釋義
分批培養法培養基一次性加入反應器後於適當條件下接種，並培養一定時間將反應體系一次性取出的操作方式謂之為分批培養法。以往曾採用平葉輪式培養器，通過攪拌使細胞轉動，但細胞易破碎，通氣受限制，易受污染，經濟效益差。目前主要採用氣升式反應器，其培養過程用通氣代替攪拌，細胞產量高於平葉輪培養器；本培養方法中植物細胞生長規律與微生物相似，隨著細胞增長，培養液營養物質不斷下降。細胞增長過程也分為調整期、對數生長期、轉換期、靜止期及衰老期等階段 。
分批培養過程特點
分批法培養過程的特點是，反應過程中細胞量總是不斷增加，一定時間後達到最大值，生長趨於停止。若再移植繼代培養，則其過程表現出嚴格可重複的周期性變化 在這個周期性變化過程中，以細胞濃度的對數為縱坐標，以培養時間為橫坐標繪製的曲線稱為生長曲線，這就是生物細胞群體從生長到全部死亡的規律，其整個過程可分為調整期、對數生長期、平衡期及衰老期四個階段，無論動植物細胞，還是微生物細胞，分批培養時均嚴格遵循這個規律。
分批培養過程細胞反應動力學
1. 調整期（或遲滯期）
細胞開始培養初期培養液中細胞濃度無顯著增加的一段時間稱為調整期。期間是細胞內酶系適應過程以調節代謝活動的時間，尤其是植物的體細胞及可懸浮培養的動物細胞經消化分散時已受損傷，培養初期尤需經過相當長時間進行調整和適應，並待其產生足夠濃度“傷素”之後，方能開始分裂繁殖。但調整期細胞具有以下特點。
(1)細胞內物質顯著增加，細胞體積增大，如巨大芽孢桿菌培養開始後3.5h至5.5h，其菌體長度由3.4 μm增至19.8 μm；又如E. coli在瓊脂乎板上生長時，前3h長度由1.5 μm增至4.0 μm，隨著生長分裂而減小。
(2)調整期細胞代謝機能非常活躍，E. coli實驗表明，自培養開始至2h末，產生熱量達到最大值。當培養時間在2～3h之間，細胞耗氧量達到最大值。
(3)幼齡細胞抵抗外界理化因素的能力較老齡細胞為低，如在5%NaCl溶液中，接種後1h的E. coli死亡率為14.06%，培養1.5～2.5h後，死亡率增至92．94%；此外，細胞的熱敏感性亦有差異，E． coli於53℃處理25min，菌齡為50min者存活率僅為1%，菌齡7～13h者存活率幾乎不受影響。司樣幼齡菌對紫外線、X一射線及其它理化因素的抵抗力也較差。調整期長短與細胞種質特性有關，幼齡期種子調整期較短，老齡期則較長；同種齡種子接種量越大，調整期越短；若以飢餓狀態種子或接種至營養貧乏培養基中調整期均長；此外，若接種的種質細胞中死細胞比例大，調整期亦長；若種質細胞受熱、輻射及化學試劑損傷，調整期亦相應延長。因此，細胞培養時，應選擇具有優良特性種質細胞並在最適外界條件下培養，以縮短調整期和培養周期，提高生產率。
2．對數生長期(或生長旺盛期)
細胞培養過程，細胞濃度增長的對數與時間基本呈線性關係的生長階段稱為對數生長期，亦有稱為指數生長期者。對數生長期出現於調整期之後，期間群體細胞數以幾何倍數方式增加，即細胞數以2 —2 —2 —2 ……2 方式增殖，其中n為世代數，培養液中細胞濃度增加一倍所歷經的時間稱為世代時間(G)，微生物細胞生長迅速，世代時間短，動植物細胞生長緩慢，世代時間長，如釀酒酵母世代時間平均為1.07～1.39h，菸草細胞為17.3～21.7h，番茄細胞為26.7～49.5h。
在對數生長期細胞數目增加與時間呈線性關係，但若以細胞數目算術值與時間作圖則為一條曲線，不能表示出線性關係；而以細胞數目的對數與時間作圖則呈線性關係，故常用後者表示細胞增長與時間關係。對數生長期的特點是世代時間穩定，細胞保持有規律的高速度生長，即世代時間最短。世代時間長短與細胞種類有關，如假單胞菌世代時間為9.8min，而紅麴黴平均為5.54h，此外動植物細胞生長很慢，其世代時間可達幾十個小時；同時世代時間亦與培養條件有關，培養條件(如溫度、pH值及溶解氧，植物細胞尚有光照等)適宜世代時間短，否則延長；此外，世代時間亦與營養條件有關，營養物濃度適當時，世代時間最短，過低則世代時間延長，過高則可能產生抑制作用，世代時間不能縮短。
3．平衡期(或穩定生長期)
細胞培養至對數期以後，培養液中細胞濃度保持恆定的生長階段謂之平衡期，亦有稱為靜止期者。此階段細胞濃度達到最大值，且隨著時間變化細胞濃度不改變，即在同一時間內細胞繁殖率與死亡率接近相等，達到平衡狀態。此時細胞內初級代謝產物及次級代謝產物開始累積，細胞開始衰老，有芽孢的細菌開始形成芽孢，許多產物如谷氨酸及青黴素等均在此階段產生。平衡期成因在於營養物質消耗程度及毒性代謝物的產生。
4．死亡期(或衰老期)
細胞培養至穩定期後，在同一時間內細胞死亡率大於繁殖的生長階段謂之死亡期，亦有稱為衰亡期或衰老期者。在此階段細胞內顆粒更為明顯，液泡增大，細胞常出現畸型與退化，最後自溶死亡。以上討論為懸浮細胞培養的生長規律，對於用固體培養基進行細胞培養時，只能用測量細胞菌落直徑來觀察其生長狀況，不能用液體培養的測定方法。對於多細胞生物，如黴菌及某些植物細胞以及具有錨地依賴性的動物細胞，培養過程繁殖方式不同，又是多細胞生物，細胞數增長不符合幾何級數關係，不完全符合液體懸浮培養的生長規律，通常經過調整階段及最高生長階段，最後進入衰退階段。
影響比生長速率的因素
在分批培養中，比生長速率 u通常為常數，比生長速率即指細胞生長速度r(g/Lh)與菌體濃度X的比值，即：
分批培養法細胞生長速度系指單位容積於單位時間內細胞的增加量。細胞生長速度與比生長速率均是細胞懸浮培養過程中重要的概念。比生長速率與生物物種有關，生物遺傳性是決定比生長速率大小的重要因素，生物越高等，遺傳信息越多，則比生長速率有越小的傾向。甚至某些微生物菌株比生長速率不是常數。此外，底物濃度、稀釋作用、溫度、pH及離子強度等許多因素對比生長速率都可能產生影響。 討論影響比生長速率的因素，目的在於如何 控制細胞分批培養的最佳條件。
1. 內生及代謝的影響
當底物濃度低至一定程度時，常可觀察到細胞不能發育的現象，此種現象可認為是細胞維持性代謝或其內生性代謝的影響，即細胞為了生存，必然需要消耗一定量的底物，亦是維持細胞代澍過程所需的最低能量。
2．提高限制性底物濃度的影響
限制性底物濃度的變化對比生長速率有一定影響，現以Azotobacter Vine|andii培養過程為例加以說明。當單罐連續培養處於穩態時(如分別為0.10、0.15及0.20 h )，在一定時刻(設此時t=0)將培養液中生長限制性底物(如葡萄糖)濃度從穩態的數含ppm提高1000倍，然後不再添加新鮮培養基，則連續培養方式即轉換為分批培養方式，也即突然解除生長限制性底物的限制作用。
3. 改變稀釋率階段的回響
在以生長限制性底物s維持培養系統(設此時稀釋率為D)達到穩態的某個時刻後，改變稀釋率並使其向D階段過渡，當稀釋率達到D時再實現新的穩態，在達到新的穩態之前出現不穩定態 。
4. 溫度的影響
溫度對細胞體內各種生化反應的速率有很大影響，因而對細胞的生長繁殖速率影響很大。一般動物細胞的培養溫度為31-39℃，植物細胞為25-30℃，微生物則可根據其最適培養溫度分為低溫菌(Psychrophile)、中溫菌(Mesophile)和溫高菌(Thefrnophile)三類。當溫度低時，細胞的生長速率低，隨著溫度升高，細胞生長速率提高，當溫度超出一定範圍時，由於蛋白質等細胞結構物質變性而導致生長速率急速下降，甚至死亡。
5. pH的影響
pH也是影響細胞生長的一個很重要的因素。對於微生物，能進行生長的pH範圍大約3～4個pH單位，最適pH範圍為1～2個pH單位。一般來說，細菌在中性或弱鹼性條件下生長良好，酵母和黴菌喜酸性，而乳酸菌和醋酸菌等則對低pH環境有很好的耐受。動物細胞對pH十分敏感，一般要求pH 7.0--,7.5，培養中要求pH波動小於0.1個pH單位，可通過調節CO流量或滴加氨水來調整培養液的pH值。
6. 溶解氧的影響
許多細胞在培養時需要分子態氧作為電子傳遞過程的最終受體，而氧在培養液中的溶解度又極低，所以好氧培養過程需要不斷向培養液通入空氣。一般來說培養液的溶解氧濃度只要高於臨界濃度就不會影響細胞的呼吸，但對於產品的生產而言，不同的過程對氧的要求也有很大的不同。有的產品的生產要求維持較高的溶氧濃度，而有的產品則只在較低的溶氧濃度下才有較高的產率。所以需要根據生物反應的特點，來控制培養液中的氧濃度，以便得到較高的產品得率 。
