本发明公开了一种微生物发酵产物在线监测发酵罐，包括：发酵罐本体，其为封闭的罐体；所述罐体的顶部设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴贯穿所述罐体以伸入所述罐体内部，并与竖直设置于所述罐体内的搅拌机构相连接；监控机构，其包括单细胞分离器和拉曼光谱仪；所述单细胞分离器设置于所述罐体的底部，并与所述罐体和拉曼光谱仪分别连接。其在无发酵样品损伤，无化学废弃物产生的前提下，实现了对发酵产物的实时在线监控，且分析过程操作简便，测定时间短，可重复度高。