從胡適之“麻將里有鬼”談起----發(fā)酵工藝雜談，獻給發(fā)酵行業(yè)最帥工程師

龍城飛將

孤城兄寫的很是深奧啊，持續(xù)關(guān)注，好好學(xué)習(xí)

葉赫娜蘭.孤城

早上，看到尹強賢弟留言，精神一振。

雖然實驗緊張（一篇論文的補充實驗），但還得要說兩句----萬一尹強這小子看了帖子，我這種剝洋蔥的隨筆方法，講了好久都不涉及具體數(shù)據(jù)分析技巧，別人怎么樣我不知道，但這家伙可能就要瘋了。

那。

上文說到，“真數(shù)據(jù)？假數(shù)據(jù)！”，“就是真數(shù)據(jù)，也是假數(shù)據(jù)！”

面對發(fā)酵過程參數(shù)，即“數(shù)據(jù)”，為何要有“覺悟”，或警覺，認(rèn)為就是真數(shù)據(jù)，也是“假”數(shù)據(jù)呢？這得在數(shù)據(jù)的構(gòu)成談起。

談數(shù)據(jù)構(gòu)成前，先講講數(shù)據(jù)的“來歷”。

葉赫娜蘭.孤城

發(fā)酵的過程參數(shù)，又叫“生理參數(shù)”。

這并不是說，微生物會和高等生物一樣，會有一個“生理”過程----天方夜譚，當(dāng)然不會的，但是，我們回想一下上回說到“復(fù)雜系”構(gòu)成上一級“母復(fù)雜系”的原則----簡單化。為什么？

其實，復(fù)雜系的相互作用的宏觀表現(xiàn)，（在即便沒有按照某種結(jié)構(gòu)過程構(gòu)成“母系統(tǒng)”）就是符合這個“簡單化”原則的。這有點像積分。

函數(shù)在Y軸的平行于X軸的映射，每一個可以看做是一個獨立的函數(shù)（簡單情況就是具體的數(shù)值，即常數(shù)函數(shù)），這些函數(shù)可以看做個體，作為“復(fù)雜系”的個體。在X軸上積分（注意，即便X軸上長度有限的線段，但線段上的點是無限的，可以與線段，射線，直線，甚至曲線上的點，一一對應(yīng)的），得到另一個函數(shù)--積分函數(shù)，這個函數(shù)可以類比為微觀上復(fù)雜系之間的宏觀表現(xiàn)。

通過這個類比，我們看，最后得到的積分函數(shù)，一定比積分前的函數(shù)，“復(fù)雜”嗎？甚至積分函數(shù)的性質(zhì)，一定比積分前函數(shù)在Y軸上的映射（尤其是當(dāng)不是常數(shù)函數(shù)時），“復(fù)雜”嗎？

我看不一定。

葉赫娜蘭.孤城

和積分不一樣的地方是，積分，一般是面對連續(xù)函數(shù)來說的，但是，子復(fù)雜系，細(xì)胞，在構(gòu)成（包括不去構(gòu)成）母復(fù)雜系，并在宏觀上有所表現(xiàn)時，理論上講，并不是連續(xù)的----看一看，每個細(xì)胞，每個個體，是獨立的，他怎么和其他細(xì)胞“連續(xù)”嘛！

是這樣嗎？

不是！起碼，在發(fā)酵中不能這樣看，理由有兩個。

1，細(xì)胞的最本質(zhì)特征，是代謝，也就是物質(zhì)（包括能量，動量）的交換。說簡單點，細(xì)胞這個系統(tǒng)，是“開放”的----細(xì)胞雖然獨立，單細(xì)胞生物的群體代謝，有可能----其實是在大多數(shù)情況下，是可以看做“連續(xù)”的。

2，有限和無限的轉(zhuǎn)化。
無限個不連續(xù)點，緊密相接，就可以“近似”看做連續(xù)的。同理：
有限個，足夠多的，不連續(xù)點，緊密相接，就可以“近似”看做連續(xù)的。

怎樣叫做“足夠多”，這個把有限近似成無限的“足夠多”的節(jié)點在哪兒？

實話實說，不知道。

但是，我們回憶一下第一頁我講到的游戲----橫豎幾個點的游戲，到了8道，也就是象棋，就已經(jīng)可以“變化無限”了，那我們就可以放心的“假定”，發(fā)酵面對的個體，已經(jīng)是“無限”的，是可以“積分”為簡單情況的“連續(xù)”。

其實，這不是“假定”，是事實。一遍一遍，甚至無窮多遍，被發(fā)酵過程工程師例證為正確的事實。

這個“積分”，這個宏觀上的細(xì)胞的表現(xiàn)，就是發(fā)酵的“發(fā)酵生理數(shù)據(jù)”----當(dāng)然，嚴(yán)格來講，措辭是錯的，因為微生物的宏觀表現(xiàn)，并不是建立在“結(jié)構(gòu)”上的，和高等生物不一樣，遠(yuǎn)沒有形成“器官”，哪來的“系統(tǒng)”，何談“生理”？

其實，別說器官，就是組織分化也沒有----微生物的一個比較“嚴(yán)格”點的界定（微生物沒有一般意義的“定義”，只有描述型界定----本來，微生物就不是一個分類學(xué)詞匯），就是“沒有組織分化的生物”（----誰界定的？我，葉孤城，呵呵，一笑）。

但是，“生理數(shù)據(jù)”，行業(yè)內(nèi)就這么叫了，而且，還“數(shù)據(jù)分析”（沒說綜合，呵呵）了，還總結(jié)了大量技巧。

有限和無限的轉(zhuǎn)化，這就是發(fā)酵過程工程的理論依據(jù)！

喜雨

知音少，弦斷有誰聽？

:hihi:

葉赫娜蘭.孤城

既然，從控制方法上講，宏觀和微觀在“復(fù)雜系構(gòu)成上一級母復(fù)雜系”時，具有了“聯(lián)系”，和“簡單化”，那么，確定過程參數(shù)，并且，對過程參數(shù)進行調(diào)控就成為可能。

為什么要在證明“復(fù)雜”和“簡單上”費這么大口舌呢？

因為，發(fā)酵的過程參數(shù)和化工不一樣。

有多么不一樣？

直接，和“間接”的區(qū)別，真和“假”的區(qū)別。

發(fā)酵，可以只需要，也只能夠，得到“間接”的“假”數(shù)據(jù)。區(qū)別，就這么大！

葉赫娜蘭.孤城

為什么這么說？

我還是先在畜牧說起，然后提到化工。

為什么畜牧業(yè)當(dāng)中，“概率學(xué)”特別重要呢？原因在于“小樣本”。

實驗個體，取樣觀察，如果是“非破壞性”檢測，如，稱重，那樣本中個體數(shù)目是多少？100只？1000只？10000只？

我接觸到的，宣稱自己樣本數(shù)最大的是帝斯曼（記不清，可能啊?？赡苁撬?。）在美國做的一個喂養(yǎng)實驗，多少個體？50000只。

呵呵，牛??！5萬只！

但是五萬個體，從樣本個體數(shù)目來看，在概率上，算什么？

小樣本！典型小樣本。

這是非破壞性試驗----稱重。

如果是破壞性試驗?zāi)?？你能想象把五萬頭豬或者雞（哪怕是雞），攪爛，榨汁，過濾，混合，而后檢測嗎？而且是每幾個小時，來他個“五萬只”“大攪拌”？

顯然不能。

其實，即便可以做到，這種“小樣本”，還是受概率影響，沒幾個小時來一次的額檢測數(shù)據(jù)，不具有連貫性，也沒法在曲線上做微分或積分----受概率影響，曲線的積分和微分就沒有意義。

但是，微生物能。發(fā)酵能。

在這一點上，發(fā)酵有優(yōu)勢----每次取樣（破壞性試驗），所取個體，不在全人類人口總和以上多少倍呢？

只有個體“數(shù)不過來”了，才是真正的“大樣本”。

于是，曲線的連貫性來了，微積分，也來了----概率，可以暫時不用了。

這是大樣本的好處。

當(dāng)然，這個優(yōu)勢是相對畜牧來的，但相對化工呢？

我們看一下，就會發(fā)現(xiàn)，化工，過程檢測，用的根本不是“大樣本”。

葉赫娜蘭.孤城

不是“大樣本”是什么？難道是“小樣本”？

錯。

化工在面對反應(yīng)釜進行離線數(shù)據(jù)檢測時，用的，既不是“大樣本”，更不是“小樣本”，而是“均勻樣本”。

什么是“均勻樣本”？

我們看一下海水。

把某一片海域，進入穩(wěn)態(tài)時，取樣，檢測含鹽量----我們用這個例子。

需要取幾次樣本？

三次，或五次。

舍去離群值，剩余的數(shù)據(jù)進行平均----對每個樣本如此處理，而后，在對樣本之間進行處理。

那么，這個“三次”，或“五次”，是看做包含多少個體呢？

根本沒有個體！整個海域就是一個個體，個體的每一部分，就體現(xiàn)全部的，真實的個體（就是整體）的性質(zhì)----3次，5次取樣，是為了部分抵消檢測誤差，而不是抵消個體在樣本中含量的概率問題。

這是“均勻樣本”。

得到均勻樣本，有兩個前提：

1，樣本中不含個體，或，換一種描述，取樣對象本身是一個完整的“個體”。
2，這個“個體”，其參數(shù)濃度，在任何方向上的函數(shù)，都為等同的一個常數(shù)。

這就是“化工”離線數(shù)據(jù)的假象模型。

葉赫娜蘭.孤城

化工離線檢測取樣模型，有什么好處？或說，均勻樣本，有什么好處？

在性質(zhì)上說，好處有兩個，但是因為這兩個好處得到的工程上的“省略掉的”麻煩，就不勝數(shù)了（為什么“省略掉的”，要加引號？是因為并不是化工在發(fā)酵上“省略”----發(fā)酵，是化工的“兒子”，是在化工上誕生的發(fā)酵，所以，這個所謂“省略”，其實是發(fā)酵在化工的基礎(chǔ)上復(fù)雜化，而不是化工在發(fā)酵的基礎(chǔ)上“簡化”）。

先看好處：

1，均質(zhì)樣本，在忽略檢測誤差的情況下，可以認(rèn)為能夠得到“真實值”，或，直接體現(xiàn)樣本性質(zhì)，也就是樣本的檢測目標(biāo)，“整體”的直接，或真實（特定時間點上）性質(zhì)的參數(shù)，和數(shù)值。
2，由于“均質(zhì)”，參數(shù)在時間的函數(shù)，就不再受宏觀，和，也尤其是不受微觀方向上性質(zhì)的影響。

那在工程上有什么“好處”呢？

我們看第一點帶來的，因為是真實值：
1，可以簡化“檢測-分析-反饋體系”的“分析”過程和手段----不必引入“復(fù)雜”（本身就是簡單系）。
2，（由于上面“1，”，則，）可以應(yīng)用目前數(shù)學(xué)算法，實現(xiàn)“反饋”操作。
3，（由于上面“1，2，”，則，）可以直接用具體參數(shù)，而不必分析參數(shù)曲線的趨勢，和其他曲線關(guān)系，直接規(guī)定數(shù)值，實現(xiàn)控制。

我們再看由第二點，因為“均質(zhì)”的好處：
4，由于均質(zhì)，則曲線在時間上變化，足以描述反應(yīng)進程，則，可以減少參數(shù)的設(shè)置。
5，同理，可以提前預(yù)知曲線或曲線微分的拐點，使參數(shù)的選點在不影響反應(yīng)的而前提下，盡可能稀疏。
6，綜合4，5，則，可以減少數(shù)據(jù)總量和處理難度----減少數(shù)據(jù)總量，則引出一個很大的優(yōu)點----提高控制精度！（因為數(shù)據(jù)越少，相對精度越高?。?br />
綜上所述，“均質(zhì)”，就是“簡單”，簡單就是“控制穩(wěn)定”，控制穩(wěn)定就是容易“工業(yè)化”----工業(yè)化本身是用“簡單”思路貫穿始終的。

那么發(fā)酵呢？

面對無窮多個復(fù)雜系的發(fā)酵呢？

相信朋友們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵工業(yè)，無一不是和它的“母親”，有機化工背道而馳的，而且，又只能用有機化工提供的設(shè)備，檢測方法，甚至，使用類似的從業(yè)人員----有機化工的“產(chǎn)業(yè)工人”！

可是，要想搞好發(fā)酵控制，偏偏要反其道而為之！----怎一個“難”字了得！

孟俊英

樣本容量是一方面，另一方面是均勻度。做無機、有機試驗，大多不用擔(dān)心這一問題，因為在溶液是進行，只要充分?jǐn)嚢杈托校腆w反應(yīng)也要充分混勻或充分加熱，均一性很好解決，不過過程控制也不簡單。比如液體炸藥，就是打破這種均衡產(chǎn)生巨大的破壞力。畜牧業(yè)生物試驗，樣本的均勻度是第一考慮要素，所以小樣品試驗期初要進行變異度分析，要“年齡、體重盡可能一致”。發(fā)酵，是另一個“界”。