正在進行時--發酵工藝控制要述

威寶和焰

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葉赫娜蘭孤城

　　　第七講，曲線的構成（第一部分）
　　　
2.1.1曲線構成
        我們已經知道，嚴格上講，發酵液是由6相及相間膜系統構成的復雜系，如果考慮到細胞的結構，最關鍵的部分就是磷脂雙分子膜及其空間相關部分（不要太注意蛋白，在結構上說，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代謝聯系在一起了。
        細胞，或說生命，就在這個連同它自己在內的系統中代謝了。這個代謝，就通過數據，通過參數，體現在宏觀上，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。
        在發酵液這個湍流體系中，數據的獲得，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，就決定了發酵過程工程師所面對的數值，必然是“假值”。
        通過假值，來得到盡可能真實的代謝狀況，就是發酵過程工程的任務。
        那么，在曲線的數據采集上，需要選擇參數的原則就如下：

葉赫娜蘭孤城

1，必須是密集取點。
2，必須多參數同時描述同一過程。
3，所需參數必須方便----包括快速和簡單----獲得。
4，不排斥可以預期的偏移。
　　        這個可預期的數據偏移，包括兩個方面，一個是有可能通過經驗方程或矯正系數計算，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），經驗，粗略預估（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，多參數廟會同一過程”的進一步強調，可以考慮，也必須考慮，把必要的隱性參數顯性化。

葉赫娜蘭孤城

　　以上是參數選取，以及開發檢測方法的5大原則。其中，前三項為基礎原則，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，在研發階段，需要遇到的參數為：
　　1，在線函數----溫度，溶氧，pH，攪拌轉速，通氣量，罐壓，冷卻水積分量及其微分與二次微分（這個參數，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的作用----把暗含的耗熱速率與糖代謝聯系在一起了），等。
　　2，離線函數----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----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）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 的發酵過程盡可能理順，來讓工程人員看清了。我說過，發酵是個“描述性控制”過程，是有別于“計算性控制”過程的。看清過程，在高度上把握，就知道要怎么做了。看法永遠比做法更重要---所謂做法，不過是看法的一個最微不足道的延伸。
　　拿到大量數據，并進行合理分析---其實是綜合----就是發酵的核心任務。

葉赫娜蘭孤城

第七講，曲線的構成（第一部分）
，隱性數據顯性化技法與參數的相關關系

        上一節講到了參數選取的5大原則，進而把常見參數列舉。其中，前三個為基礎原則，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----隱形函數的顯性化。甚至在發酵過程中，正常車間工藝生產時，當員工經驗不足或建廠時間不長等因素存在，考慮到穩定性，不要特別苛刻的挖掘最大潛力，也不會用到隱形函數顯性化技法，來進行過程控制。但是，一旦試圖挖掘最大潛力，或者在研發階段，就不能忽略隱性函數的顯性化了。
        這是因為，發酵是一個描述性控制，發掘最大潛力和研發工藝，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”，“特俗”等復雜描繪。
        那么，什么事復雜描繪呢？“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，甚至，您就“幼兒科技大”，“胎兒科技大”畢業，也備不住就不“傻”----那您說，傻是啥？
        所有復雜描繪，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，隱性曲線，必然是復雜描繪的---所有發酵曲線都是復雜的，但隱性曲線，不僅僅本身復雜，而且，他的描繪方式也是復雜的。而顯性函數，大部分都是本身復雜，描繪方式簡單的。（基于參數密集取點原則，所有函數就是曲線，本講座參數，函數，曲線，樣本，數據，數值等詞匯一般通用。）

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雜的性質。
        在第一性質，復雜描繪性上遞進，其實也就是復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：
第二，隱形函數顯性化過程，是嚴重依賴顯性函數的。
        在第二性質上繼續深化描述，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，彌合復雜事實與簡單手段的矛盾，就是發酵過程工程師的工作）隱形函數往往直接映射于某明確的顯性函數，或與某顯形函數具明確的映射關系。
        這三個特點，同時也是隱形函數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，講講隱形函數顯性化技巧及應用，那么，根據以上三個原則，現在最該需要的，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，存在于數值上，顯性化之前，存在于，或隱藏于其他數據之中----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“真實”的不真實著。）
        各曲線之間是什么關系呢？

葉赫娜蘭孤城

先看一個分區函數，這個函數是一切分析的基礎或起點。
F(x)=Aax+Bbln(x)+Ccx2+Dd1/2x+Ee+Ffg(x)+Gg
其中，
abcdefg是常數。
ABCDEFG是復雜函數，分別取1變化到接近0.
        這個函數的實質，是發酵經理延遲期（準直線），指數期（準指數曲線），前穩定器（準拋物線），穩定期（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。
        這種宏觀體現的其中一個表現是，本曲線如果（由于復雜性，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，但是，這個周期不可被延長-----他只在很少范圍內變動。當然，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是，實際上，不管是生長偶聯型產物還是衰亡偶聯型產物，高產的一般技巧，都是延長穩定器而不是對數期或衰退期。
        在糖氮磷代謝上，計算上冷卻水后，追蹤能量變化過程，也能體現其實任一期都包含有其他所有各期代謝的實質----只不過是各有偏重。
        所以，以上曲線，ABCDEFG各個函數，都不可能在任何時間完全取0值。

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