Modern biotechnology allows use the engineered microorganisms such as E.coli, yeast and algae for production of chemicals that are currently mainly derived from fossil fuel feedstocks.The current current biotechnologyは、主に化石燃料の原料を用いた化学物質の生産に、大腸菌、酵母、藻などの人工微生物を使用することを可能にします。 化石燃料原料からの複雑な変換ステップとは対照的に、このような生物学的ルートを採用したプロセス（「バイオベース化学物質」）は、場合によっては経済的に有望である可能性がある。 また、バイオプロセスは、生産条件が穏やかであることや、特定の製品に対して選択性があることなどの利点がある。 しかし、バイオリアクターの排水は希薄であるため（生成物が20 wt% 未満）、下流の分離にコストがかかる傾向がある（通常、総生産コストの60-80 %を占める）。 バイオ分離プロセスの合成に関する過去の研究は、主に特定の製品に焦点を当てたものであった。 また、一般的なプロセス合成の問題を体系的に扱う研究は限られています。 この目的のために、我々は超構造最適化に基づく、バイオ分離プロセスの合成のための一般的なフレームワークを開発する（図1参照）。

具体的には、一般的な分離原理と特定の製品の工業プロセスから得られた洞察に基づいて、まず、4つの分離段階を特定します。 ステージ1 – 細胞処理：細胞を収穫し、次に細胞を破壊して細胞内生成物を放出する（生成物が細胞内であれば存在し、生成物が細胞外であれば迂回する）。ステージ2 – 製品相分離：製品を含む相を分離する。ステージ3 – 集中および精製：水および不純物を除去する。ステージ4 – 精製：製品をさらに精製する。 この4つのステージに基づき、まず一般的なバイオ分離プロセスのステージ別分析を行う。 そして、各段階ごとに、接続ルールを体系的に実装して段階別上部構造を作成し、それらをすべて統合して、微生物を用いて生産されるすべての種類の化学物質を考慮した一般的な上部構造（図2参照）を生成する。 さらに、製品属性、技術の利用可能性、ケース特有の考慮事項、最終製品の仕様に基づいて、特定のインスタンスを解くための上部構造の削減方法を開発する（図2の例参照）。 そして、フレームワークで考慮されるすべてのタイプのユニットに対するショートカットモデルを含む一般的な最適化モデルを定式化する。 一般的なバイオ分離の上部構造（「調光」部分を含む）、および例示的なインスタンスの縮小上部構造（調光部分を除く）。 分離ネットワークに供給される初期製品流の製品は、細胞外（EX）、水に不溶（NSL）、軽量（LT、すなわち、水の密度より低い）、不揮発（NVL、すなわち、水の揮発より低い）、通常状態の液体（LQD）、及び商品化学物質（CMD）である。 最終製品形態が完全な無色であることが要求され、一般的な上部構造における技術はろ過を除いてすべて利用可能である。 ボックスはユニットを表し、その中のラベルはユニットの種類を表す。例えば、Dst（蒸留）、Mbr（膜）、Ext（抽出）、Ads（吸着）である。 共通の主要なタスクのために一緒に機能するユニットは、モジュール（破線の丸みを帯びた四角で表される）にグループ化され、対応するラベルは、モジュールに適用される製品の属性を示します。