Bei der industriellen Fermentation werden Zellkulturen und mikrobielle Fermentation zur Herstellung der gewünschten chemischen Produkte verwendet. Zellen oder Mikroorganismen werden in der Regel durch Screening, zielgerichtete Evolution oder rekombinante Methoden optimiert. Auf diese Weise wird die Produktion der gewünschten Enzyme, Proteine oder Metaboliten optimiert.
Durch die Kontrolle der Betriebsvariablen wie Nährstoffe, Konzentration an gelöstem Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur wird das Zellwachstum oder die Produktion der gewünschten Chemikalie zu gegebener Zeit gefördert. Es handelt sich jedoch um ein lebendes System mit vielen komplexen Prozessen, die simultan oder gleichzeitig ablaufen. Daher kann es von Charge zu Charge zu erheblichen Abweichungen bei Produktionsertrag und Qualität kommen.
Da die Verunreinigung der Kulturpopulation unbedingt verhindert werden muss, wurden bei der Implementierung von modernen Prozessanalysetechnologien (PAT) für Fermentationsprozesse kaum Fortschritte erzielt. Der Fermentationsfortschritt wird in der Regel anhand von Zellwachstumsmodellen und relativ einfachen Messungen der Trübung und weiteren indirekten Messungen in Kombination mit regelmäßigen Offline-Proben und -Analysen gemessen, um sicherzustellen, dass der Betrieb innerhalb der zulässigen Grenzwerte erfolgt. Neuerdings gibt es auch modernere Messtechnologien, die direkte Messungen bei komplexen zellulären Systemen und mehreren gelösten Chemikalien, sowohl in Substraten als auch Produkten, in der Fermenterflüssigkeit vornehmen können.
Echtzeit-Überwachung kritischer Konzentrationen von Substraten und Stoffwechselprodukten ist dank ReactIRTMIn-Situ-Messungen einfach umzusetzen. So lässt sich das Stadium der Fermentation umgehend erkennen und wichtige Prozessentscheidungen können getroffen werden.
FBRM® ermöglicht eine direkte In-Situ-Überwachung der Mikroorganismuspopulation und liefert Echtzeit-Informationen im Hinblick auf relative Zellanzahl und -größe. Außerdem werden Aggregation und Flockung ermittelt, wodurch wertvolle Einblicke in die Zellwachstumskinetik gewährleistet werden, die für die Chargenoptimierung oder sogar die Echtzeitkontrolle der Fermentation verwendet werden können. Zusätzlich überwacht FBRM® die Proteinkristallisation und -dissolution.
