超聲波的作用機理分為熱作用，空化作用和機械傳質作用。熱作用是超聲波的能量被介質吸收，介質溫度升高的現象。可用于酶的滅菌或滅活?？栈钱敵暡ㄔ诮橘|中傳播時，液體中分子的平均距離隨分子的振動而變化?？栈栈┦钱斔^維持液體作用的臨界分子間距時形成的。液泡能產生瞬間的高溫高壓，產生強大的沖擊波或射線流，足以改變細胞壁膜結構，使細胞內外發(fā)生物質交換。發(fā)酵罐的機械傳質作用是當超聲波在培養(yǎng)基中傳播時，培養(yǎng)基顆粒進入振動狀態(tài)，加速發(fā)酵液的傳質，超聲波可廣泛應用于生物發(fā)酵工程中。

    超聲不同頻率和強度對發(fā)酵過程的影響不同，應根據具體的發(fā)酵過程和條件選擇。增加前體的合成，增加目標產物前體的合成或直接添加目標產物的前體，有利于目標產物的積累。例如，在氨基酸的發(fā)酵中，前體通常被添加到微生物的培養(yǎng)中以產生氨基酸；在花生四烯酸的發(fā)酵中，可以通過增加前體或增強葡萄糖代謝來改善花生四烯酸的生產。在此基礎上，華東理工大學張思亮提出了“以細胞代謝流分析和控制為核心的發(fā)酵工程”的觀點”。

    他認為，必須高度重視細胞代謝流分布變化的現象，研究細胞代謝物質流與生物反應器物質流變化的相關性，高度重視細胞生長變化，從生長變化中盡可能多地進行實用價值分析，進一步建立細胞生長變量與生物反應器和環(huán)境變量的操作變量之間的關系，以有效控制細胞代謝流，優(yōu)化發(fā)酵過程。采用fed分批發(fā)酵技術，可有效降低發(fā)酵過程中因培養(yǎng)基粘度增加，降解產物抑制和底物反饋抑制而產生的傳質效率，控制代謝方向，延長產物合成周期，增加代謝產物積累。

    所需營養(yǎng)限度的補充經常被用來控制缺乏營養(yǎng)的突變菌株，以大限度地積累代謝物。在氨基酸發(fā)酵中，這種飼料分批技術是實現精確代謝調節(jié)的常用方法。超聲的應用具有較強的生物學效應?？蓱糜诎l(fā)酵過程的三個階段：上游，中游和下游。其在發(fā)酵技術中的應用可以增加細胞膜的通透性和選擇性，促進酶的變性或分泌，增強細胞代謝過程，從而縮短發(fā)酵時間，改善生物反應條件，提高生物制品的質量和產量。去除代謝末端產物，改變細胞膜的通透性，快速、連續(xù)地排出屬于反饋控制因子的末端產物，以防止末端產物積累到可引起反饋調節(jié)的濃度。

    有許多方法可以優(yōu)化發(fā)酵過程，這些方法不是孤立的，而是相互關聯(lián)的。在一種發(fā)酵中，往往是多種優(yōu)化方法的結合。生物發(fā)酵設備目的是控制發(fā)酵，根據我們自己的設計生產更多更好的產品。