W fermentacji prowadzonej na skalę przemysłową stosowane są żywe kultury komórkowe w celu wyprodukowania żądanych produktów chemicznych. Kultury komórkowe są zazwyczaj optymalizowane przy pomocy metod badań przesiewowych, metod kierowanej ewolucji lub metod rekombinacyjnych. Celem zawsze jest zwiększenie wydajności produkcji żądanego enzymu, białka lub metabolitu małocząsteczkowego.
Kontrola zmiennych procesowych takich jak stężenie pożywki i stężenie tlenu rozpuszczonego, pH i temperatura przyspiesza wzrost komórek lub produkcję żądanego związku chemicznego w odpowiednim czasie. Ale ponieważ jest to żywy układ, w którym jednocześnie i równolegle zachodzi wiele skomplikowanych procesów, istnieje ryzyko występowania zmienności w poszczególnych cyklach, jeśli chodzi o uzysk produktu i jego jakość.
Wdrażanie technologii analizy procesowej do monitorowania procesu fermentacji napotykało do tej pory pewne problemy ze względu na duże znaczenie zapobiegania zanieczyszczeniu populacji komórek. Postęp procesu fermentacji jest zazwyczaj wnioskowany w oparciu o modele wzrostu komórek oraz wyniki stosunkowo prostych pomiarów mętności i innych pomiarów pośrednich – włącznie z okresowym pobieraniem próbek i ich badaniem w celu potwierdzenia, że parametry procesu mieszczą się w granicach wartości dopuszczalnych. Ostatnio pojawiły się zaawansowane technologie pomiarowe pozwalające monitorować skomplikowane systemy komórkowe i różne rozpuszczone chemikalia – w tym równocześnie substraty i produkty – bezpośrednio w medium procesowym znajdującym się w fermentorze.
Monitorowanie w czasie rzeczywistym stężenia kluczowych substratów reakcji – a nawet stężenia produktu, gdy metabolit jest uwalniany z komórki do medium procesowego – można prowadzić z łatwością, korzystając z pomiarówReactIR in situ.
Bezpośrednie monitorowanie in situ populacji komórek jest w tej chwili również możliwe przy pomocy technologii FBRM – w czasie rzeczywistym uzyskuje się informacje o względnej liczności komórek, wielkości komórek z możliwością detekcji agregacji i flokulacji – uzyskaną cenną wiedzę dotycząca kinetyki wzrostu komórek można wykorzystać do optymalizacji procesu, a nawet do sterowania fermentacją w czasie rzeczywistym.
