超聲波的作用機(jī)理分為熱作用，空化作用和機(jī)械傳質(zhì)作用。熱作用是超聲波的能量被介質(zhì)吸收，介質(zhì)溫度升高的現(xiàn)象?？捎糜诿傅臏缇驕缁睢？栈钱?dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，液體中分子的平均距離隨分子的振動(dòng)而變化。空化（空化）是當(dāng)它超過維持液體作用的臨界分子間距時(shí)形成的。液泡能產(chǎn)生瞬間的高溫高壓，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波或射線流，足以改變細(xì)胞壁膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞內(nèi)外發(fā)生物質(zhì)交換。發(fā)酵罐的機(jī)械傳質(zhì)作用是當(dāng)超聲波在培養(yǎng)基中傳播時(shí)，培養(yǎng)基顆粒進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，加速發(fā)酵液的傳質(zhì)，超聲波可廣泛應(yīng)用于生物發(fā)酵工程中。

    超聲不同頻率和強(qiáng)度對(duì)發(fā)酵過程的影響不同，應(yīng)根據(jù)具體的發(fā)酵過程和條件選擇。增加前體的合成，增加目標(biāo)產(chǎn)物前體的合成或直接添加目標(biāo)產(chǎn)物的前體，有利于目標(biāo)產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)葡萄糖代謝來改善花生四烯酸的生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，華東理工大學(xué)張思亮提出了“以細(xì)胞代謝流分析和控制為核心的發(fā)酵工程”的觀點(diǎn)”。

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

    所需營養(yǎng)限度的補(bǔ)充經(jīng)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(shù)是實(shí)現(xiàn)精確代謝調(diào)節(jié)的常用方法。超聲的應(yīng)用具有較強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng)。可應(yīng)用于發(fā)酵過程的三個(gè)階段：上游，中游和下游。其在發(fā)酵技術(shù)中的應(yīng)用可以增加細(xì)胞膜的通透性和選擇性，促進(jìn)酶的變性或分泌，增強(qiáng)細(xì)胞代謝過程，從而縮短發(fā)酵時(shí)間，改善生物反應(yīng)條件，提高生物制品的質(zhì)量和產(chǎn)量。去除代謝末端產(chǎn)物，改變細(xì)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(chǎn)物，以防止末端產(chǎn)物積累到可引起反饋調(diào)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(guān)聯(lián)的。在一種發(fā)酵中，往往是多種優(yōu)化方法的結(jié)合。生物發(fā)酵設(shè)備目的是控制發(fā)酵，根據(jù)我們自己的設(shè)計(jì)生產(chǎn)更多更好的產(chǎn)品。