補料分批發酵在最廣泛的意義上被定義為生物技術過程中的一種操作技術，在該過程中，一種或多種營養素（底物）在培養過程中被供給（供應）到生物反應器，并且產品（或多個）保留在生物反應器中 直到運行結束。 該方法的另一種描述是一種培養，其中基礎培養基支持初始細胞培養，并添加補料培養基以防止營養耗盡。 也是一種半分批培養。 在某些情況下，所有營養物質都被送入生物反應器。 補料分批培養的優點是可以將培養液中補料底物的濃度控制在任意所需水平（在許多情況下，處于低水平）。

一般來說，當控制一種（或多種）營養物的濃度影響所需代謝物的產量或生產率時，補料分批培養優于傳統的分批培養。

補料分批培養有效的生物過程類型可歸納如下：

1. 底物抑制[1]

甲醇、乙醇、乙酸和芳香族化合物等營養物質即使在相對較低的濃度下也會抑制微生物的生長。 通過適當添加此類底物，可以縮短滯后時間，顯著降低對細胞生長的抑制作用。

2. 高細胞密度（High cell concentration）[1]

在分批培養中，為了達到非常高的細胞濃度，例如 50-100 g 干細胞/L，培養基中需要高初始濃度的營養素。 在如此高的濃度下，營養物質變得具有抑制作用，即使它們在分批培養中使用的正常濃度下沒有這種作用。

3.葡萄糖效應（Crabtree效應）[1]

在從麥芽汁或糖蜜生產面包酵母的過程中，人們從 1900 年代初就認識到，如果培養液中存在過量的糖分，即使存在足夠的溶解氧 (DO)，也會產生乙醇。 乙醇是細胞產量低的主要原因。 在存在葡萄糖濃度的情況下有氧乙醇形成被稱為葡萄糖效應或克拉布特里效應。 為了減少這種影響，面包酵母生產通常采用分批補料工藝。 在大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的需氧培養物中，當糖濃度高時，乙酸等有機酸（以及少量的乳酸和甲酸）作為副產物產生，這些酸抑制細胞生長并顯示 對代謝活動的惡化影響。 這些酸的形成稱為細菌 Crabtree 效應。

4. 分解代謝抑制[1]

當為微生物提供可快速代謝的碳能源（如葡萄糖）時，細胞內 ATP 濃度的增加會導致酶生物合成受到抑制，從而導致能源的代謝減慢。 這種現象被稱為分解代謝物抑制。 許多酶，尤其是那些參與分解代謝途徑的酶，都受到這種抑制性調節。 克服酶生物合成中分解代謝物抑制的一種有效方法是補料分批培養，其中培養液中的葡萄糖濃度保持較低，生長受到限制，酶生物合成被去抑制。 Penicillium chrysogenum 在青霉素發酵過程中緩慢供給葡萄糖是該類別中的一個典型例子。

5. 營養缺陷型突變體[1]

在采用營養缺陷型突變體（營養需求型突變體）的微生物過程中，所需營養素的過量供應會導致細胞大量生長，而由于反饋抑制和/或終產物抑制，所需代謝物的積累很少。 然而，所需營養物的饑餓會降低細胞生長以及所需代謝物的總產量，因為生產率通常與細胞濃度成正比。 在這樣的生物過程中，可以通過在有限量的所需營養素下培養突變體來最大化所需代謝物的積累。 為了在低濃度所需營養素下培養突變體，以受控速率將其喂入分批培養物。 該技術常用于營養缺陷型突變體的工業氨基酸生產。 一個例子是谷氨酸棒桿菌的需要高絲氨酸或蘇氨酸/甲硫氨酸的突變體缺乏高絲氨酸脫氫酶基因的賴氨酸生產。

6. 具有可抑制啟動子的基因的表達控制

在開放閱讀框上游具有可抑制啟動子的基因的轉錄被所謂的全阻遏物與 DNA 上的操縱子區域的組合所抑制。 當培養液中存在特定的化合物時，細胞中的化合物（或其代謝物）作為共阻遏物與apo-阻遏物（一種轉錄因子）結合形成全阻遏物。