在正常的情况下，可达到菌体最大比生长速率，然而，由于代谢产物及其基质过浓，而导致抑制作用，出现菌体比生长速率下降的趋势。
当葡萄糖浓度低于100～150g／L，不出现抑制作用；当葡萄糖浓度高于350～500g／L，多数微生物不能生长，细胞出现脱水现象。
就产物的形成来说，培养基过于丰富，有时会使菌体生长过旺，黏度增大，传质差，菌体不得不花费较多的能量来维持其生存环境，即用于非生产的能量大量增加。
所以，在分批发酵中，控制合适的基质浓度不但对菌体的生长有利，对产物的形成也有益处。
这里要着重说明碳源、氮源和无机盐等对发酵的影响及其控制。
⒈碳源对发酵的影响及其控制
碳源，按菌体利用快慢而言，分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。
前者（如葡萄糖）能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并产生分解代谢产物（如丙酮酸等），因此有利于菌体生长，但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用；后者多数为聚合物（也有例外），为菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成，特别有利于延长抗生素的生产期，也为许多微生物药物的发酵所采用。
例如，乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油及半乳糖分别是青霉素、头孢菌素C、盐霉素、核黄素及生物碱发酵的最适碳源。
因此选择最适碳源对提高代谢产物产量是很重要的。
在青霉素的早期研究中，就认识到了碳源的重要性。
在迅速利用的葡萄糖培养基中，菌体生长良好，但青霉素合成量很少；相反，在缓慢利用的乳糖培养基中，青霉素的产量明显增加。
糖对青霉素生物合成的影响见图7-8。
由图可见，糖的缓慢利用是青霉素合成的关键因素。
所以缓慢滴加葡萄糖以代替乳糖，仍然可以得到良好的结果。
这就说明乳糖之所以是青霉素发酵的良好碳源，并不是它起着前体作用，只是它被缓慢利用的速度恰好适合青霉素合成的要求，其他抗生素发酵也有类似情况。
在初级代谢中也有类似情况，如葡萄糖完全阻遏嗜热脂肪芽孢杆菌产生胞外生物素（属同效维生素，vitamer，化学构造及生理作用与天然维生素相类似的化合物）的合成。
因此，控制使用能产生阻遏作用的迅速利用的碳源是非常重要的。
在工业上，发酵培养基中常采用含迅速利用和缓慢利用的混合碳源，就是根据这个原理来控制菌体的生长和产物的合成。
图7-8糖对青霉素生物合成的影响试验
碳源的浓度也有明显的影响。
由于营养过于丰富所引起的菌体异常繁殖，对菌体的代谢、产物的合成及氧的传递都会产生不良的影响。
若产生阻遏作用的迅速利用的碳源用量过大，则产物的合成会受到明显的抑制；反之，仅仅供给维持量的碳源，菌体生长和产物合成就都停止。
所以控制合适的碳源浓度是非常重要的。
如在产黄青霉Wis54-1255发酵中，给以维持量的葡萄糖[其比消耗速率0.022g／（g·h）]，菌的比生长速率和青霉素的比生成速率都为零，所以必须供给适量的葡萄糖，方能维持青霉素的合成速率。
因此，控制适当的碳源浓度，对工业发酵是很重要的。
控制碳源的浓度，可采用经验法和动力学法，即在发酵过程中采用中间补料的方法来控制。
这要根据不同代谢类型来确定补糖时间、补糖量和补糖方式。
动力学方法是要根据菌体的比生长速率、糖比消耗速率及产物的比生成速率等动力学参数来控制。
⒉氮源对发酵的影响及其控制
氮源有无机氮源和有机氮源两类。
它们对菌体代谢都能产生明显的影响，不同的种类和不同的浓度都能影响产物合成的方向和产量。
如谷氨酸发酵，当NH4+供应不足时，就促使形成α-酮戊二酸；过量的NH4+，反而促使谷氨酸转变成谷氨酰胺。
控制适量的NH4+浓度，才能使谷氨酸产量达到最大。
又如在研究螺旋霉素的生物合成中，发现无机铵盐不利于螺旋霉素的合成，而有机氮源（如鱼粉）则有利于其形成。
氮源像碳源一样，也有迅速利用的氮源和缓慢利用的氮源。
前者如氨基（或铵）态氮的氨基酸（或硫酸铵等）和玉米浆等；后者如黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉等蛋白质。
它们各有自己的作用，快速利用的氮源容易被菌体所利用，促进菌体生长，但对某些代谢产物的合成，特别是某些抗生素的合成产生调节作用，影响产量。
如链霉菌的竹桃霉素发酵中，采用促进菌体生长的铵盐浓度，能刺激菌丝生长，但抗生素产量下降。
铵盐还对柱晶白霉素、螺旋霉素、泰洛星等的合成产生调节作用。
缓慢利用的氮源对延长次级代谢产物的生产期、提高产物的产量是有好处的。
但一次投入全量，也容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老而自溶，从而缩短产物的生产期。
综上所述，对微生物发酵来说，也要选择适当的氮源和浓度。
发酵培养基一般是选用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。
如氨基酸发酵用铵盐（硫酸铵或醋酸铵）和麸皮水解液、玉米浆；链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉。
但也有使用单一的铵盐或有机氮源（如黄豆饼粉）。
它们被利用的情况与快速利用和慢速利用的碳源情况相似。
为了调节菌体生长和防止菌体衰老自溶，除了基础培养基中的氮源外，还要在发酵过程中补加氮源来控制其浓度。
生产上采用的方法有如下几种。
⑴补加有机氮源根据产生菌的代谢情况，可在发酵过程中添加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。
如土霉素发酵中，补加酵母粉，可提高发酵单位；青霉素发酵中，后期出现糖利用缓慢、菌浓变稀、pH值下降的现象，补加生理碱性物质的尿素就可改善这种状况并提高发酵单位；氨基酸发酵中，也可补加作为氮源和pH值调节剂的尿素。
⑵补加无机氮源补加氨水或硫酸铵是工业上的常用方法。
氨水既可作为无机氮源，又可调节pH值。
在抗生素发酵工业中，通氨是提高发酵产量的有效措施，如与其他条件相配合，有的抗生素的发酵单位可提高50％左右。
但当pH值偏高而又需补氮时，就可补加生理酸性物质的硫酸铵，以达到提高氮含量和调节pH值的双重目的。
还可补充其他无机氮源，但需根据发酵控制的要求来选择。
⒊磷酸盐对发酵的影响及其控制
磷是微生物菌体生长繁殖所必需的成分，也是合成代谢产物所必需的。
微生物生长良好所允许的磷酸盐浓度为0.32～300mmol／L，但对次级代谢产物合成良好所允许的最高平均浓度仅为1.0mmol／L，提高到10mmol／L，就明显地抑制其合成。
相比之下，菌体生长所允许的浓度比次级代谢产物合成所允许的浓度就大得多，两者平均相差几十倍至几百倍。
因此控制磷酸盐浓度对微生物次级代谢产物发酵来说是非常重要的。
磷酸盐浓度调节代谢产物合成机制，对于初级代谢产物合成的影响，往往是通过促进菌体生长而间接产生的，对于次级代谢产物来说，机制就比较复杂。
磷酸盐浓度的控制，一般是在基础培养基中采用适当的浓度。
对于初级代谢来说，要求不如次级代谢那么严格。
对抗生素发酵来说，常常是采用生长亚适量（对菌体生长不是最适合但又不影响生长的量）的磷酸盐浓度。
其最适浓度取决于菌种特性、培养条件、培养基组成和来源等因素，即使同一种抗生素发酵，不同地区不同工厂所用的磷酸盐浓度也不一致，甚至相差很大。
因此磷酸盐的最适浓度，必须结合当地的具体条件和使用的原材料进行实验确定。
培养基中的磷含量，还可能因配制方法和灭菌条件不同，引起含量的变化。
据报道，利用金霉素链霉菌949（S.aureofaciens949）进行四环素发酵，菌体生长最适的磷浓度为65～70μg／mL，而四环素合成最适磷浓度为25～30μg／mL。
青霉素发酵，以用0.01％的磷酸二氢钾为好。
在发酵过程中，有时发现代谢缓慢的情况，还可补加磷酸盐。
在四环素发酵中，间歇、微量添加磷酸二氢钾，有利于提高四环素的产量。
除上述主要基质外，还有其
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