发酵过程对无菌空气的要求极为严格，需满足无菌、无灰尘、无杂质、无水、无油、正压等核心指标，同时需控制温度、湿度、洁净度及流量压力等参数，具体要求如下：
一、核心无菌指标
- 微生物含量
- 空气中微生物总数需极低，通常要求浮游菌≤5个/m³，沉降菌≤1个/m³，且不得存在致病微生物或危害发酵的杂菌（如噬菌体、酵母菌、霉菌等）。
- 工业实践中，常以1000次发酵周期仅允许1次染菌（无菌程度N=10⁻³）为标准，确保发酵稳定性。
- 颗粒物控制
- 空气中直径≥0.5μm的粒子浓度需≤100pc/ft³（即每立方英尺粒子数不超过100个），直径≥5μm和≥10μm的颗粒物数目也需严格限制，避免堵塞过滤介质或污染发酵液。
- 化学污染物
- 空气中不得含有有机溶剂、重金属等对发酵有害的化学物质，防止干扰微生物代谢或损害产物纯度。
二、物理参数要求
- 温度与湿度
- 温度：进罐空气温度通常比发酵培养温度高10~30℃，以防止冷凝水产生（冷凝水会滋生杂菌）。
- 湿度：进入总过滤器的空气相对湿度需控制在60%~70%，避免过滤介质（如聚四氟乙烯滤芯）受潮失效。
- 流量与压力
- 流量：根据发酵罐容积和通气比（VVM）确定，确保充足氧气供应，维持菌体代谢需求。
- 压力：空气压缩机出口压强一般控制在0.2~0.35MPa（表压），既能满足生产需求，又能节省电耗。
- 正压保护
- 发酵罐内需保持微正压（通常≥0.01MPa），防止外界未处理空气进入，形成无菌屏障。
三、实现无菌空气的关键技术
- 高效过滤系统
- 采用0.22μm孔径的聚四氟乙烯（PTFE）滤芯，可过滤绝大多数微生物和颗粒物，配合预过滤装置延长主滤芯寿命。
- 压缩空气处理
- 通过冷干机去除水分，降低湿度；部分工厂取消加热步骤，直接冷干后进气，简化流程。
- 定期灭菌与验证
- 对空气系统进行蒸汽灭菌，保持滤芯效能；通过发酵罐验证各项指标（如浮游菌、沉降菌检测），确保无菌状态。
四、无菌空气的重要性
- 防止染菌：杂菌污染会导致发酵失败、产物纯度下降，甚至引发生物安全问题。
- 保障效率：洁净空气促进菌体与培养基混合，加快生长繁殖，维持代谢产物均匀扩散。
- 降低成本：严格的无菌控制减少原料浪费和设备损耗，提升整体经济效益。
