微生物是發酵工業的靈魂，對微生物控制的發酵過程進行優化，我們要了解發酵罐中微生物的生長反應特性。微生物細胞生長是細胞個體內許多化學反應的綜合結果。這些反應包括合成提供其它反應需要的吉布斯自由能；利用底物合成結構單元，再聚合成大分子物質，供合成細胞所需等。正常情況下，微生物細胞為了確保有序和高效生長，必須將這些反應有機地結合在一起，經濟地分配胞內各代謝途徑的通量。

大腸桿菌是發酵研究中用得最多的微生物。在大腸桿菌生長過程中前人已觀察到下列現象∶

    (1)在大腸桿菌快速生長期間，生物合成的中間體很少滲漏到胞外培養基中，結構單元(氨基酸、核酸等 )的合成速率和聚合形成大分子的速率一致；

    (2)大腸桿菌胞內的大分子物質隨比生長速率而變化。細胞以高比生長速率生長時對蛋白質的需求很高，因此相對于低的比生長速率來說，蛋白質合成系統(PSS) 在細胞中占有很大比例。在低比生長速率下， PSS的利用率很低，其合成和維護對微生物來說是無用的代謝負擔；

    (3)一旦生長培養基中的結構單元足夠，細胞就不再合成這些物質；

    (4)特定的代謝途徑代謝特定的底物，只有底物存在時，細胞才合成相應的酶。例如，只有當乳糖存在時，大腸桿菌才合成b- 半乳糖苷酶將乳糖降解成半乳糖和葡萄糖；

    (5)若兩個不同的底物同時存在于培養基中，細胞先合成能在一種底物上以較高比生長速率生長的酶系，當這種底物消耗完畢，再合成利用另一底物的酶。如大腸桿菌在含有葡萄糖和乳糖的培養基中生長，首先代謝葡萄糖，此生長階段不產生 b -半乳糖苷酶，不能代謝乳糖。當葡萄糖濃度變得很低時，系統合成b-半乳糖苷酶并利用乳糖繼續生長。

    以上觀測結果對其它微生物也具有一定的適用性。由于發酵罐中微生物胞內代謝途徑緊密結合，因此，對全部過程進行建模( 如對特定微生物的生長和產物形成) ，并不需要描述所有獨立的反應。如對微生物生長建模時，可以將所有的代謝途徑混合起來用幾個單一反應來表示，有時甚至用一個反應式就可描述全部的生長過程。

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