正在進行時--發(fā)酵工藝控制要述

威寶和焰

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葉赫娜蘭孤城

　　　第七講，曲線的構(gòu)成（第一部分）
　　　
2.1.1曲線構(gòu)成
        我們已經(jīng)知道，嚴格上講，發(fā)酵液是由6相及相間膜系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系，如果考慮到細胞的結(jié)構(gòu)，最關(guān)鍵的部分就是磷脂雙分子膜及其空間相關(guān)部分（不要太注意蛋白，在結(jié)構(gòu)上說，蛋白是保證功能順利實施的，而不是決定功能能不能實施的），那么，6相及其膜，就和細胞間與細胞內(nèi)代謝聯(lián)系在一起了。
        細胞，或說生命，就在這個連同它自己在內(nèi)的系統(tǒng)中代謝了。這個代謝，就通過數(shù)據(jù)，通過參數(shù)，體現(xiàn)在宏觀上，被我們所知道和把握---比較松散和靈活的，充滿大量揣測的，所把握。
        在發(fā)酵液這個湍流體系中，數(shù)據(jù)的獲得，并不是細胞破碎混合，而是把所有固形物與膠體去除，然后在離心液中進行檢測。則檢測值必然是間接的，這個“間接”的實質(zhì)，就決定了發(fā)酵過程工程師所面對的數(shù)值，必然是“假值”。
        通過假值，來得到盡可能真實的代謝狀況，就是發(fā)酵過程工程的任務(wù)。
        那么，在曲線的數(shù)據(jù)采集上，需要選擇參數(shù)的原則就如下：

葉赫娜蘭孤城

1，必須是密集取點。
2，必須多參數(shù)同時描述同一過程。
3，所需參數(shù)必須方便----包括快速和簡單----獲得。
4，不排斥可以預(yù)期的偏移。
　　        這個可預(yù)期的數(shù)據(jù)偏移，包括兩個方面，一個是有可能通過經(jīng)驗方程或矯正系數(shù)計算，而并入
　　f(x)=Ag(x)+B
　　的校正項，即AB兩項。
　　或雖然不可以計算，但可以通過忽略（不是真的忽略），經(jīng)驗，粗略預(yù)估（不是真的粗略）來把偏移值并入
　　f(x)=Ag(x)+B
　　的校正項。
　　5，出于對“2，多參數(shù)廟會同一過程”的進一步強調(diào)，可以考慮，也必須考慮，把必要的隱性參數(shù)顯性化。

葉赫娜蘭孤城

　　以上是參數(shù)選取，以及開發(fā)檢測方法的5大原則。其中，前三項為基礎(chǔ)原則，后兩項為附加或遞進原則。
　　回顧在車間部分談到的檢測值，我們認為，在研發(fā)階段，需要遇到的參數(shù)為：
　　1，在線函數(shù)----溫度，溶氧，pH，攪拌轉(zhuǎn)速，通氣量，罐壓，冷卻水積分量及其微分與二次微分（這個參數(shù)，尤其是冷卻水總量的二次微分，實際上也含有顯性化隱性指標(biāo)的作用----把暗含的耗熱速率與糖代謝聯(lián)系在一起了），等。
　　2，離線函數(shù)----pH,糖，氮，磷及其積分，效價積分及其微分與二次微分，補料總量及其微分，補水時間，菌體總量，尾氣二氧化碳含量等。
　　3，顯性化的隱性參數(shù)----效價潛力量，糖，氮，磷消耗量與補料通過濃度換算后合成的統(tǒng)一曲線----可以是消耗量，也可以是補充量，罐壓（與二氧化碳和氧氣溶入逸出速率有關(guān)）和尾氣二氧化碳分析值綜合處理后得到的氧氣消耗速率預(yù)期值。周期---通過對所有曲線二次微分后看細胞整體代謝的階段性周期波動，以確定其周期---每一批次的不同變化，等。

葉赫娜蘭孤城

　　這樣能夠把整個模糊和混沌 的發(fā)酵過程盡可能理順，來讓工程人員看清了。我說過，發(fā)酵是個“描述性控制”過程，是有別于“計算性控制”過程的?？辞暹^程，在高度上把握，就知道要怎么做了?？捶ㄓ肋h比做法更重要---所謂做法，不過是看法的一個最微不足道的延伸。
　　拿到大量數(shù)據(jù)，并進行合理分析---其實是綜合----就是發(fā)酵的核心任務(wù)。

葉赫娜蘭孤城

第七講，曲線的構(gòu)成（第一部分）
，隱性數(shù)據(jù)顯性化技法與參數(shù)的相關(guān)關(guān)系

        上一節(jié)講到了參數(shù)選取的5大原則，進而把常見參數(shù)列舉。其中，前三個為基礎(chǔ)原則，后兩個為遞進原則。一般在化工控制（含更低級的如機械制造控制）中，很少會涉及樣本選擇的遞進原則，尤其是第二遞進原則----隱形函數(shù)的顯性化。甚至在發(fā)酵過程中，正常車間工藝生產(chǎn)時，當(dāng)員工經(jīng)驗不足或建廠時間不長等因素存在，考慮到穩(wěn)定性，不要特別苛刻的挖掘最大潛力，也不會用到隱形函數(shù)顯性化技法，來進行過程控制。但是，一旦試圖挖掘最大潛力，或者在研發(fā)階段，就不能忽略隱性函數(shù)的顯性化了。
        這是因為，發(fā)酵是一個描述性控制，發(fā)掘最大潛力和研發(fā)工藝，都需要對菌株進入深度解讀和了解階段。僅僅靠簡單參數(shù)描繪，就不可能描繪的清楚了----就好像要描繪一個人，除了身高，體重等簡單描繪，還需要“比較帥”，“比較傻”，“比較有氣質(zhì)”，“特俗”等復(fù)雜描繪。
        那么，什么事復(fù)雜描繪呢？“這人特傻！”或“這人忒俗！”描繪詞匯不是很簡單嗎？就兩個字“傻”，和“俗”，不簡單嗎？是呀，是簡單，但是，您給傻和俗做一個定義試試，怎么樣，傻了吧？
        這是因為復(fù)雜描述得到的簡單，里面包含有綜合信息----傻，不是智商低，不是不會腦筋急轉(zhuǎn)彎，甚至不是不會考試---這都不一定就被描述成“傻”，而反過來說，可以被精確并且準確描繪成傻的，說不定還正當(dāng)著哪所名校的教授副教授也指不定呢，更深一步，您就是少年科技大畢業(yè)，甚至，您就“幼兒科技大”，“胎兒科技大”畢業(yè)，也備不住就不“傻”----那您說，傻是啥？
        所有復(fù)雜描繪，都有可能因為包含綜合信息太多，而描繪不清----它被清清楚楚的“描繪不清”。
        這就是隱性曲線的第一個性質(zhì)，隱性曲線，必然是復(fù)雜描繪的---所有發(fā)酵曲線都是復(fù)雜的，但隱性曲線，不僅僅本身復(fù)雜，而且，他的描繪方式也是復(fù)雜的。而顯性函數(shù)，大部分都是本身復(fù)雜，描繪方式簡單的。（基于參數(shù)密集取點原則，所有函數(shù)就是曲線，本講座參數(shù)，函數(shù)，曲線，樣本，數(shù)據(jù)，數(shù)值等詞匯一般通用。）

葉赫娜蘭孤城

第一，隱性曲線的顯性化描繪過程及描繪技巧必然具有復(fù)雜的性質(zhì)。
        在第一性質(zhì)，復(fù)雜描繪性上遞進，其實也就是復(fù)雜描繪性的進一步說明或另一個角度說明，就得到第二性質(zhì)：
第二，隱形函數(shù)顯性化過程，是嚴重依賴顯性函數(shù)的。
        在第二性質(zhì)上繼續(xù)深化描述，得到顯性化第三個特征：
第三，出于對工藝可控的簡單化考慮（連接，彌合復(fù)雜事實與簡單手段的矛盾，就是發(fā)酵過程工程師的工作）隱形函數(shù)往往直接映射于某明確的顯性函數(shù)，或與某顯形函數(shù)具明確的映射關(guān)系。
        這三個特點，同時也是隱形函數(shù)顯性化過程中的技法原則。

葉赫娜蘭孤城

下面我們以效價潛能為例，講講隱形函數(shù)顯性化技巧及應(yīng)用，那么，根據(jù)以上三個原則，現(xiàn)在最該需要的，就是先就所有曲線----包括隱性曲線---并不是你還沒有把它顯性它就不存在的----雖然，總效價潛力是一個虛構(gòu)的，不存在的，或，就像“冷”并不存在，只不過是熱的欠缺一樣不存在，但，總效價潛能曲線確實是存在的----顯性化之后，存在于數(shù)值上，顯性化之前，存在于，或隱藏于其他數(shù)據(jù)之中----就所有曲線進行分析，綜合，然后描述，進而理解。然后，按照第二，第三原則，找到和顯性曲線最相關(guān)的那一條，即其映射曲線。最后，通過驗證顯性化之后的曲線。驗證處為：1，與工藝過程相關(guān)度。2，描述工藝過程靈敏度。3，方便程度。（注意，不驗證準度或真實度，因為隱性曲線本身就是不“真實”的。它相當(dāng)“真實”的不真實著。）
        各曲線之間是什么關(guān)系呢？

葉赫娜蘭孤城

先看一個分區(qū)函數(shù)，這個函數(shù)是一切分析的基礎(chǔ)或起點。
F(x)=Aax+Bbln(x)+Ccx2+Dd1/2x+Ee+Ffg(x)+Gg
其中，
abcdefg是常數(shù)。
ABCDEFG是復(fù)雜函數(shù)，分別取1變化到接近0.
        這個函數(shù)的實質(zhì)，是發(fā)酵經(jīng)理延遲期（準直線），指數(shù)期（準指數(shù)曲線），前穩(wěn)定器（準拋物線），穩(wěn)定期（準水平直線），衰退期（準半衰曲線）過程中，每個階段實際上包含有其他所有階段代謝的事實。而且，其他每階段代謝在本階段上，都會有宏觀體現(xiàn)。
        這種宏觀體現(xiàn)的其中一個表現(xiàn)是，本曲線如果（由于復(fù)雜性，是不可能計算得到的，所以也只能）是實測曲線，則其二次微分存在周期性波動。這個波動，細菌是20-25小時之間，放線菌，酵母菌30小時左右，絲狀真菌35-40小時。你可以延長以上曲線的任意一區(qū)，但是，這個周期不可被延長-----他只在很少范圍內(nèi)變動。當(dāng)然，可以通過這種變動推測工藝水平（不可庸俗認為比以往短了點或長了點就是好或壞，得綜合對待）。
        在宏觀的另一個體現(xiàn)是，實際上，不管是生長偶聯(lián)型產(chǎn)物還是衰亡偶聯(lián)型產(chǎn)物，高產(chǎn)的一般技巧，都是延長穩(wěn)定器而不是對數(shù)期或衰退期。
        在糖氮磷代謝上，計算上冷卻水后，追蹤能量變化過程，也能體現(xiàn)其實任一期都包含有其他所有各期代謝的實質(zhì)----只不過是各有偏重。
        所以，以上曲線，ABCDEFG各個函數(shù)，都不可能在任何時間完全取0值。

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