活性炭、玻璃珠、塑料顆粒等，填充於過濾器內即構成過濾層；也有用燒結陶瓷、燒結金屬等組成的成型顆粒濾層。當懸浮液通過濾層時，固體顆粒被阻攔或吸附在濾層的顆粒上，使濾液得以澄清。澄清過濾適合固體含量少於0.1g/100mL、顆粒直徑在5~100μm的懸浮液的過濾分離。
在濾餅過濾中，過濾介質為濾布，包括天然或合成纖維織布、金屬織布，以及氈、石棉板、玻璃纖維紙、合成纖維等無紡布。當懸浮液通過濾布時，固體顆粒被濾布所阻攔逐漸形成濾餅，當濾餅至一定厚度時即起過濾作用，此時即可獲得澄清的濾液。在濾餅過濾過程中，懸浮液本身形成的濾餅起著主要的過濾作用。此種方法適合固體含量大於0.1g/100mL的懸浮液的過濾分離。
目前，常用的過濾設備主要有板框過濾機、真空轉鼓過濾機和矽藻土過濾機。