21世紀人類社會將迎來生物經濟時代。目前全球生物產業開始進入快速發展階段，已成為全球經濟的支柱產業之一，推動著人類社會的生產方式、經濟結構和生活方式發生根本性的改變，並引發新的產業革命。世界各國，特別是發達國家都將生物產業作為未來產業格局的戰略制高點，加緊部署，重點發展，以期在未來生物經濟競爭中占得先機。我國政府為緩解經濟發展和環境保護間的突出矛盾，突破人口、資源和能源等經濟發展的制約，確定了加快發展生物產業的戰略，將生物產業定位為高技術領域的支柱產業和國家的戰略性新興產業，並制定了發展規劃和扶持政策。
生物技術是生物產業發展的基礎，涉及醫藥、化學品、食品、農業、能源等在內的諸多領域，特別是在資源、能源和環境問題日益突出的今天，生物技術的發展與應用越來越受到關注，並可望在資源高效利用、新能源開發和環境綜合治理等方面發揮重要作用，促進社會和經濟的可持續發展。當然，在充分享受生物技術研究成果轉化和創造社會財富的同時，人們也一直在尋求更加有效、經濟而可持續地開發生物過程的方法。我們都很清楚，生物過程的開發對生物技術成果的產業化來說至關重要，是將生物技術實驗室成果向工業化生產轉化並取得經濟和社會效益的關鍵環節。生物過程的設計和評價是過程開發的必要內容，如何針對復雜的生物過程和可持續發展需要，進行合理的流程開發和綜合評價，既是問題的關鍵，也是必須面臨和需要解決的難點。那麼，什麼樣的生物過程是可持續的？生物過程的可持續性如何？怎樣進行生物過程的可持續設計？這些問題從某種程度上講，已經是生物技術成果產業化的瓶頸，解決這些問題也是生物技術和生物產業從業者不懈追求的目標。
Elmar
Heinzle等撰寫的這本書，給我們提供了很好的啟示。作者把生物過程的可持續性歸結為環境友好和成本效益兩大要點，借助適當的生物過程模擬工具，繫統分析和評價了過程的經濟和環境指標，對可持續性進行了量化表征，以實現生物過程的理性設計。作者通過原理介紹和案例分析相結合，提供了生物過程的開發策略和可持續性評價的具體方法，通過過程模擬實現全流程分析，優化進程安排、設備利用、廢物排放和能量消耗，合理評價技術路線、經濟效益和環境影響，以實現資源節約、環境友好和能源高效利用的目標，提高生物產業的市場競爭力，促進生物技術的可持續發展。全書分為兩個部分，部分闡述了生物過程模擬和評價的方法，第二部分對具體案例進行了詳盡分析，包括了檸檬酸、丙酮酸、L?賴氨酸、維生素B2、α?環糊精、青霉素V、重組人血清白蛋白、重組人胰島素、單克隆抗體、抗胰蛋白酶和質粒DNA11個實例，涉及了生物過程的多個方面，既有傳統生物產業，也有現代生物產業，既有小分子產品，也有生物活性大分子。值得說明的是，書中采用了知名軟件SuperPro
Designer進行生物過程的模擬和評價，隨書提供了所有案例的過程模型，並且包括SuperPro
Designer軟件的評價版，讀者可以依此自行進行生物過程模擬的嘗試。
譯者長期從事生物工程教學與研究工作，深感生物過程設計和評價的重要性，也深知生物過程設計的難度，但是國內至今沒有一本很好的教材或專著能夠較為繫統地介紹該方面內容。正是這個原因，譯者一直關注國內外出版的相關著作，在仔細閱讀了Elmar
Heinzle等撰寫的這本書後，收獲頗豐，遂萌發了將該書翻譯出來、介紹給國內更多同行的想法。翻譯工作看似簡單，但要充分理解作者的意圖，把作者的思想呈現在讀者尤其是學生讀者的面前，並不容易，對我們而言也是一個學習—理解—再創作的過程，其中的感受很難用言語來表達。翻譯工作雖然歷時一年多纔完成，但回頭審視這個過程，感覺非常值得，了卻了我們一大心願。
在本書翻譯過程中，王紅寅和施霏參與了初稿整理，童紅飛參與了譯稿校對和圖表整理。在本書出版過程中，化學工業出版社提供了大力支持和幫助，這裡一並感謝。由於譯者水平有限以及對作者思想理解的局限性，書中不當之處，祈請讀者見諒並提供修改建議，以便再版時更正。希望本書的翻譯出版，能夠起到拋磚引玉的作用，促進生物過程的設計和評價更加趨於理性，為我國生物技術和生物產業的良性發展提供一點參考和指導作用。
譯者於浙江大學求是園2011年4月
很久以來，生物過程就一直伴隨著人類文明的發展而發展。當前，生物過程由於具備生產高附加值產品的巨大潛力，以及固有的可持續發展特性，正越來越受到重視。編寫本書的目的就是想提供一個開發可持續生物過程的評價方法，充分結合經濟和環境兩方面因素，通過一繫列生物產品的過程實例來闡明如何把這些評價方法應用到實際的生物過程開發中。新興的生物技術產業通常以可再生資源為基礎，過程簡便高效，並可實現環境污染的小化。一些先進方法，如酶工程和代謝工程，已經成為開發新型高效生物催化劑的強有力工具。此外，運用過程建模和模擬技術，結合一些評價方法，顯著增強了現代生物過程的開發能力。我們知道，未來發展的可持續性依賴於一個工業開發新過程的能力，這些新過程應具備以下特征：①短期和長期的商業價值；②環境友好，占用資源少，傾向於可再生資源，環境負擔小；③滿足社會的需求。
本書嘗試提供一個集成的工作框架，既適用於化學工程和生物化工專業的學生，也適合於從事過程開發的專家和工程師。由於產品的“上市時間”正成為一個開發準則，並越發顯得重要，這就需要擁有一些可靠方法以便在短時間內作出正確決策，這一點對於從事生物過程開發的專家來說是至關重要的。這些專家可以是生化工程師、化學工程師、過程工程師，也可以是生物學家、化學家、環境管理人員或者經濟學家。本書也將對經濟學或環境科學領域的本科生和研究生有所幫助。本書希望能夠提供給讀者一個全面但簡明的介紹，包括生物過程建模的基本理論和可持續評價的繫列方法，以及一些典型的案例分析。同時，還將介紹一些涉及過程經濟、生化反應工程和生物分離過程的綜合性內容。書中所有案例都將提供完整的過程模型，包含在所附的光盤中。過程模型采用SuperPro
DesignerTM軟件編制，該軟件由Intelligen有限公司（Scotch Plains, NJ,
美國）友情提供，可以運行本書所有案例模型。本書所附的案例分析，對於那些實際的過程開發人員將有很大的吸引力，因為基於一個成功開發的過程實例開展相似過程的建模，可以大大縮短研發時間。快速理解本書內容的前提是讀者事先需要了解生物過程的基本知識和簡單的經濟學原理，若讀者尚未接觸過這方面的內容，建議事先閱讀一些文獻和書籍以充實相關知識。
本書特點主要體現在以下幾個方面：①充分結合經濟和環境兩方面的評價方法來開展生物過程的建模，這對於當今資源短缺、環境污染加劇的全球形勢特別有意義；②涉及了包括藥品、生物化學品、化學品和食品等多種工業過程，書中所介紹的方法可以廣泛應用於這些不同的領域；③包括風險和不確定性分析，這些對於過程和產品開發的早期階段尤為重要，有利於開展針對性研發，以降低後期失敗的風險，使決策能夠建立在可靠的基礎之上；④本書還提供了繫列過程案例，涉及生物技術的多個方面，將有助於深入理解生物過程模擬，也為開展各自特殊過程的模擬和評價提供了一個很好的起點。
全書的內容組織
本書包括兩個部分。部分主要介紹基本和必需的理論知識，第二部分介紹了11個過程案例，涉及了範圍廣泛的生物工業過程。
章，簡要介紹生物過程，概述生物過程的未來發展潛力，強調了過程建模和過程模擬對於開發可持續生物過程的重要性。
第二章，針對生物過程開發，介紹生物過程類型、主要原料和產品，簡要闡述生物反應的化學計量學、熱力學和動力學；介紹生物過程的基本組成，包括上遊過程、生物反應、下遊過程、公共設施、廢物處理和循環利用等；後描述開發過程，包括管理學方面內容。
第三章，提供了一個過程建模和模擬的範例，以問題構成、過程分析和過程方案建立作為開始，舉例說明如何實現過程模擬。本章還介紹了不確定性分析的方法，包括情景分析、敏感性分析和Monte
Carlo模擬。
第四章是本書的重點，針對可持續性評價，闡述過程開發的問題導向方法。介紹經濟評價應遵循的標準步驟，如SuperPro
DesignerTM軟件中所包含的。以及基於過程的物料和能量衡算的環境評價，針對不同問題采用ABC分級分析方法。社會評價和安全性評價僅做簡要介紹，不包括在後續的案例分析中。
第二部分分析了11個過程案例，有些源於作者自己的工作，有些來自分布於世界各地的生物過程模擬專家，很高興他們欣然接受了作者的邀請，參與了本書編寫。本書所介紹的案例都可以用SuperPro
DesignerTM軟件運行，隨書所附光盤中包含了所有的過程模型。這些過程模型經過了精心挑選，涉及生物過程的多個應用領域，包括大宗生化產品、精細化學品、酶、低/高分子量的醫藥產品等。這些詳盡的過程案例具有重要的價值，提供了快速、實用的開發策略，相信會受到從事生物過程開發的學生和專家的歡迎。
三位作者的不同背景使得本書可以覆蓋較寬廣的領域。Charles
L?Cooney教授來自麻省理工學院（MIT）化學工程繫（Cambridge，Massachusetts，美國），具有豐富的化學工程和生物化工開發經驗，他在指導Demetri
Petrides的博士學位論文期間，引導了SuperPro DesignerTM軟件的創生，現在Demetri
Petrides博士是Intelligen有限公司的首席執行官。在Charles
L?Cooney教授的職業生涯中，曾與從事生物過程開發的公司合作密切。Elmar Heinzle教授來自薩爾州大學（Saarland
University，德國）的生物化工研究所，曾在格拉茨技術大學（Technical University of
Graz，奧地利）學習應用化學，專長是生物化工。Elmar Heinzle教授在瑞士聯邦理工學院（Swiss Federal
Institute of
Technology，ETH，Zurich，瑞士）和薩爾州大學期間，與許多化學和生物化學工業合作，開展了過程模擬和評價研究。Elmar
Heinzle教授還從事生化動力學和反應器的建模工作，曾與I?J? Dunm、J? Ingham和J?E?
Prenosil合作出版了兩本專著［Ingham, J?, Dunn, I?J?, Heinzle, E?, Prenosil,
J?E? (2000): Chemical Engineering Dynamics? An Introduction to
Modelling and Computer Simulation, 2nd Edition, Wiley?VCH,
Weinheim; Dunn, I?J?, Heinzle, E?, Ingham, J?, Prenosil, J?E?
(2003): Biological Reaction Engineering? Dynamic Modelling
Fundamentals with Simulation Exercises, Wiley?VCH,
Weinheim］。以上書籍的出版促使作者組織編寫本書，相關內容更契合生物過程實際，兼有理論介紹和案例分析，隨書還附贈CD，提供可以運行的計算機程序，增強了本書的可讀性和實用性。Arno
Biwer博士曾在薩爾州大學（Saarland
University，德國）學習生物地理學，並在生物過程模擬和評價領域獲得了博士學位。在MIT的C? L?
Cooney教授實驗室開展博士後研究後，Arno Biwer博士回到了薩爾州大學，一起完成了本書的編寫。
生物過程具有巨大的發展潛力，可以滿足人類的各種需求，同時有助於高效利用可再生資源，減少對自然環境的污染，作者希望本書的出版可以對可持續生物過程的發展有所貢獻。作者非常感謝讀者能對本書提出意見，歡迎使用網站http://www?uni?saarland?de/dsbp聯繫。
