همانطور که بیوتکنولوژی، مهندسی تخمیر، و تولید زیستی مدرن به پیشرفت ادامه میدهند، تخمیرکنندههای مقیاس آزمایشی به ابزارهای ضروری برای اعتبارسنجی فرآیند، بهینهسازی پارامترها و انتقال از توسعه آزمایشگاهی به تولید تجاری تبدیل شدهاند. از آنجایی که میکروارگانیسمهای مختلف، کشتهای سلولی و محصولات تخمیری نیازمندیهای متمایزی برای اختلاط، انتقال اکسیژن، شرایط برشی و کنترل محیطی دارند، تخمیرکنندههای مقیاس آزمایشی در پیکربندیهای مختلفی در دسترس هستند. انتخاب سیستم مناسب می تواند به طور قابل توجهی کارایی و قابلیت اطمینان مطالعات مقیاس- را بهبود بخشد.
بر اساس روشهای هم زدن و طراحی راکتور، پیکربندیهای معمولی پیلوت-شامل مخزن-همزن و تخمیرکنندههای حمل و نقل هوایی است. سیستمهای مخزن همزده از یک محور موتور و پروانه برای مخلوط کردن محیط کشت و کار با سیستم هوادهی برای افزایش انتقال اکسیژن استفاده میکنند. قابلیتهای کنترلی قوی فرآیند{6}}آنها را برای طیف گستردهای از تخمیر میکروبی و برنامههای توسعه فرآیندهای زیستی مناسب میسازد. تخمیرهای حمل و نقل هوایی عمدتاً به گردش گاز{8} برای حرکت و مخلوط کردن فرهنگ متکی هستند و نیاز به هم زدن مکانیکی را کاهش میدهند. این پیکربندی میتواند برای فرآیندهای خاصی که شامل سیستمهای بیولوژیکی حساس{10}}برشی هستند، سودمند باشد.
تخمیرکنندههای مقیاس پایلوت-همچنین میتوانند بر اساس نحوه عملکردشان، از جمله فرآیندهای دستهای، تغذیه-و فرآیندهای پیوسته طبقهبندی شوند. در تخمیر دسته ای، محیط کشت اولیه و تلقیح قبل از شروع کشت معرفی می شوند و این رویکرد را برای اعتبارسنجی فرآیند و مطالعات تحقیقاتی مناسب می کند. عملیات دستهای{4}}تغذیه اجازه میدهد تا مواد مغذی یا بسترها به تدریج طبق یک استراتژی تعریفشده اضافه شوند و بهویژه زمانی مفید است که غلظت بستر یا مدت زمان کشت به دقت مدیریت شود. سیستمهای پیوسته افزودن محیط و حذف کشت را برای پشتیبانی از شرایط عملیاتی نسبتاً پایدار حفظ میکنند و برای فرآیندهای تخمیر مداوم خاص استفاده میشوند.
نوع کشت بیولوژیکی یکی دیگر از عوامل مهم در انتخاب تخمیرگر آزمایشی-مقیاس است. سیستم ها ممکن است برای کشت سلول های میکروبی، پستانداران یا سلول های گیاهی پیکربندی شوند. تخمیر میکروبی اغلب تاکید بیشتری بر هم زدن، هوادهی و کنترل اکسیژن محلول دارد، در حالی که فرآیندهای کشت سلولی ممکن است به شرایط محیطی پایدار و مدیریت دقیق برش هیدرودینامیکی نیاز داشته باشند. بنابراین طراحی کشتی، سیستم هم زدن و استراتژی کنترل باید با توجه به ویژگی های سیستم بیولوژیکی انتخاب شود.
سیستمهای مقیاس آزمایشی-همچنین میتوانند از نظر سطح یکپارچهسازی تجهیزات و اتوماسیون متفاوت باشند. سیستمهای پایه عملکردهای کنترل{2} ضروری فرآیند را ارائه میکنند، در حالی که پلتفرمهای مدولار و بسیار خودکار میتوانند دما، pH، اکسیژن محلول، تغذیه، کنترل فوم و نظارت آنلاین را در خود داشته باشند. این تنظیمات به محققان اجازه می دهد تا سطح مناسبی از کنترل فرآیند را با توجه به اهداف توسعه خود انتخاب کنند.
در عمل، انتخاب یک تخمیر{0}}پایلوت در مقیاس باید فراتر از در نظر گرفتن حجم کشتی باشد. عواملی مانند سیستم بیولوژیکی، ویژگی های فرآیند، نیازهای انتقال اکسیژن، حالت عملیاتی و مقیاس تولید مورد نظر، همگی باید ارزیابی شوند. همانطور که اتوماسیون و فناوریهای دیجیتال همچنان در حال توسعه هستند، انتظار میرود که سیستمهای تخمیر در مقیاس آزمایشی به طور فزایندهای مدولار، هوشمند و دقیق شوند و پشتیبانی فنی قویتری برای ترجمه فرآیندهای آزمایشگاهی به تولید صنعتی مقیاسپذیر ارائه دهند.