發(fā)酵生產(chǎn)所用菌種一般為喜氧菌，必須保證培養(yǎng)液中一定的溶解氧，菌種才能正常生長(zhǎng)及有效生產(chǎn)。喜氧菌的發(fā)酵通常是以空氣作為氧源，空氣中含大量的各類微生物，如果隨空氣一同進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)，會(huì)在合適的條件下大量繁殖，與目的菌株競(jìng)爭(zhēng)消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生各種副產(chǎn)物，從而干擾或破壞純種培養(yǎng)過程正常進(jìn)行，甚至使培養(yǎng)過程徹底失敗導(dǎo)致倒罐，所以進(jìn)入培養(yǎng)液的必須是潔凈無菌的空氣，同時(shí)還要具有一定壓力以便克服空氣在預(yù)處理、過濾除菌及有關(guān)設(shè)備、管道、閥門、過濾介質(zhì)等處的壓力損失，并在培養(yǎng)過程中能夠維持一定的罐壓，這就要求對(duì)外來的空氣通過壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行凈化除菌和調(diào)節(jié)處理。
壓縮空氣系統(tǒng)工作流程的制訂過程根據(jù)具體所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件來考慮。如在環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方要改變吸風(fēng)的條件，以降低過濾器的負(fù)荷，提高空氣的無菌程度；在溫暖潮濕的地方要加強(qiáng)除水設(shè)施以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效率和使用壽命；在壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的流程中要加強(qiáng)油霧的去除力度，否則帶入過濾器將會(huì)影響過濾效果。為保持過濾器在比較高的效率下進(jìn)行過濾，并維持一定的氣流速度，并不受油、水的干擾，則要有一系列的加熱、冷卻及分離和除雜設(shè)備來保證。
一、兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程
設(shè)計(jì)流程：高空空氣吸入口→初效過濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣儲(chǔ)罐→一級(jí)空氣冷卻器→旋風(fēng)分離器→二級(jí)空氣冷卻器→絲網(wǎng)除沫器→空氣加熱器→空氣總過濾器→空氣分過濾器→發(fā)酵罐。
為減少進(jìn)入空壓機(jī)的灰塵和微生物，減輕介質(zhì)過濾除菌的負(fù)荷，該空氣凈化流程中吸入的空氣先通過粗過濾器過濾，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)?？諝饨?jīng)空壓機(jī)壓縮后壓力和溫度升高，在后續(xù)過程中易產(chǎn)生冷凝水，水分一旦進(jìn)入過濾器會(huì)堵塞過濾介質(zhì)，增大空氣的壓力損失，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)浸潤(rùn)介質(zhì)而破壞過濾效果；空氣在壓縮過程中可能夾帶空壓機(jī)的潤(rùn)滑油煙霧，油霧會(huì)降低空氣的給熱系數(shù)，給空氣的冷卻過程造成困難。另外也會(huì)和冷凝水一樣浸潤(rùn)介質(zhì)破壞過濾效果，故水和油都應(yīng)設(shè)法除去。從空壓機(jī)出來的空氣壓力在0.2MPa以上，溫度達(dá)120℃～160℃，一般先冷卻降低空氣溫度，提高空氣相對(duì)濕度，使其達(dá)到飽和狀態(tài)并處于露點(diǎn)以下，使其中水分凝結(jié)為水滴或霧沫，從而將其除去，油霧滴通過冷卻后可以和水滴一起除去。本流程采用二級(jí)空氣冷卻工藝：通常先用25℃左右的水將120℃～160℃的空氣冷卻到30℃～35℃，再用9℃左右的冷卻水或15℃～18℃的地下水把30℃～35℃的空氣冷卻到20℃～25℃。經(jīng)第一次冷卻過程，大部分的水、油已凝結(jié)成較大的霧滴，且霧滴濃度較高，可用旋風(fēng)分離器分離；第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小的霧滴，絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧滴且分離效率高，故可采用絲網(wǎng)分離器分離。分離油和水后，空氣的相對(duì)濕度仍為100%，當(dāng)溫度稍下降時(shí)，就會(huì)析出水，使過濾介質(zhì)受潮而影響過濾效率，須用絲網(wǎng)分離器后的空氣加熱器將空氣的相對(duì)濕度降低至50%～60%，以保證過濾器正常運(yùn)行。最后通過總過濾器和分過濾器除菌，從而獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合要求的無菌空氣，滿足發(fā)酵過程對(duì)于溶氧的需求。
兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，尤其是潮濕地區(qū)，能充分分離油水，使空氣在較低的相對(duì)濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。一些對(duì)無菌要求高的微生物發(fā)酵過程多使用此流程。
二、冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程
設(shè)計(jì)流程如下：

壓縮空氣從空氣儲(chǔ)罐出來后分成兩部分，一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)絲網(wǎng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理的高溫壓縮空氣混合，此時(shí)混合空氣已達(dá)到溫度為30℃～35℃，相對(duì)濕度為50%～60%的要求，再進(jìn)入過濾器過濾。該流程的特點(diǎn)是省去第二次冷卻后的分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備，流程簡(jiǎn)單；利用壓縮空氣來加熱析水后的空氣，冷卻水用量少。該流程適合中等含濕地區(qū)，但不適合空氣含濕量高的地區(qū)。
除上述兩種外，典型的無菌空氣制備流程還有高效前置過濾空氣除菌流程、利用熱空氣加熱冷空氣流程。前者采用高效率的前置過濾設(shè)備，利用壓縮機(jī)的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中效、高效過濾后，進(jìn)入空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，再經(jīng)冷卻器冷卻、絲網(wǎng)分離器分離水油、空氣加熱器加熱后進(jìn)入主過濾器過濾，從而降低主過濾器的負(fù)荷，所得的空氣無菌程度很高；后者利用壓縮后的熱空氣和冷卻后的冷空氣進(jìn)行熱交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對(duì)濕度。此流程對(duì)熱能的利用比較合理，熱交換器可兼做貯氣罐，但由于氣-氣換熱的傳熱系數(shù)很小，加熱面積要足夠大才能滿足要求。