發(fā)酵是細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)中最早被人們認(rèn)識和利用的。發(fā)酵技術(shù)在醫(yī)藥、輕工、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使這一技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。

為了提高發(fā)酵生產(chǎn)水平，人們首先考慮的是菌種的選育或基因工程的構(gòu)建。而實(shí)際上，發(fā)酵工藝的優(yōu)化，包括生物反應(yīng)器中的工程問題，也同樣非常重要。

發(fā)酵環(huán)境條件的優(yōu)化發(fā)酵環(huán)境條件的優(yōu)化是發(fā)酵過程中最基本的要求，也是最重要、最難掌握的技術(shù)指標(biāo)。溫度、pH值、溶氧、攪拌轉(zhuǎn)速、氨離子、金屬離子、營養(yǎng)物濃度等的優(yōu)化控制，依據(jù)不同的發(fā)酵而有所不同。同時(shí)，微生物在生長的不同階段、生產(chǎn)目的代謝產(chǎn)物的不同時(shí)期，對環(huán)境條件可能會有不同的要求。因此，應(yīng)該在生物反應(yīng)器內(nèi)，使溫度、pH值、溶氧、攪拌轉(zhuǎn)速等不斷變換，始終為其提供最佳的環(huán)境條件，以提高目的產(chǎn)物的得率。

在發(fā)酵放大實(shí)驗(yàn)中，一般都很注重尋找最佳的培養(yǎng)基配方和最佳的溫度、pH值、溶氧等參數(shù)，但往往忽視了細(xì)胞代謝流的變化。例如：在溶解氧濃度的測量與控制時(shí)，關(guān)心的是最佳氧濃度或其臨界值，而不注意細(xì)胞代謝時(shí)的攝氧率；用氨水調(diào)節(jié)pH值時(shí)，關(guān)心的是最佳pH值，卻不注意添加氨水時(shí)的動(dòng)態(tài)變化及其與其他發(fā)酵過程的參數(shù)的關(guān)系，而這些變化對細(xì)胞的生長代謝卻非常重要。

基于此，華東理工大學(xué)的張嗣良提出了“以細(xì)胞代謝流分析與控制為核心的發(fā)酵工程學(xué)”的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，必須高度重視細(xì)胞代謝流分布變化的有關(guān)現(xiàn)象，研究細(xì)胞代謝物質(zhì)流與生物反應(yīng)器物料流變化的相關(guān)性，高度重視細(xì)胞的生長變化，盡可能多地從生長變化中做出有實(shí)際價(jià)值的分析，進(jìn)一步建立細(xì)胞生長變量與生物反應(yīng)器的操作變量及環(huán)境變量三者之間的關(guān)系，以便有效控制細(xì)胞的代謝流，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化。

補(bǔ)料分批發(fā)酵技術(shù)該技術(shù)可以有效地減少發(fā)酵過程中培養(yǎng)基黏度升高引起的傳質(zhì)效率降低、降解物的阻遏和底物的反饋抑制的現(xiàn)象，很好地控制代謝方向，延長產(chǎn)物合成期和增加代謝物的積累。

所需營養(yǎng)物限量的補(bǔ)加，常用來控制營養(yǎng)缺陷型突變菌種，使代謝產(chǎn)物積累到最大。氨基酸發(fā)酵中采用這種補(bǔ)料分批技術(shù)最普遍，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的代謝調(diào)控。

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