任务3.1 理论基础
培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。良好的培养基应包含微生物生长的各种营养物质，同时还要注意其他微生物生长的影响因素，这样才可使微生物的生长和代谢达到最佳状态。绝大多数微生物都可在人工制成的培养基上生长繁殖，只有极少数寄生或共生微生物，如类支原体、少数寄生真菌等还不能在人工制成的培养基上生长。
培养基含有微生物所需的六大营养要素（水分、碳源、氮源、能源、矿质元素和生长素）和适宜的pH值、渗透压及氧化还原电位等。由于培养基的营养成分丰富，配制过程结束前肯定会带有相当多的其他微生物或者微生物孢子等，因此配制好的培养基必须马上进行灭菌处理，使之达到无菌状态，否则就会杂菌丛生。只有无菌状态的培养基才能使用或保存，不然培养基中的杂菌生长就会干扰培养的目的菌株。
3.1.1 配制培养基的原则
1）目的明确
配制微生物培养基首先要明确培养目的，是要培养微生物，还是为了得到微生物的代谢产物，还是用于发酵，等等，依据不同的目的，才能决定配制何种培养基。
2）经济节约
配制微生物培养基，无论是实验室用途，还是大规模生产用，都应遵循经济节约的原则，尽可能选用来源广泛、价格低廉的原材料。微生物培养基经济节约的原则可以通过“以废代好”“以粗代精”“以纤代糖”“以简代繁”“以国产代进口”等途径实现。
3）营养协调
培养基应满足微生物生长繁殖所需要的一切营养物质，且同时要保障各种营养物质的浓度、比例适当和协调。营养物质浓度过低或者过高都要抑制微生物的生长。
营养物质的搭配问题中，碳氮比（C/N）能够直接影响微生物的生长繁殖及代谢产物的形成与积累。C/N一般是指培养基中碳元素和氮元素的比值，有时也指培养基中还原糖和粗蛋白的含量比值。不同的微生物生长繁殖要求培养基中的C/N不同。如细菌、酵母菌培养基中的C/N最适值大约为5/1，霉菌培养基中的C/N最适值大约为10/1。
培养基中除了C/N以外，还要平衡无机盐的种类和含量，生长因子的添加也应根据培养目的来确定。
4）理化适宜
培养基的配制还应关注pH值、氧化还原电位、渗透压等理化因素的影响，配制培养基的过程中应将这些因素控制在适宜的范围内。
（1）pH值
不同微生物生长都有其适宜的pH值范围，如细菌为7.0～8.0，酵母菌为3.8～6.0，放线菌为7.5～8.5，霉菌为4.0～5.8，等等。微生物在培养基中的生长过程中因代谢产物等原因会不断改变培养基的pH值，调节培养基中pH值的方法有两类：外源调节和内源调节。
外源调节就是根据实际需要不断从外界向培养基中流加酸或碱液以调整培养基pH值的方法。
内源调节有两种办法。一是用磷酸缓冲液进行调节，调节K2HPO4和KH2PO4的浓度比就可以获得pH值6.4～7.2之间的一系列稳定的pH值环境；当上述二者为等摩尔浓度比时，溶液的pH值可稳定在6.8。二是用CaCO3进行调节，它的溶解度很低，不会提高培养基的pH值，当微生物在生长过程中不断产酸时，就可以溶解它，从而发挥其调节培养基pH值的作用。
（2）氧化还原电位
不同微生物对培养基中的氧化还原电位要求不同，好氧微生物生长的Eh（氧化还原势）值为＋0.3～＋0.4V，厌氧微生物只能生长在＋0.1V以下的环境中。在配制厌氧微生物的培养基时常加入适量的还原剂以降低氧化还原电位，常用的还原剂有半胱氨酸、硫化钠、抗坏血酸、铁屑等。
（3）渗透压
多数微生物能够适应渗透压在一定较大幅度内的变化，配制培养基时常加入适量的NaCl以提高渗透压。
3.1.2 培养基的类型及应用
培养基的种类繁多，因科研、生产等考虑的角度不同，可将培养基分成以下类型。
1）根据所需培养的微生物种类区分
根据所需培养的微生物种类可区分为：细菌、酵母菌、放线菌和霉菌培养基。病毒一般是利用生物活体作为培养材料。
常用的异养型细菌培养基是牛肉膏蛋白胨培养基；常用的自养型细菌培养基是无机的合成培养基；常用的酵母菌培养基为麦芽汁培养基；常用的放线菌培养基为高氏Ⅰ号合成琼脂培养基；常用的霉菌培养基为察氏合成培养基。
2）根据培养基组成物质的化学成分区分
根据对培养基组成物质的化学成分是否完全掌握来区分，可以将培养基分为天然培养基、合成培养基和半合成培养基。
（1）天然培养基
天然培养基又称非化学限定培养基，是指利用各种动、植物或微生物体包括用其提取物或以其为基础加工而成的培养基。例如培养细菌常用的牛肉膏蛋白胨培养基（牛肉膏3g，蛋白胨5g，水1000mL）。这种天然培养基成分复杂，且不稳定，难以确切知道其所有的化学成分。天然培养基的优点是营养丰富、来源广泛、配制方便和价格低廉；其缺点是化学成分不清楚、不稳定。天然培养基只适合于一般实验室中菌种培养和工业上提取某些发酵产物。
常见的天然培养基物质来源主要有：鱼粉、麸皮、麦芽汁、玉米粉、马铃薯及各种肉浸膏，等等。
（2）合成培养基
合成培养基又称综合培养基，是指一类化学成分和数量完全清楚的物质构成的培养基，完全用已知化学成分且纯度很高的化学药品配制而成。如培养真菌的察氏培养基（蔗糖30g，K2HPO41g，Mg·SO4·7H2O0.5g，FeSO40.01g，KCl0.5g，NaNO33g，蒸馏水1000mL）。合成培养基的优点是化学成分精确、重复性强；缺点是价格较贵、配制烦琐、微生物生长缓慢。所以合成培养基仅适用于做一些科学研究，例如营养、代谢、生理、生化等对定量要求较高的研究。
（3）半合成培养基
半合成培养基又称半组合培养基，是指在合成培养基中加入某种或几种天然成分；或者在天然培养基中加入一种或几种已知成分的化学药品即成的培养基，如马铃薯蔗糖培养基等。如果在合成培养基中加入琼脂，由于琼脂中含有较多的化学成分不太清楚的杂质，故也只能算是半合成培养基。半合成培养基介于天然培养基与合成培养基之间，是两种培养基之间的过渡产物，又称综合培养基。半合成培养基能适于大多数微生物的生长代谢，且操作简便，来源方便，价格较低。食品发酵生产和实验室中应用的大多数培养基都属于半合成培养基。
3）根据培养基的物理状态区分
根据培养基的物理状态来区分，可以分为固体培养基、液体培养基、半固体培养基和脱水培养基。
（1）液体培养基
液体培养基指配制的培养基是液态的，其中的营养成分基本上溶于水，没明显的固形物。液体培养基营养成分分布均匀，适用于微生物生理代谢研究，也适用于现代化的大规模食品发酵生产和食用菌的规模化快速制种。
（2）固体培养基
呈固体状态的培养基都称为固体培养基。常用作凝固剂的物质有琼脂、明胶、硅胶等，以琼脂最为常用（表3.1）。因为它具备了比较理想的凝固剂的条件：一般不易被微生物所分解和利用；在微生物生长的温度范围内能保持固体状态；培养基透明度好，黏着力强等。琼脂的用量一般为1.5%～2%，明胶的用量一般为5%～12%。有的固体培养基是直接用天然固体状物质制成的，如培养真菌用的麸皮、大米、玉米粉和马铃薯块培养基。还有一些固体培养基是在营养基质上覆盖滤纸或者滤膜等制成的，如用于分离纤维素分解菌的滤纸条培养基。
表3.1 琼脂与明胶的特性对比表
固体培养基在生产实际中应用十分广泛。实验室中常被用来进行微生物的分离、鉴定、计数、保藏和生物测定。在食用菌栽培和食品发酵工业中也常使用固体培养基。
（3）半固体培养基
半固体培养基是指在液体培养基中加入少量的凝固剂而制成的半固体状态的培养基。一般琼脂的用量为0.2%～0.6%。这种培养基有时可用来观察微生物的运动、检测噬菌体效价，有时用来保藏菌种。
（4）脱水培养基
脱水培养基又称脱水商品培养基或者预制干燥培养基，该种培养基在制备过程中营养成分完全，但经过了脱水处理，使用时只要加入适量水分并经灭菌处理即可。脱水培养基具备使用方便、成分精确等优点。
4）根据培养基的功能来区分
根据培养基的功能，培养基可分为基础培养基、加富培养基、选择培养基、鉴别培养基、生产用培养基等。
（1）基础培养基
不同微生物的营养物质虽然有差异，但其所需的基本营养物质是相同的。基础培养基是指含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。基础培养基可作为某些特殊培养基的预制培养基，然后根据特定微生物的特殊营养物质要求，在其中加入所需的特殊营养物质。
（2）加富培养基
加富培养基也称营养培养基，是依据微生物的特殊营养要求，在基础培养基中加入某些特殊营养物质，从而有利于特定微生物快速生长繁殖的一类营养丰富的培养基。如加入血、血清、动植物组织等。加富培养基也可以用来富集和分离微生物，因其含有特殊营养物质，能使特定微生物生长迅速而淘汰其他微生物并逐渐富集而占据优势，所以容易达到分离该种微生物的目的。
（3）选择培养基
选择培养基指根据某一类微生物特殊的营养要求配制而成的，或加入某种物质以杀死或抑制不需要的微生物生长繁殖的培养基。如氯霉素、链霉素等能抑制原核微生物的生长；而灰黄霉素、制霉菌素等能抑制真核微生物的生长；结晶紫能抑制革兰氏阳性细菌的生长等。从某种程度上讲，加富培养基也是一种选择培养基。选择培养基和加富培养基的区别在于，选择培养基一般是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物生长繁殖并达到分离微生物的目的；加富培养基是用来增加所需要分离的微生物的数量，促进其形成生长优势并达到分离微生物的目的。
（4）鉴别培养基
在培养基中加入某种化学药品，使难以区分的微生物经培养后呈现出明显差别，有助于快速鉴别某种微生物，该培养基即称为鉴别培养基（表3.2）。如用以检查饮用水和乳品中是否含有肠道致病菌的伊红美蓝（EMB）培养基。在这种培养基上，大肠杆菌和产气杆菌能发酵乳糖产酸，大肠杆菌形成带有金属光泽的紫色菌落；产气杆菌则形成较大的呈棕色的菌落。
表3.2 常用鉴别培养基特性对照表
（5）生产用培养基
生产用培养基通常分为三种：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。
孢子培养基是用来使微生物产生孢子的培养基。孢子容易保存，不易变异，因此生产上常需要收集优良的孢子作菌种保存。孢子培养基一般是固体，营养不能太丰富，氮源要少，湿度要小。
种子培养基是使孢子萌发，生成大量菌丝体的培养基。该培养基需要营养丰富、全面、容易吸收。种子培养基有固体、液体两种类型。
发酵培养基是积累微生物大量代谢产物的培养基。可根据实际需要添加一些特定成分，如促进剂、抑制剂等。发酵培养基也有固体、液体两种类型。
3.1.3 发酵控制技术
为了控制整个发酵培养微生物的过程，必须了解微生物在发酵过程中的代谢变化规律，也就是通过各种检测方法，测定各种发酵参数如细胞浓度、碳氮源等物质的消耗、产物浓度等随时间变化的情况，以便能够控制发酵过程，使生产菌种的生产能力得到充分发挥。目前生产中较常见的参数主要包括温度、pH值、溶解氧、空气流量、基质浓度、泡沫、搅拌速率等。
1）温度对发酵过程的影响及控制
对微生物发酵来说，温度的影响是多方面的，可以影响各种发酵条件，最终影响微生物的生长和产物形成。
（1）温度对发酵过程的影响
在发酵过程中，温度对微生物本身、微生物酶、培养液的物理特性及代射产物的生物合成等都有影响。
①温度对微生物的影响。各种微生物都有自己最适的生长温度范围，在此范围内，微生物的生长最快。同一种微生物的不同生长阶段对温度的敏感性不同，如延迟期对温度十分敏感，将细菌置于较低温度时，延迟期较长；将其置于最适温度时，延迟期缩短；孢子萌发在一定温度范围内（最低萌发温度→最适萌发温度），随温度升高而缩短；稳定生长期的细菌对温度不敏感，其生长速率主要取决于溶解氧。
②温度对微生物酶的影响。温度越高，酶反应速度越快，微生物细胞代谢加快，产物提前生成。但温度升高，酶的失活也越快，表现出微生物细胞容易衰老，使发酵周期缩短，从而影响发酵过程最终产物的产量。
③温度对微生物培养液的物理性质的影响。改变培养液的物理性质会影响到微生物细胞的生长。例如，温度通过影响氧在培养液中的溶解、传递速度等，进而影响发酵过程。
④温度对代谢产物的生物合成的影响。比如在四环素的发酵过程中，生产菌株金色链霉菌同时代谢产生四环素和金霉素。当温度低于30℃时，金色链霉菌合成金霉素的能力较强；随温度升高，合成四环素的能力也逐渐增强；当温度提高到35℃时，则只合成四环素，而金霉素的合成几乎处于停止状态。
⑤同一菌株的细胞生长和代谢产物积累的最适温度往往不同。如黑曲霉的最适生长温度为37℃，而产生糖化酶和柠檬酸的最适温度都是32～34℃；谷氨酸生长的最适温度为30～32℃，而代谢产生谷氨酸的最适温度为34～37℃。
（2）影响发酵温度的因素
影响发酵温度的因素有发酵热、生物热、搅拌热、蒸发热和辐射热。
①发酵热（Q发酵）。所谓发酵热即发酵过程中释放出来的净热量，以J/（m3·h）为单位，它是由产热因素和散热因素两方面所决定的：
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q显－Q辐射
②生物热（Q生物）。微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热称为生物热。这种热主要来源于营养物质如碳水化合物、蛋白质和脂肪等的分解产生的大量能量。除此之外，在一些代谢途径中，高能磷酸键能可以以热的形式散发出去。
生物热产生的大小有明显的阶段性。在孢子发芽和生长初期，生物热的产生是有限的，当进入对数生长期以后，生物热就大量产生，成为发酵过程热平衡的主要因素。此后生物热的产生开始减少，随着菌体的逐步衰老、自溶，愈趋低落。
③搅拌热（Q搅拌）。在好气发酵中，搅拌带动液体作机械运动，造成液体之间、液体与设备之间发生摩擦，这样机械搅拌的动能以摩擦放热的方式，使热量散发在发酵液中，即搅拌热。搅拌热可以这样估算
Q搅拌＝（P/V）×3600
式中 P/V——通气条件下，单位体积发酵液所消耗的功率，kW/m3；
3600——热功当量，kJ/（kW·h）。
④蒸发热（Q蒸发）。通气时，进入发酵罐的空气与发酵液可以进行热交换，使温度下降。并且空气带走了一部分水蒸汽，这些水蒸汽由发酵液中蒸发时，带走了发酵液中的热量，使温度下降。被排出的水蒸汽和空气夹带着部分显热（Q显）散失到罐外的热量称为蒸发热。
⑤辐射热（Q辐射）。因发酵罐温度与罐外温度不同，即存在着温差，发酵液中有部分热量通过罐壁向外辐射，这些热量称为辐射热。
（3）发酵过程的温度控制
一般来说，接种后应适当提高培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖，而此时发酵的温度大多数是下降的。当发酵液的温度表现为上升时，发酵液的温度应控制在微生物生长的最适温度；到发酵旺盛阶段，温度应控制在低于生长最适温度的水平上，即应该与微生物代谢产物合成的最适温度相一致；发酵后期，温度会出现下降的趋势，直到发酵成熟即可放罐。
在发酵过程中，如果所培养的微生物能承受高一些的温度进行生长和繁殖，对生产是有利的，既可以减少杂菌污染的机会，又可以减少夏季培养中所需要的降温辅助设备。因此，筛选和培育耐高温的微生物菌种具有重要意义。
在生产上，为了使发酵温度维持在一定的范围内，常在发酵设备上安装热交换器，例如采用夹套、排管或蛇管等进行调温。冬季发酵生产时，还需要对空气进行加热。
所谓发酵最适温度是指在该温度下最适于微生物的生长或发酵产物的生成。不同种类的微生物，不同的培养条件以及不同的生长阶段，最适温度也应有所不同。
发酵温度的选择还与培养过程所用的培养基成分和浓度有关。当使用较稀或较容易利用的培养基时，提高温度往往会使营养物质过早耗尽，导致微生物细胞过早自溶，使发酵产物的产量降低。
发酵温度的选择还要参考其他的发酵条件灵活掌握。例如，在通气条件较差时，发酵温度应低一些，因为温度较低可以提高培养液的氧溶解度，同时减缓微生物的生长速度，从而能克服通气不足而造成的代谢异常问题。
2）pH值对发酵过程的影响及控制
（1）pH值对发酵过程的影响
大多数细菌的最适生长pH值为6.5～7.5，霉菌一般为pH值4.0～6.0，酵母菌一般为pH值3.8～6.0，放线菌一般为pH值7.0～8.0，还有一些嗜酸或嗜碱的微生物。微生物生长pH值可以分为最低、最适和最高三种。微生物生长的最适pH值和发酵产物形成的最适pH值往往是不同的。
pH值对微生物的生长繁殖和代谢产物形成的影响主要有以下几方面：第一，pH值会影响菌体的生物活性和形态。第二，pH值影响酶的活性，pH值过高或过低能抑制微生物体内某些酶的活性，使得微生物细胞生长和代谢受阻。第三，pH值的改变往往引起某些酶的激活或抑制，使生物合成途径发生改变，代谢产物发生变化。
（2）发酵过程中pH值的控制
pH值的调节和控制的方法应根据实际生产情况加以分析，再做出选择。pH值调节和控制的主要方法如下。
①调节培养基的原始pH值，或加入缓冲物质，如磷酸盐、碳酸钙等，制成缓冲能力强、pH值变化不大的培养基。
②选用不同代谢速度的碳源和氮源种类及恰当比例，是调控pH值的基础条件。
③在发酵过程中加入弱酸或弱碱进行pH值的调节，合理地控制发酵过程。如果用弱酸或弱碱调节pH值仍不能改善发酵状况时，通过及时补料的方法，既能调节培养液的pH值，又可以补充营养物质，增加培养液的浓度和减少阻遏作用，提高发酵产物的产率，这种方法已在工业发酵过程中收到了明显的效果。
④采用生理酸性盐作为碳源时，由于
被微生物利用后，剩下的酸根会引起发酵液pH值的下降；向培养液中加入碳酸钙可以调节pH值。但需要注意的是，由于碳酸钙的加入量一般都很大，容易杂菌。
⑤在发酵过程中，根据pH值的变化，流加液氨或氨水，既可调节pH值，又可作为氮源。流加尿素作为氮源，同时调节pH值，是目前国内味精厂等食品企业普遍采用的方法。
控制pH值的其他措施还有：改变搅拌转速或通风量，以改变溶解氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢速度；改变温度，以控制微生物代谢速度；改变罐压及通风量，改变溶解CO2浓度；改变加入的消泡油用量或加糖量，调节有机酸的积累量等。
3）溶解氧对发酵过程的影响及控制
发酵工业用菌种多属好氧菌。在好氧性发酵中，通常需要供给大量的空气才能满足菌体对氧的需求；同时，通过搅拌和在罐内设置挡板使气体分散，以增加氧的溶解度。但因氧气属于难溶性气体，故它常常是发酵生产的限制性因素。
（1）溶解氧对发酵过程的影响
好氧性微生物发酵时，主要是利用溶解于水中的氧。不影响微生物呼吸时的最低溶解氧浓度称为临界溶解氧浓度。临界溶解氧浓度不仅取决于微生物本身的呼吸强度，还受到培养基的组分、菌龄、代谢物的积累、温度等其他条件的影响。在临界溶解氧浓度以下时，溶解氧是菌体生长的限制因素，菌体生长速率随着溶解氧的增加而显著增加；达到临界值时，溶解氧已不是菌体生长的限制性因素。过低的溶解氧，首先是影响微生物的呼吸，进而造成代谢异常；但过高的溶解氧对代谢产物的合成未必有利，因为溶解氧不仅为生长提供氧，同时也为代谢供给氧，并造成一定的微生物的生理环境，它可以影响培养基的氧化还原电位。
（2）发酵过程中溶解氧的控制
按照双膜理论，发酵过程中溶解氧的控制涉及的因素比较多，主要因素有：氧的传递速率（N）；溶液中饱和溶解氧浓度（C倡）；溶液主流中的溶解氧浓度（CL）；以浓度差为推动力的氧传质系数（kL）；比表面积（单位体积溶液所含有的气液接触面积，用a表示）。因为a很难测定，所以将kLa当成一项，称为液相体积氧传递系数，又称溶氧系数。
①提高饱和溶解氧浓度的方法。影响饱和溶解氧浓度（C倡）的因素有温度、溶液的组成、氧的分压等。由于发酵培养基的组成和培养温度是依据生产菌种的生理特性和生物合成代谢产物的需要而确定的，因而不可任意改动。但在分批发酵的中后期，通过补入部分灭菌水，降低发酵液的表观黏度，以此改善通气效果。直接提高发酵罐压或向发酵液通入纯氧气来提高氧分压的方法有很大的局限性；而采用富集氧的方法，如将空气通过装有吸附氮的介质的装置，减小空气中的氮分压，经过这种富集氮的空气用于发酵，提高氧分压，是值得深入研究的有效方法。
②降低发酵液中CL的方法。影响发酵液中的CL的主要因素有通气量和搅拌速度等。通过减小通气量或降低搅拌速率，可以降低发酵液中的CL，但发酵液中的CL不能低于C临界，否则，将影响微生物的呼吸作用。因此，在实际发酵生产中，通过降低CL来提高氧传递的推动力，受到很大局限。
③提高液相体积氧传递系数（kLa）的方法。经过长时间的研究和生产实践证实，影响发酵设备的kLa的主要因素有搅拌效率、空气流速、发酵液的物理化学性质、泡沫状态、空气分布器形状和发酵罐的结构等。根据实际生产管理经验，可得出如下基本结论：
a.提高搅拌效率，可提高液相体积氧传递系数（kLa）。
b.适当增加通风量，同时提高搅拌效率，这样，既可加大空气流速，又可减小气泡直径，从而可提高kLa。
c.适当提高罐压并采用富集氧的方法，可提高氧分压，进而提高kLa。
d.在可能的情况下，尽量降低发酵液的浓度和黏度，可提高kLa。
e.采用机械消泡或化学消泡剂，及时消除发酵过程中产生的泡沫，可降低氧在发酵液中的传质阻力，从而提高kLa。
f.采用径高比小的发酵罐或大型发酵罐进行发酵，可提高kLa。
4）基质浓度对发酵过程的影响及补料的控制
（1）基质浓度对发酵的影响
基质的种类和浓度与发酵代谢有密切关系。选择适当的基质和控制适当的浓度，是提高代谢产物产量的重要方法，过高或过低的基质浓度对微生物的生长都将产生不利影响。
基质浓度对产物形成的影响同样很大。高浓度基质会引起碳分解代谢物阻遏现象，并阻碍产物的形成。另外，基质浓度过高，发酵液非常黏稠，传质状况很差，通气搅拌困难，发酵难以进行。因此，现代发酵工厂很多都采用分批补料发酵工艺。分批补料发酵工艺还经常作为纠正异常发酵的一个重要手段。
（2）补料的控制
补料是指发酵过程中补充某些维持微生物的生长和代谢产物积累所需要的营养物质。补料的方式有很多种情况，有连续流加、不连续流加或多周期流加等。
发酵中途补料起到了重要的作用，如丰富了培养基，避免了菌体过早衰老，使产物合成的旺盛期延长；控制了pH值和代谢方向；改善了通气效果，避免了菌体生长可能受到的抑制；发酵过程中因通气和蒸发，使发酵液体积减少，因此补料还能补足发酵液的体积。
补料的物质包括碳、氮、水及其他物质。碳源有葡萄糖、饴糖、蔗糖、糊精、淀粉、作为消泡剂的油脂等；氮源有蛋白胨、花生饼粉、玉米浆、尿素等。
优化补料速率是补料控制中十分重要的一环。因为养分和前体需要维持适当的浓度，而它们则以不同的速率被消耗，所以补料速率要根据微生物对营养物质的消耗速率及所设定的培养液中最低维持浓度而定。
5）泡沫对发酵过程的影响及控制
（1）泡沫对发酵的影响
过多的持久性泡沫会对发酵产生很多不利的影响，主要表现为：使发酵罐的装填系数减少，发酵罐的装填系数（料液体积/发酵罐容积）一般取0.7左右。通常充满余下空间的泡沫约占所需培养基的10%，且配比也不完全与主体培养基相同；造成大量逃液，导致产物的损失；泡沫“顶罐”，有可能使培养基从搅拌轴处渗出，增加了染菌的机会；影响通气搅拌的正常进行，妨碍微生物的呼吸，造成发酵异常，导致最终产物产量下降；使微生物菌体提早自溶，这一过程的发展又会促使更多的泡沫生成；消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦。因此，控制发酵过程中产生的泡沫，是使发酵过程顺利进行和稳定、高产的重要保障。
（2）发酵过程中泡沫的消除与控制
化学消泡是一种使用化学消泡剂进行消泡的方法。其优点是消泡效果好，作用迅速，用量少，不耗能，也不需要改造现有设备，这是目前应用最广的消泡方法。缺点在于可能增加发酵液感染杂菌的机会，也会增加下游工段的负担。
发酵工业上常用的化学消泡剂主要有：天然油脂类，包括花生油、玉米油、菜籽油、鱼油等；聚醚类，包括GPE、PPE、SPE等；醇类，包括聚二醇、十八醇等。
物理消泡法就是利用改变温度和培养剂的成分等方法，使泡沫黏度或弹性降低，从而使泡沫破裂，这种方法在发酵工业上较少应用。
机械消泡就是靠机械力打碎泡沫或改变压力，促使气泡破裂。消泡装置可以安装在罐内或罐外。机械消泡的优点在于不需要引进外界物质，从而减少杂菌的机会，节省原材料和不会增加下游工段的负担；缺点是不能从根本上消除泡沫成因。机械消泡主要装置类型有耙式消泡器、涡轮式消泡器、离心式消泡器等。
6）其他因子的在线控制
除了以上涉及的各种控制措施外，还可以对影响菌体生长和产物形成的某些化学因素进行连续的监测，即在线监测，以保证发酵过程控制在良好的水平上。目前，已发展了许多与此相关的技术。
（1）离子选择性传感器
可以利用离子选择性传感器来测定
的浓度，从而对发酵过程进行监测和控制。然而，这类传感器的不足是对加热蒸汽灭菌极为敏感。
（2）酶电极
选择一种与pH值或与氧变化有关的酶，并将它包埋在pH值电极中或与电极紧密接触的膜上，形成一支酶电极，来测定培养基中一些营养成分的浓度，用于控制发酵。
（3）微生物电极
当前，已经建立了包埋全细胞的微生物电极来进行在线监测，这种微生物电极已应用于糖、乙酸、乙醇等的发酵控制中。
（4）质谱仪
质谱仪能够监测气体分压（O2、CO2等）和挥发性物质（甲醇、乙醇、简单有机酸等），已经在发酵食品等行业中广泛使用，而且全过程的响应时间很短，约10s左右，故可用于在线分析。
（5）荧光计
细胞内的NAD浓度通常是保持恒定的，因此，利用荧光技术测定连续培养系统中细胞内NAD-NADH的水平，就可能有在原位跟踪细胞摄取葡萄糖的效果。最近，人们已研制出一种小型的、能装入发酵器监测NADH且可以灭菌的设备，这种在线监测具有高专一性、强敏感性和稳定性好等特点。
发酵条件和过程控制还包括设备及管道清洗与消毒的控制等。由于发酵罐的容量正在逐步增大，同时工艺越来越复杂，所用的管道也越来越复杂，所以过去的很多清洗方法已不适用，必须采用自动化的喷洗装置等设备。应用较多的是CIP清洗系统，即内部清洗系统。
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