在絕大多數的深層培養過程中，必須不斷地將無菌空氣通入發酵罐內，以滿足微生物生理代謝對氧的需求。空氣是氣態物質的混合物，包括氧氣、氮氣、氫氣、二氧化碳、惰性氣體、水分等，同時空氣中還含有各種各樣的微生物，因此，空氣在引進發酵罐之前必須經過嚴格處理，除去其中含有的微生物以及其他有害成分。空氣淨化的方法很多，但各種方法的除菌效果、設備條件和經濟指標各不相同。實際生產中所需的除菌程度根據發酵工藝要求而定，既要避免染菌，又要盡量簡化除菌流程，以減少設備投資和正常運轉的動力消耗。
一、發酵對空氣無菌程度的要求
發酵工業應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低至一個極低的百分數，從而能控製發酵汙染至極小機會，此種空氣稱為“無菌空氣”。各種不同的發酵過程，由於所用菌種的生長能力、生長速度、產物性質、發酵周期、基質成分及pH的差異，對空氣無菌程度的要求也不同。如酵母培養過程，其培養基以糖源為主，能利用無機氮，要求的pH較低，一般細菌較難繁殖。而且，酵母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此對無菌空氣的要求不如氨基酸、抗生素發酵那樣嚴格。而氨基酸與抗生素發酵因周期長短不同，對無菌空氣的要求也不同。總的來說，影響因素是比較複雜的，需要根據具體情況而訂出具體的工藝要求。一般地，無菌空氣按染菌幾率為10-3來計算，即1000次發酵周期所用的無菌空氣隻允許1～2次染菌。雖然一般懸浮在空氣中的微生物，大多是能耐惡劣環境的孢子或芽孢，繁殖時需要較長的調整期。但是，在陰雨天氣或環境汙染比較嚴重時，空氣中也會懸浮大量的活力較強的微生物，當它進入培養物的良好環境後，隻要很短的調整期，即可進入對數生長期而大量繁殖。一般細菌繁殖一代僅需20～30min，如果進入一個細菌，則繁殖15h後，可達109個。如此大量的雜菌必然使發酵過程受到嚴重幹擾甚至失敗，所以計算是以進入1～2個雜菌即失敗作為依據的。
二、空氣的除菌方法
通常微生物在固體或液體培養基中繁殖後，很多細小而輕的菌體、芽孢或孢子會隨水分的蒸發、物料的轉移被氣流帶入空氣中或黏附於灰塵上隨風飄浮，所以空氣中的含菌量隨環境不同而有很大差異。一般幹燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；人口稠密的城市比人口少的農村含菌量多；地麵又比高空的空氣含菌量多。因此，研究空氣中的含菌情況，選擇良好的采風位置和提高空氣係統的除菌效率是保證正常生產的重要內容。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數量也隨條件的變化而異，一般設計時以含量為103～104個/m3進行計算。
不同的發酵類型對空氣的要求也是不同的。厚層固體曲需要的空氣量大，壓力不高，無菌度不嚴格，一般選用離心式通風並經適當的空調處理就可以了。酵母培養消耗空氣量大，無菌度也不十分嚴格，但需要一定壓力以克服發酵罐的液柱阻力，所以一般采用羅茨鼓風機或高壓離心式鼓風機通風。而對於密閉式深層好氣發酵則需要嚴格的無菌度，必須經過除菌措施，由於空氣中含有水分和油霧雜質，必須經過冷卻、脫水、脫油等步驟，因此，無菌空氣的製備須經過一個複雜的空氣處理過程。同時，為了克服設備和管道的阻力並維持一定的罐壓，需采用空氣壓縮機。生產上使用的無菌空氣量大，要求處理的空氣設備簡單，運行可靠，操作方便，現就各種除菌方法進行簡述。
1.輻射滅菌
α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質，破壞生物活性物質，從而起到殺菌作用。但應用較廣泛的還是紫外線，它在波長為226.5～328.7nm時殺菌效力最強，通常用於無菌室和醫院手術室。然而其殺菌效率較低，殺菌時間較長，一般要結合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。
2.加熱滅菌
雖然空氣中的細菌芽孢是耐熱的，但溫度足夠高也能將它破壞。例如，懸浮在空氣中的細菌芽孢在218°C下24 s就被殺死。但是，如果采用蒸汽或電熱來加熱大量的空氣以達到滅菌目的，這樣太不經濟。利用空氣壓縮時產生的熱進行滅菌對於無菌要求不高的發酵來說則是一個經濟合理的方法。
利用壓縮熱進行空氣滅菌的流程。空氣進口溫度為21°C，出口溫度為187～198°C，壓力為0.7 MPa。壓縮後的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時間以增加空氣的受熱時間，促使有機體死亡。為防止空氣在貯罐中加熱時間變短，最好在罐內加裝導筒。這種滅菌方法已成功地運用於丙酮丁醇、澱粉酶等發酵生產上。