空气通过过滤除菌，通常要有两级或三级过滤，分别为总过滤、预过滤和精过滤，总过滤和预过滤除去大部分的微粒，精过滤最后对微生物进行绝对过滤，得到无菌空气，每一级过滤对微粒的去除率分别为80%～90%、90%～99%、99.9999%。总过滤和预过滤统称为除尘过滤，精过滤称为除菌过滤。
1.总过滤器
早期发酵工业中的空气过滤器多采用棉花作为过滤介质。20世纪50～80年代末期，我国发酵工厂的无菌空气多使用棉花过滤器两级过滤除菌，后来主要作为总过滤器使用。
（1）棉花，棉花纤维一般直径为16～21μm，长度为2～75px。棉花随品种和种植条件的不同而有较大的差别，最好选用纤维细长疏松的新鲜的非脱脂棉花。贮藏过久，纤维会发脆、断裂、堵塞而增大了压力降；脱脂纤维会因易吸湿而降低过滤效果。装填时要分层均匀铺展，最后要压紧，装填密度达到150～200kg/m3为好。如果压不紧或装填不均匀，会造成空气走短路，甚至介质翻动而丧失过滤效果。棉花作为过滤介质的缺点是阻力大、容易受潮。
（2）玻璃纤维，作为散装填充过滤器的玻璃纤维，一般直径为8～19μm不等，而纤维直径越小越好，但由于纤维越小，其强度越低，很容易断裂而造成堵塞，增大阻力。因此填充不宜过大，一般采用6%～10%，它的阻力比一般棉花小。玻璃纤维的过滤效率随填充密度和填充厚度的增大而提高。玻璃纤维最大的缺点是更换玻璃纤维介质时造成碎末飞扬，易使人过敏。
（3）活性炭，活性炭有非常大的表面积，通过表面物理吸附而吸附微生物。一般采用直径3mm、长5～10mm的圆柱状活性炭。其粒子间隙很大，故对空气的阻力较小，仅为棉花的1/12，但它过滤的效率比棉花要低得多。目前工厂都将活性炭夹装在三层棉花中使用，以降低滤层阻力。活性炭的好坏决定于它的强度和表面积，表面积小，则吸附能力差，过滤效率低，强度不足，则很容易破碎，堵塞孔隙，增大气流阻力，它的用量为整个过滤层的1/3～1/2
2.预过滤器
为使精过滤器有较长的使用寿命，在罐前过滤除菌前，常配以预过滤器。预过滤器体积相对总过滤器要小得多，其目的也是除去更多微粒，减少较昂贵的精过滤器负担，增加空气过滤除菌的经济性。
预过滤器去除的颗粒要比总过滤器去除的小，要求过滤介质孔径0.5μm到到几十微米，所用材料主要有烧结金属、微孔陶瓷、涂覆玻璃纤维和聚丙烯超细玻璃纤维纸。
3.精过滤器
精过滤也叫除菌过滤，是无菌空气制备的终端过滤，要求对空气中的微生物绝对过滤，并且能用高温蒸汽反复灭菌，一般孔径小于0.22μm，微粒过滤效率达到99.9999%。
精过滤器中，传统的棉花、玻璃纤维等过滤介质已不能满足要求，小型发酵罐上为了节约成本用涂覆聚四氟乙烯的玻璃纤维折叠滤筒，大型发酵罐上大多采用聚四氟乙烯（PTEE）、聚偏氟乙烯（PVDF）微孔膜和氟化玻纤膜（FGF），尤以聚四氟乙烯为多。
聚四氟乙烯有天然的疏水性能，强度好，耐污性强，耐高温，耐腐蚀。由美国Gore公司发明的机械压延技术得到孔径分布窄、孔隙率高的聚四氟乙烯微孔膜，有高效、高通量的优点，非常适合作空气过滤材料。现在市场上的除菌过滤膜已制成标准件，装拆更换方便。一般所用膜为复合膜，即在微孔膜的两侧附上纤维无纺布以增加强度和可折叠性，内有坚固的内核，外加保护外壳，膜组件的所有连接都以熔融密封。聚四氟乙烯材料的除菌过滤器，可经受反复蒸汽灭菌，并且由于其疏水性，灭菌后不需要干燥即可用作无菌空气过滤。
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