空气中常见的微生物种类有芽孢杆菌、变形杆菌、产气杆菌、酵母菌和病毒等。空气中微生物数量与环境有关，地区、季节、气候等都会影响，一般设计时以含量为103～104个/m3进行计算。
在发酵工业中，空气中的氧是好氧微生物生长和代谢必不可少的条件。但空气中含有的各种各样微生物随空气进入培养液后，在适宜的条件下，会迅速繁殖，消耗大量营养物质并产生各种代谢产物，干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，使发酵产率下降，甚至发酵失败。以一个通气量为40m3/min的发酵罐为例，一天所需要的空气量高达5.76×104m3，假如所用的空气中含菌量为104个/m3。那么一天将有5.76×108个微生物细胞进入发酵系统，这么多杂菌的带入，完全可导致发酵失败。因此，无菌空气的制备就成为好氧发酵生产中的一个重要环节。
所谓无菌空气是指自然界中的空气通过除菌处理后其含菌量降低到一个极限百分数的净化空气。无菌空气的制备是指通过物理或者化学的方法除去或杀死空气中的微生物，使其达到发酵时无菌要求的过程。
（一）发酵对空气无菌程度的要求
不同的发酵过程中，由于培养基的性质、微生物的生长繁殖能力、发酵周期及pH等的差异，对无菌空气的要求也各不相同，所以对空气除菌的要求应根据具体情况而定。一般来说，发酵周期短、pH较低的发酵工艺对空气的无菌要求低，发酵周期长，微生物的生长繁殖速度慢，对空气的无菌要求高一些。
厚层固体制曲需要的空气量大，要求的压力不高，无菌程度不严格，一般选用离心式通风机并经适当的空调处理（调温、调湿）就能满足要求。酵母培养过程中耗氧量大，其培养基以糖源为主，能利用无机氮，要求的pH较低，一般细菌较难繁殖，而酵母的繁殖速度又较快，能抵抗少量的杂菌影响，因此对无菌空气的要求不如氨基酸、抗生素发酵那样严格。酵母培养过程可以采用高压离心式鼓风机通风即可。抗生素等多数产品的发酵耗氧量大，无菌要求高，所以空气必须先经过严格的无菌处理后才可以通入发酵罐，以确保发酵的正常进行。
（二）发酵工厂使用的无菌空气质量标准
工业生产中，发酵用的无菌空气是将自然界的空气经过压缩、冷却、减湿、过滤等处理，达到一定的质量标准。
1. 洁净度
发酵工业中所指的“无菌空气”是指通过除菌处理后压缩空气中含菌量降低到零或达到洁净度100级的洁净空气，它已能满足发酵工业的要求。
除菌后的空气含菌量低至零或极低，从而使污染的可能性降至极小。要准确测定空气中的含菌量或经过滤后空气的含菌量是很困难的，一般按照染菌概率0.001计算，即1000次发酵周期所用无菌空气只允许一次染菌。
空气中除含有大量微生物外，还含有粉尘等其他杂质，经过压缩的空气中还含有油、水等，这些杂质在发酵过程中都应严格控制。一般要求：颗粒粒径小于0.01μm，杂质含量小于0.1mg/m3 ，油相对含量小于0.003mL/m3。
想一想 你了解洁净度级别吗？
空气洁净度分级国家标准具体如表5-1所示。
表5-1 空气洁净度分级标准（GB/T 16292—1996）
通常把100级称为无菌洁净区，10000级称为洁净区，100000级、300000级称为控制区，并把洁净区置于控制区包围之中。生物发酵工厂对空气洁净程度有一定的要求，如，生产无菌原料药需要100级洁净空气，产品为非无菌原料药，则需要300000级洁净空气，空气洁净度100级、10000级、100000级的空气净化处理，应采用初效、中效、高效过滤器三级过滤。对于300000级空气净化处理，可采用亚高效过滤器代替高效过滤器。同时，不同的洁净室（区）还需要一定的温度和湿度，具体要求应根据工艺要求确定。100级、10000级的洁净室（区）温度为20～24℃，相对湿度为45%～60%；100000级、300000级的洁净室（区）温度为18～26℃，相对湿度为45%～65%。(www.xing528.com)
2. 空气流量
生产中要求连续提供一定流量的压缩空气。发酵用无菌空气的设计和操作中空气用量用通气比（VVM，指每1min通气量与罐体实际料液体积的比值，是发酵罐中通气量的表示方法，其中的气体体积以标准状态计）来计算，一般要求VVM为0.1～2.0m3/（m3·min）。
3. 空气压强
一般要求空气压缩机出口的空气压强控制在0.2～0.35MPa（表压），不必强求压缩机出口的空气压强过高。
4. 温度
无菌空气温度的要求对不同发酵工艺是不同的，应根据具体情况确定。一般来说温度过低不利于发酵的进行，而温度过高会杀死培养液中的发酵菌，使发酵无法进行。一般控制进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出10℃左右。
5. 相对湿度
气体的相对湿度对发酵的过程也有影响，相对湿度大，容易导致杂菌繁殖，由于目前发酵工厂的空气总过滤器的过滤介质采用的是纤维素纸、PP毡或者棉花等，这些过滤介质受潮后过滤效果会大大下降，相对湿度过低需要增加空气处理的成本。进入空气主过滤器之前，压缩空气的相对湿度≤70%，一般控制在50%～60%。为了降低空气的相对湿度，往往采用适当加热压缩空气的方法。
概念解析 空气的湿度
湿空气中所含的水蒸气质量与所含的干空气质量之比，称空气的湿度。当空气中所含水蒸气的量达到最大时就称这种空气为 “饱和湿空气”，与饱和湿空气对应的压力称为 “饱和水蒸气压力”。
（1）空气的绝对湿度：1m3湿空气中含有的水蒸气绝对量（kg）。
（2）空气的相对湿度（φ）：空气中水蒸气分压与同温度时饱和水蒸气压的比值，称为空气的相对湿度，即：
式中 Pw——空气中水蒸气分压， Pa；
Ps——同温度下水的饱和蒸气压，Pa，可由各类手册中查到。
与饱和水蒸气压力Ps对应着的相对湿度为100%。
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