超声波的作用机理分为热作用，空化作用和机械传质作用。热作用是超声波的能量被介质吸收，介质温度升高的现象。可用于酶的灭菌或灭活。空化是当超声波在介质中传播时，液体中分子的平均距离随分子的振动而变化。空化（空化）是当它超过维持液体作用的临界分子间距时形成的。液泡能产生瞬间的高温高压，产生强大的冲击波或射线流，足以改变细胞壁膜结构，使细胞内外发生物质交换。发酵罐的机械传质作用是当超声波在培养基中传播时，培养基颗粒进入振动状态，加速发酵液的传质，超声波可广泛应用于生物发酵工程中。

    超声不同频率和强度对发酵过程的影响不同，应根据具体的发酵过程和条件选择。增加前体的合成，增加目标产物前体的合成或直接添加目标产物的前体，有利于目标产物的积累。例如，在氨基酸的发酵中，前体通常被添加到微生物的培养中以产生氨基酸；在花生四烯酸的发酵中，可以通过增加前体或增强葡萄糖代谢来改善花生四烯酸的生产。在此基础上，华东理工大学张思亮提出了“以细胞代谢流分析和控制为核心的发酵工程”的观点”。

    他认为，必须高度重视细胞代谢流分布变化的现象，研究细胞代谢物质流与生物反应器物质流变化的相关性，高度重视细胞生长变化，从生长变化中尽可能多地进行实用价值分析，进一步建立细胞生长变量与生物反应器和环境变量的操作变量之间的关系，以有效控制细胞代谢流，优化发酵过程。采用fed分批发酵技术，可有效降低发酵过程中因培养基粘度增加，降解产物抑制和底物反馈抑制而产生的传质效率，控制代谢方向，延长产物合成周期，增加代谢产物积累。

    所需营养限度的补充经常被用来控制缺乏营养的突变菌株，以大限度地积累代谢物。在氨基酸发酵中，这种饲料分批技术是实现精确代谢调节的常用方法。超声的应用具有较强的生物学效应。可应用于发酵过程的三个阶段：上游，中游和下游。其在发酵技术中的应用可以增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的变性或分泌，增强细胞代谢过程，从而缩短发酵时间，改善生物反应条件，提高生物制品的质量和产量。去除代谢末端产物，改变细胞膜的通透性，快速、连续地排出属于反馈控制因子的末端产物，以防止末端产物积累到可引起反馈调节的浓度。

    有许多方法可以优化发酵过程，这些方法不是孤立的，而是相互关联的。在一种发酵中，往往是多种优化方法的结合。生物发酵设备目的是控制发酵，根据我们自己的设计生产更多更好的产品。