微生物發酵過程是以微生物細胞為催化劑的生化反應過程。微生物的代謝會受到各種環境條件的影響，如溫度和溶氧濃度，因此，為了最大限度地提高目的產物的發酵水平，需要根據微生物細胞的代謝特點控製發酵條件。好氧微生物在發酵罐中進行繁殖和發酵時都需要大量的氧氣。以化學計量學來表示微生物呼吸時，最有代表性的就是葡萄糖的完全氧化：C6H12O6+6O26H2O+6CO2。也就是說，完全氧化180g的葡萄糖需192g的氧氣,但在液體中氧氣的溶解度隻有葡萄糖的1/6000。因此，好氧發酵中氧的供應是影響發酵生產效率的重要因素，而改善發酵罐的傳氧能力和提高發酵過程氧的利用效率就成為生化工程和發酵工程研究人員的研究重點。目前大多數的工業發酵過程都是單一菌種發酵，即純種培養，在發酵過程中不允許其他微生物存在、生長和繁殖。但是由於生物反應係統中通常含有豐富的營養物質，很容易受雜菌汙染，造成生產能力下降、收率降低等，所以發酵過程的無菌操作技術對工業發酵過程至關重要。
在發酵工業中，絕大多數是利用好氧微生物進行純種培養，要求發酵全過程隻能有生產菌，不允許有“雜菌”汙染。但是由於培養基中通常都含有營養比較豐富的物質，並且整個環境中存在著大量的各種微生物，因此發酵過程很容易受到雜菌的汙染，進而產生各種不良的後果，具體包括：
（1）由於雜菌的汙染，使生物反應中的基質和產物損失，造成生產能力的下降。例如，在核苷或核苷酸發酵過程中，由於所用的生產菌種是多種營養缺陷型微生物，其生長能力差，極易受到雜菌的汙染。當汙染雜菌後，培養基中的營養成分迅速被消耗，嚴重抑製了生產菌的生長和代謝產物的生成。
（2）由於雜菌會產生一些代謝產物，或在染菌後改變了培養基的某些化學性質，使產物的提取和分離變得困難，造成產品收率降低或質量下降。
（3）由於雜菌的大量繁殖會改變培養基的pH，從而使生物反應發生異常變化。
（4）雜菌可能會分解產物，使發酵過程失敗。例如，在青黴素發酵過程中，由於許多雜菌都能產生青黴素酶，當發酵液汙染雜菌後，不管染菌是發生在發酵前期、中期或後期，都會使青黴素迅速分解破壞，使目的產物得率降低。
（5）發生噬菌體汙染，微生物細胞被裂解，導致發酵過程失敗。
因此，為了保證純種發酵，在生產菌種接種之前必須要對培養基、空氣係統、流加料、發酵罐、管道係統以及所有會與純培養物接觸到的材料和表麵進行滅菌處理，同時還要對環境進行消毒，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。
一、滅菌的基本方法和原理
滅菌是指用化學或物理學的方法殺滅或除掉物料及設備中所有有生命的有機體的技術或工藝過程。工業生產中常用的滅菌方法有很多，有過濾除菌、離心分離、靜電吸附等機械方法，也有物理法、化學法。其中，物理法有超聲波法、紫外線法、X射線法、熱滅菌（包括幹熱滅菌和濕熱滅菌）等；化學法包括殺菌劑添加法等。下麵對幾種在工業生產中經常使用的滅菌方法做簡要介紹。
（1）化學物質滅菌法許多化學物質，如甲醛、苯酚、高錳酸鉀、潔而滅等能夠與微生物發生反應而具有殺菌作用，包括使蛋白質變性、酶類失活、破壞細胞膜通透性等。由於這些化學物質也會與培養基中的一些成分發生反應，且加入培養基後易殘留在培養基內，因此，化學物質不能用於培養基的滅菌，一般應用於發酵工廠環境的消毒。
（2）輻射滅菌輻射滅菌是利用紫外線、高能電磁波或放射性物質產生的高能粒子進行滅菌的方法。其中，紫外線最常用，其殺菌機製是因為導致DNA胸腺嘧啶間形成胸腺嘧啶二聚體和胞嘧啶水合物，抑製DNA正常複製。此外，空氣在紫外線輻射下產生的臭氧有一定的殺菌作用，但細菌芽孢和黴菌孢子對紫外線的抵抗能力較強，且紫外線的穿透力差，物料滅菌不徹底，隻能用於物體表麵、超淨台以及培養室等環境的滅菌。
（3）過濾除菌法過濾除菌法是利用適當的過濾材料（濾材）對液體或氣體進行過濾，除去汙染的微生物以達到滅菌的要求。此法僅適用於不耐高溫的液體培養基組分（如氨水、丙醇等）和空氣的過濾除菌。工業上常用過濾法大量製備無菌空氣，供好氧微生物的液體深層發酵使用。