第三章生物反应过程的系统优化技术 第一节系统优化技术概述 、系统的定义 系统的形态 、系统的特征 四、系统优化方法的基本原则 第二节ATP再生系统及其在谷胱甘肽生物合成中的应用 、AIP再生系统 ATP再生和谷胱甘肽生物合成的耦合系统 三、生物合成谷胱甘肽种间耦合AIP再生系统的构建 16 第三节有机废水处理和聚羟基烷酸生产的耦合系统 研究背景 、实验装置 三、有机废水生产PHAs的初步研究 四、R. eumorphus利用不同有机酸生产PHAs的比较研究 五、有机废水生产PHAs的机理研究 有机废水厌氧酸化最佳工艺条件的探索 七、PHAs分批发酵 八、以有机废水酸化产物为底物进行PHAs流加发酵 第四节生物反应与产物分离的组合系统 随程溶剂萃取 、渗透萃取 、渗透蒸发 四、其它生物反应与产物分离技术 五、生物反应与产物分离组合系统的发展趋势
1 第三章 生物反应过程的系统优化技术.......................................................................... 2 第一节 系统优化技术概述....................................................................................... 2 一、系统的定义................................................................................................. 2 二、系统的形态................................................................................................. 2 三、系统的特征................................................................................................. 3 四、系统优化方法的基本原则............................................................................ 4 第二节 ATP再生系统及其在谷胱甘肽生物合成中的应用.......................................... 6 一、ATP再生系统 .............................................................................................. 6 二、ATP再生和谷胱甘肽生物合成的耦合系统 .................................................. 10 三、生物合成谷胱甘肽种间耦合ATP再生系统的构建........................................ 16 第三节 有机废水处理和聚羟基烷酸生产的耦合系统.............................................. 21 一、研究背景................................................................................................... 21 二、实验装置................................................................................................... 23 三、有机废水生产PHAs的初步研究.................................................................. 23 四、R. eutrophus 利用不同有机酸生产PHAs的比较研究.................................... 24 五、有机废水生产PHAs的机理研究.................................................................. 27 六、有机废水厌氧酸化最佳工艺条件的探索..................................................... 29 七、PHAs分批发酵 .......................................................................................... 32 八、以有机废水酸化产物为底物进行PHAs流加发酵 ......................................... 35 第四节 生物反应与产物分离的组合系统................................................................ 37 一、随程溶剂萃取............................................................................................ 38 二、渗透萃取................................................................................................... 39 三、渗透蒸发................................................................................................... 40 四、其它生物反应与产物分离技术................................................................... 40 五、生物反应与产物分离组合系统的发展趋势.................................................. 43
第三章生物反应过程的系统优化技术 第一节系统优化技术概述 在自然界和人类社会中,可以说任何事物都是以系统的形式存在的。人们在认识客观事 物或改造客观事物的过程中,用综合分析的思维方式看待事物,根据事物中内在的、本质 必然的联系,从整体的角度进行分析和研究,这类事物就被看作为一个系统。 系统的定义 系统的思想古已有之,但是将系统作为一个重要的科学概念予以研究,则是由奥地利理 论生物学家贝塔朗菲于1937年第一次提出来的,他认为系统是“一个相互作用的诸要素的 综合体”。到目前为止,系统的确切定义依照学科不同,使用方法不同和解决的问题不同而 有所区别,国外关于系统的定义不下40多个。我国科学家钱学森对系统的定义是:“系统 是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的,具有特定功能的有机整体,而且这个 整体又是它从属的更大的系统的组成部分”。换句话说,系统是同类或相关事物按一定的内 在联系组成的整体。相对于环境而言,系统具有一定目的、一定功能并相对独立。 在日常生活中,我们对系统这个词并不陌生,自然界和人类社会中的很多事物都可以看 作为系统,如消化系统,铁路系统、神经系统等:而一个工厂可以看作是由各个车间、科室、 后勤等构成的系统:一部交响乐也可以看作是由多个乐章构成的系统。系统是有层次的,大 系统中包含着小系统,如在自然界中,宇宙是一个系统,银河系又是一个从属于宇宙的的系 统,是宇宙的子系统,而太阳系又是从属于银河系的一个银河系的子系统,再往下,地球又 是太阳系的一个子系统等等。大系统有大系统的特定规律,小系统不仅要从属于大系统,服 从大系统规律,而且本身又有自己的特定规律性,这是自然科学、社会科学普遍存在的带有 规律性的现象。 二、系统的形态 系统是以不同的形态存在的。根据生产的原因和反映的属性不同,系统可以进行各种各 样的分类。系统的形态与其所要解决的问题密切相关。系统的一般形态有: )自然系统和人造系统 自然系统是自然物等形成的系统。它的特点是自然形成的。自然系统一般表现为环境系 统,如海洋系统、矿藏系统、生态系统、大气系统等。人造系统是为了达到人类所需要的目 的,由人类设计和建造的系统。如工程技术系统、经营管理系统、科学技术系统等。 实际上,多数系统是自然系统与人造系统相结合的复合系统,因为许多系统是由人类运 用科学力量认识和改造了的自然系统。如社会系统,看起来是一个人造系统,但是它的发生 和发展是不以人们的意志为转移的,而是有其内在的规律性。随着科学技术的发展,已出现 了越来越多的人造系统 (二)实体系统和概念系统 实体系统是以生物、矿物、能源、机械等实体组成的系统。就是说,它的组成要素是具 有实体的物质。如人一机系统,机械系统、电力系统等。实体系统以硬件为主体,以静态系 统的形式来表现。概念系统则是由概念、原理、方法、制度、程序的功能观念性的非物质实 体所组成的系统,它是以软件为主体,依附于动态系统的形式来表现的。如科技体制、教育 体系、法律系统、程序系统等 (三)封闭系统与开放系统
2 第三章 生物反应过程的系统优化技术 第一节 系统优化技术概述 在自然界和人类社会中，可以说任何事物都是以系统的形式存在的。人们在认识客观事 物或改造客观事物的过程中，用综合分析的思维方式看待事物，根据事物中内在的、本质、 必然的联系，从整体的角度进行分析和研究，这类事物就被看作为一个系统。 一、系统的定义 系统的思想古已有之，但是将系统作为一个重要的科学概念予以研究，则是由奥地利理 论生物学家贝塔朗菲于 1937 年第一次提出来的，他认为系统是“一个相互作用的诸要素的 综合体”。到目前为止，系统的确切定义依照学科不同，使用方法不同和解决的问题不同而 有所区别，国外关于系统的定义不下 40 多个。我国科学家钱学森对系统的定义是∶“系统 是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个 整体又是它从属的更大的系统的组成部分”。换句话说，系统是同类或相关事物按一定的内 在联系组成的整体。相对于环境而言，系统具有一定目的、一定功能并相对独立。 在日常生活中，我们对系统这个词并不陌生，自然界和人类社会中的很多事物都可以看 作为系统，如消化系统，铁路系统、神经系统等；而一个工厂可以看作是由各个车间、科室、 后勤等构成的系统；一部交响乐也可以看作是由多个乐章构成的系统。系统是有层次的，大 系统中包含着小系统，如在自然界中，宇宙是一个系统，银河系又是一个从属于宇宙的的系 统，是宇宙的子系统，而太阳系又是从属于银河系的一个银河系的子系统，再往下，地球又 是太阳系的一个子系统等等。大系统有大系统的特定规律，小系统不仅要从属于大系统，服 从大系统规律，而且本身又有自己的特定规律性，这是自然科学、社会科学普遍存在的带有 规律性的现象。 二、系统的形态 系统是以不同的形态存在的。根据生产的原因和反映的属性不同，系统可以进行各种各 样的分类。系统的形态与其所要解决的问题密切相关。系统的一般形态有： (一)自然系统和人造系统 自然系统是自然物等形成的系统。它的特点是自然形成的。自然系统一般表现为环境系 统，如海洋系统、矿藏系统、生态系统、大气系统等。人造系统是为了达到人类所需要的目 的，由人类设计和建造的系统。如工程技术系统、经营管理系统、科学技术系统等。 实际上，多数系统是自然系统与人造系统相结合的复合系统，因为许多系统是由人类运 用科学力量认识和改造了的自然系统。如社会系统，看起来是一个人造系统，但是它的发生 和发展是不以人们的意志为转移的，而是有其内在的规律性。随着科学技术的发展，已出现 了越来越多的人造系统。 (二)实体系统和概念系统 实体系统是以生物、矿物、能源、机械等实体组成的系统。就是说，它的组成要素是具 有实体的物质。如人─机系统，机械系统、电力系统等。实体系统以硬件为主体，以静态系 统的形式来表现。概念系统则是由概念、原理、方法、制度、程序的功能观念性的非物质实 体所组成的系统，它是以软件为主体，依附于动态系统的形式来表现的。如科技体制、教育 体系、法律系统、程序系统等。 (三)封闭系统与开放系统
封闭系统是指与外界环境不发生任何形式交换的系统。它不向环境输出也不从环境输 ,一般讲,它是专为研究系统目的而设定的。如封存的设备、仪器以及其他尚未使用的技 术系统等。开放系统是指系统内部与外部环境有能量、物质和信息交换的系统。它从环境得 到输入,并向环境输出,而且系统状态直接受到环境变化的影响。大部分人造系统属于这- 类,如社会系统、经营管理系统等。 (四)静态系统和动态系统 静态系统是其固有状态参数不随时间变化的系统。它没有既定的相对输入与输出,表征 系统运动规律的模型中不含时间因素,即模型中的变量不随时间而变化。如车间平面布置系 统、城市规划布局等。静态系统属于实体系统。动态系统是系统状态变量随时间而改变的系 统,它有输入和输出及转换过程,一般都有人的行为因素在内。如生产系统、服务系统、开 发系统、社会系统等 (五)对象系统和行为系统 对象系统是按照具体研究对象进行区分而产生的系统。如企业的经营计划系统、生产系 统、库存系统等。行为系统是以完成目的行为作为组成要素的系统。所谓行为是指为达到某 确定的目的而执行某特定功能的作用,这种作用对外部环境能产生一定的效用。行为系统 的区别是根据行为特征的内容加以区别的。也就是说,尽管有些系统组成部分及其有关内容 是相同的,但如果起执行特定功能的作用不同,那么它们就不能是同类的系统。行为系统 般需要通过组织体系来体现,如社会系统、经济系统、管理系统等。 (六)控制系统和因果系统 控制系统是具有控制功能和手段的系统。当控制系统由控制装置自动进行时,称之为自 动控制系统。因果系统是输出完全决定于输入的系统,其状态与结果具有一致性,这类系统 一般为测试系统,如信号系统、记录系统、测量系统等。因果系统必须是开放系统 具体系统的形态可能千变完化,但是基本上可以看作是由上述各种系统相互组合而形成的。 它们之间往往是相互交叉和相互渗透的。 三、系统的特征 系统应当具备四个基本特征: )整体性 系统是由两个以上有一定区别又有一定相关的要素所组成,系统的整体性主要表现为系 统的整体功能。系统的整体功能不是各组成要素的简单迭加,而是呈现出各组成要素所没有 的新功能,概括地表述为”"整体大于部分之和"。 (二)相关性 各要素组成了系统是因为它们之间存在相互联系、相互作用、相互影响的关系。这个关 系不是简单的加和,即1十1≠2,而是有可能是互相增强,也有可能是互相减弱。有效的系 统,各要素之间互补增强,使系统保持稳定,具有生命力。而要做到这一点,系统必须有 定的有序结构 (三)目的性 系统具有能使各个要素集合在一起的共同目的,而且人造系统通常具有多重目的。例如 企业的经营管理系统,在限定的资源和现有职能机构的配合下,它的目的就是为了完成或超 额完成生产经营计划,实现规定的质量、品种、成本、利润等指标
3 封闭系统是指与外界环境不发生任何形式交换的系统。它不向环境输出也不从环境输 入，一般讲，它是专为研究系统目的而设定的。如封存的设备、仪器以及其他尚未使用的技 术系统等。开放系统是指系统内部与外部环境有能量、物质和信息交换的系统。它从环境得 到输入，并向环境输出，而且系统状态直接受到环境变化的影响。大部分人造系统属于这一 类，如社会系统、经营管理系统等。 (四)静态系统和动态系统 静态系统是其固有状态参数不随时间变化的系统。它没有既定的相对输入与输出，表征 系统运动规律的模型中不含时间因素，即模型中的变量不随时间而变化。如车间平面布置系 统、城市规划布局等。静态系统属于实体系统。动态系统是系统状态变量随时间而改变的系 统，它有输入和输出及转换过程，一般都有人的行为因素在内。如生产系统、服务系统、开 发系统、社会系统等。 (五)对象系统和行为系统 对象系统是按照具体研究对象进行区分而产生的系统。如企业的经营计划系统、生产系 统、库存系统等。行为系统是以完成目的行为作为组成要素的系统。所谓行为是指为达到某 一确定的目的而执行某特定功能的作用，这种作用对外部环境能产生一定的效用。行为系统 的区别是根据行为特征的内容加以区别的。也就是说，尽管有些系统组成部分及其有关内容 是相同的，但如果起执行特定功能的作用不同，那么它们就不能是同类的系统。行为系统一 般需要通过组织体系来体现，如社会系统、经济系统、管理系统等。 (六)控制系统和因果系统 控制系统是具有控制功能和手段的系统。当控制系统由控制装置自动进行时，称之为自 动控制系统。因果系统是输出完全决定于输入的系统，其状态与结果具有一致性，这类系统 一般为测试系统，如信号系统、记录系统、测量系统等。因果系统必须是开放系统。 具体系统的形态可能千变完化，但是基本上可以看作是由上述各种系统相互组合而形成的。 它们之间往往是相互交叉和相互渗透的。 三、系统的特征 系统应当具备四个基本特征： (一)整体性 系统是由两个以上有一定区别又有一定相关的要素所组成，系统的整体性主要表现为系 统的整体功能。系统的整体功能不是各组成要素的简单迭加，而是呈现出各组成要素所没有 的新功能，概括地表述为"整体大于部分之和"。 (二)相关性 各要素组成了系统是因为它们之间存在相互联系、相互作用、相互影响的关系。这个关 系不是简单的加和，即 l 十 1≠2，而是有可能是互相增强，也有可能是互相减弱。有效的系 统，各要素之间互补增强，使系统保持稳定，具有生命力。而要做到这一点，系统必须有一 定的有序结构。 (三)目的性 系统具有能使各个要素集合在一起的共同目的，而且人造系统通常具有多重目的。例如 企业的经营管理系统，在限定的资源和现有职能机构的配合下，它的目的就是为了完成或超 额完成生产经营计划，实现规定的质量、品种、成本、利润等指标
四)环境适应性。 环境是指出现于系统以外的事物(物质、能量、信息)的总称,相对于系统而言,环境 是一个更高级的、复杂的系统。所以系统时时刻刻存在于环境之中,与环境是相互依存的。 因此,系统必须适应外部环境的变化,能够经常与外部环境保持最佳的适应状态,才能得以 存在。对于社会系统而言,任何系统都是发展和变化着的,根据系统的目的,有时增加一些 要素,有时删除一些要素。也存在系统的分裂及合并,研究系统,尤其是研究社会系统,应 当有发展的观点 四、系统优化方法的基本原则 生物反应系统所包含的参数绝大多数属于不可控因素,且它们相互制约,互为条件。在 外界环境约束条件下,要正确处理好众多因素之间的关系,除非采用系统优化技术,否则难 以得到满意结果。生物反应系统优化的基本思想是整体优化的思想,对所研究的对象采用定 性或定量的模型优化技术,使系统整体目标最优。生物反应系统优化方法的原则主要有以下 四个方面 (一)系统整体性原则 世界上的一切事物、现象和过程,几乎都是自成系统而又互成系统。客观世界的整体性 正是系统优化方法整体性原则的来源和依据。在系统优化中,要求把研究对象看成由不同部 分构成的有机整体,把全局观点、整体观点贯彻于整个研究的各个方面、各个部分、各个阶 段。整体性原则具体包括:(1)不能从系统的局部得出有关系统整体的结论;(2)分系统的目 标必须服从于系统整体的目标 (二)系统有序相关原则 凡是系统都是有序的。系统的有序性,是系统有机联系的反映,系统的任何联系都是按 定等级和层次进行的,都是秩序井然、有条不紊的。在系统层次上表现出来的整体特性是 由要素或分系统组成的系统,由于内部结构方式、有序程度的不同,系统的整体功能表现出 极大的差异性。各要素(分系统)之间的相互关系越走向有序,系统的整体功能就越强,因 此,为获得预期的整体功能,从方法论上应把注意力集中于系统内部要素之间,以及各分系 统之间的相互关联上。 (三)系统目标优化原则 最优化的观念贯穿系统优化的始终,它是系统优化技术的指导思想和追求目标。最优化 技术是40年代发展起来的一门较新的数学分支,近几年发展迅速,应用范围愈来愈广,其 方法也愈来愈成熟,所能解决的实际问题也愈来愈多。所谓最优化,就是在一定的约束条件 下,如何求出使目标函数为最大(或最小)的解。求解最优化问题的方法称为最优化方法 般讲,最优化技术所研究的问题是对众多方案进行研究,并从中选择一个最优的方案。一个 系统往往包含许多参数,受外部环境影响较大,有些因素属于不可控因素。因此,也可以说, 优化问题是在不可控参数发生变化的情况下,根据系统的目标,经常、有效地确定可控参数 的数值,使系统经常处于最优状态。系统最优化离不开系统模型化。先有模型化而后才有系 统最优化 (四)系统动态性原则 系统优化是一个比较复杂的过程,研究对象内部复杂的相互作用和外部环境的多变性, 使系统本身呈现出动态特性。因此,应把实施对象看作一个动态过程,分析系统内外的各种
4 (四)环境适应性。 环境是指出现于系统以外的事物（物质、能量、信息）的总称，相对于系统而言，环境 是一个更高级的、复杂的系统。所以系统时时刻刻存在于环境之中，与环境是相互依存的。 因此，系统必须适应外部环境的变化，能够经常与外部环境保持最佳的适应状态，才能得以 存在。对于社会系统而言，任何系统都是发展和变化着的，根据系统的目的，有时增加一些 要素，有时删除一些要素。也存在系统的分裂及合并，研究系统，尤其是研究社会系统，应 当有发展的观点。 四、系统优化方法的基本原则 生物反应系统所包含的参数绝大多数属于不可控因素，且它们相互制约，互为条件。在 外界环境约束条件下，要正确处理好众多因素之间的关系，除非采用系统优化技术，否则难 以得到满意结果。生物反应系统优化的基本思想是整体优化的思想，对所研究的对象采用定 性或定量的模型优化技术，使系统整体目标最优。生物反应系统优化方法的原则主要有以下 四个方面∶ (一)系统整体性原则 世界上的一切事物、现象和过程，几乎都是自成系统而又互成系统。客观世界的整体性 正是系统优化方法整体性原则的来源和依据。在系统优化中，要求把研究对象看成由不同部 分构成的有机整体，把全局观点、整体观点贯彻于整个研究的各个方面、各个部分、各个阶 段。整体性原则具体包括∶(1)不能从系统的局部得出有关系统整体的结论；(2)分系统的目 标必须服从于系统整体的目标。 (二)系统有序相关原则 凡是系统都是有序的。系统的有序性，是系统有机联系的反映，系统的任何联系都是按 一定等级和层次进行的，都是秩序井然、有条不紊的。在系统层次上表现出来的整体特性是 由要素或分系统组成的系统，由于内部结构方式、有序程度的不同，系统的整体功能表现出 极大的差异性。各要素（分系统）之间的相互关系越走向有序，系统的整体功能就越强，因 此，为获得预期的整体功能，从方法论上应把注意力集中于系统内部要素之间，以及各分系 统之间的相互关联上。 (三)系统目标优化原则 最优化的观念贯穿系统优化的始终，它是系统优化技术的指导思想和追求目标。最优化 技术是 40 年代发展起来的一门较新的数学分支，近几年发展迅速，应用范围愈来愈广，其 方法也愈来愈成熟，所能解决的实际问题也愈来愈多。所谓最优化，就是在一定的约束条件 下，如何求出使目标函数为最大(或最小)的解。求解最优化问题的方法称为最优化方法。一 般讲，最优化技术所研究的问题是对众多方案进行研究，并从中选择一个最优的方案。一个 系统往往包含许多参数，受外部环境影响较大，有些因素属于不可控因素。因此，也可以说， 优化问题是在不可控参数发生变化的情况下，根据系统的目标，经常、有效地确定可控参数 的数值，使系统经常处于最优状态。系统最优化离不开系统模型化。先有模型化而后才有系 统最优化。 (四)系统动态性原则 系统优化是一个比较复杂的过程，研究对象内部复杂的相互作用和外部环境的多变性， 使系统本身呈现出动态特性。因此，应把实施对象看作一个动态过程，分析系统内外的各种
变化,掌握变化的性质、方向和趋势,采取相应的手段,改进研究方法,在动态变化中对系 统整体进行优化 (五)系统分解综合原则 分解是将系统中具有密切相关关系的要素进行分组。对系统来说就是归纳出相对独立、 层次不同的分系统。综合则是完成新系统的筹建过程,即选择具有性能好、适用性强的分系 统,设计出它们的相互关系,形成具有更广泛价值的系统,以达到预定的目的。分解的方法 是多种多样的,一般可按结构要素、功能要素、时间序列、空间状态等方法进行分解。分解 的原则,既要满足于系统的构建要求,又要便于进行研究 (六)系统创造思维原则 系统创造思维的基本原则有两条。其一是把陌生的事物看作熟悉的东西,用己有的知识 加以辩识和解决。从这条原则出发,不只是对新的事物给以旧的解释,还可能给予新的解释, 从而创造出新的理论。其二是把熟悉的对象看作陌生的东西,用新的方法、新的原则加以研 究,从而创造出新的理论,新的技术。这往往是被人们忽略的原则。创造性思维活动极为复 杂,它的形式多种多样,并且常常以多种形式互相重叠交错在一起 五、本章主要内容 图3-1-1是生物反应系统的整体示意图。对这样一个复杂的系统进行优化研究,必须从 优化系统内部各要素的功能和相互间的关系、系统与环境的关系入手,才能使系统实现优化 配置。我们在实践中研究过的生物系统主要包括:(1)生物产品合成的能量(AIP)或辅因子 (NADH)再生系统:(2)废水生物处理的厌氧一好氧组合处理系统:(3)生物反应与产物提取的 耦合系统;(4)有机废水处理和有用物质生产的耦合系统。对这些系统进行优化,主要内容 包括两个方面:首先要构建一个系统,然后使这一系统高效运行。本章对此作一介绍。 发酵技术酶技术 培养技术 反应器 加工过程 加工过程 目的产物 成本经济 应用价值 的生物 大规模 传统育 基因工程 遗传学 图3-1-1生物反应系统示意图 5
5 变化，掌握变化的性质、方向和趋势，采取相应的手段，改进研究方法，在动态变化中对系 统整体进行优化。 (五)系统分解综合原则 分解是将系统中具有密切相关关系的要素进行分组。对系统来说就是归纳出相对独立、 层次不同的分系统。综合则是完成新系统的筹建过程，即选择具有性能好、适用性强的分系 统，设计出它们的相互关系，形成具有更广泛价值的系统，以达到预定的目的。分解的方法 是多种多样的，一般可按结构要素、功能要素、时间序列、空间状态等方法进行分解。分解 的原则，既要满足于系统的构建要求，又要便于进行研究。 (六)系统创造思维原则 系统创造思维的基本原则有两条。其一是把陌生的事物看作熟悉的东西，用已有的知识 加以辩识和解决。从这条原则出发，不只是对新的事物给以旧的解释，还可能给予新的解释， 从而创造出新的理论。其二是把熟悉的对象看作陌生的东西，用新的方法、新的原则加以研 究，从而创造出新的理论，新的技术。这往往是被人们忽略的原则。创造性思维活动极为复 杂，它的形式多种多样，并且常常以多种形式互相重叠交错在一起。 五、本章主要内容 图 3-1-1 是生物反应系统的整体示意图。对这样一个复杂的系统进行优化研究，必须从 优化系统内部各要素的功能和相互间的关系、系统与环境的关系入手，才能使系统实现优化 配置。我们在实践中研究过的生物系统主要包括∶(1)生物产品合成的能量(ATP)或辅因子 (NADH)再生系统；(2)废水生物处理的厌氧─好氧组合处理系统；(3)生物反应与产物提取的 耦合系统；(4)有机废水处理和有用物质生产的耦合系统。对这些系统进行优化，主要内容 包括两个方面∶首先要构建一个系统，然后使这一系统高效运行。本章对此作一介绍。 生物反应 过程 上游 加工过程 加工过程 下游 成本经济学 原料 的生物 具有 应用价值 传统育种 基因工程 细胞工程 目的产物 大规模 工艺开发 设计思想 遗传学 生理学 培养技术 反应器 发酵技术 酶技术 图 3-1-1 生物反应系统示意图