微生物是发酵工业的灵魂，对微生物控制的发酵过程进行优化，我们要了解发酵罐中微生物的生长反应特性。微生物细胞生长是细胞个体内许多化学反应的综合结果。这些反应包括合成提供其它反应需要的吉布斯自由能；利用底物合成结构单元，再聚合成大分子物质，供合成细胞所需等。正常情况下，微生物细胞为了确保有序和高效生长，必须将这些反应有机地结合在一起，经济地分配胞内各代谢途径的通量。
大肠杆菌是发酵研究中用得最多的微生物。在大肠杆菌生长过程中前人已观察到下列现象∶
(1)在大肠杆菌快速生长期间，生物合成的中间体很少渗漏到胞外培养基中，结构单元(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)大肠杆菌胞内的大分子物质随比生长速率而变化。细胞以高比生长速率生长时对蛋白质的需求很高，因此相对于低的比生长速率来说，蛋白质合成系统(PSS) 在细胞中占有很大比例。在低比生长速率下， PSS的利用率很低，其合成和维护对微生物来说是无用的代谢负担；
(3)一旦生长培养基中的结构单元足够，细胞就不再合成这些物质；
(4)特定的代谢途径代谢特定的底物，只有底物存在时，细胞才合成相应的酶。例如，只有当乳糖存在时，大肠杆菌才合成b- 半乳糖苷酶将乳糖降解成半乳糖和葡萄糖；
(5)若两个不同的底物同时存在于培养基中，细胞先合成能在一种底物上以较高比生长速率生长的酶系，当这种底物消耗完毕，再合成利用另一底物的酶。如大肠杆菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长，首先代谢葡萄糖，此生长阶段不产生 b -半乳糖苷酶，不能代谢乳糖。当葡萄糖浓度变得很低时，系统合成b-半乳糖苷酶并利用乳糖继续生长。
以上观测结果对其它微生物也具有一定的适用性。由于发酵罐中微生物胞内代谢途径紧密结合，因此，对全部过程进行建模( 如对特定微生物的生长和产物形成) ，并不需要描述所有独立的反应。如对微生物生长建模时，可以将所有的代谢途径混合起来用几个单一反应来表示，有时甚至用一个反应式就可描述全部的生长过程。
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