正在進(jìn)行時--發(fā)酵工藝控制要述

葉赫娜蘭孤城

另一個決定發(fā)酵的控制體系特點(diǎn)的原因（或另一個視點(diǎn)下，理順發(fā)酵控制系---“取樣-分析-反饋”體系的方法或路線；其實，這體現(xiàn)了上一講我說的系統(tǒng)工程的“復(fù)合體系”特點(diǎn)，就是說體系與大體系和子體系的關(guān)系是復(fù)合而靈活的，或，“柔軟”的，非剛性的），是樣本大小的區(qū)別。這就需要把工業(yè)控制系所面對的樣本做一個分類，然后理順。

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備注與劇透：

以后，在研發(fā)部分，會講到泄密公式化計算----即安全公式。

而且，還會講到適度泄密或存在有泄密風(fēng)險情況下對研發(fā)速度及質(zhì)量的影響----負(fù)面的，和正面的---沒錯，也有正面的。因此研發(fā)部門不會把所有泄密渠道全部堵死---只要在泄密造成大的危害前，掙得足夠挽回投入并滿足預(yù)期的錢就夠了。

是不是？就是這么有趣--- ---{:4_197:}

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要實現(xiàn)控制，就離不開樣本的采集，樣本本身的性質(zhì)，是除了工藝過程性質(zhì)和工程人員所面對客體性質(zhì)的另一個影響過程工程的重要因素。當(dāng)然，這其實又是同一個問題，甚至可以說，工藝和客體（發(fā)酵上講就是細(xì)胞）就是通過樣本而讓工程人員控制的。一般說來，樣本分為三種，化工合成所面對樣本，屬于第一種，機(jī)械制造屬于第二種（許多社會科學(xué)，種植業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)和手工業(yè)等非工業(yè)行業(yè)實現(xiàn)調(diào)查或控制時，也使用這種樣本），發(fā)酵上用第三種樣本。
第一種叫做無個體樣本，或稱，均質(zhì)樣本。當(dāng)取樣樣本不含有任何明確個體時，就是均質(zhì)樣本。一般說來，均質(zhì)樣本的樣本量的大小（如毫升數(shù)，或重量）與取樣位置不影響檢測值，如繪制相對固定海域內(nèi)的含鹽量變化曲線所用樣本。其特點(diǎn)是連續(xù)可導(dǎo)，并且，可以被公式（經(jīng)驗方程）或其他方式進(jìn)行較為精確的數(shù)學(xué)描述。
化工上用的往往是均質(zhì)樣本或其變種----往往會有不同性質(zhì)的液相或液-固相或氣-液相而演變成均質(zhì)樣本的復(fù)合形式。但是，萬變不離其宗的是它中就可以看做是均質(zhì)的，也即，不包含有明確個體的樣本。面對這樣的樣本，進(jìn)行用經(jīng)驗方程的描述和推算總是可以成功的，由于過程連續(xù)可導(dǎo)，描述整個過程也不會太難。這就決定了化工過程不可能像發(fā)酵一樣使用多參數(shù)密集取點(diǎn)描述同一過程這樣的控制模式。
第二種叫做小樣本。之所以說小，是指樣本中個體含量----小到什么地步呢？不管個體數(shù)目多少，只要樣本量的大小變化足矣影響檢測結(jié)果時，就是小樣本。如機(jī)械制造的成品率。說的更常見一些，比如，養(yǎng)殖行業(yè)中的飼養(yǎng)試驗。
這種樣本是不連續(xù)，不可導(dǎo)，只可以歸納的。另一個特點(diǎn)就是概率論在此發(fā)揮了作用。

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第三種樣本叫做大樣本。大樣本，是指樣本中個體含量超過節(jié)點(diǎn)，結(jié)果樣本量的大小與檢測值再次失去關(guān)系----發(fā)酵是唯一使用大樣本的工業(yè)化過程。為什么說它“大”是因為取50毫升發(fā)酵液，和取100毫升發(fā)酵液，還是25毫升發(fā)酵液，來類似對應(yīng)50噸，500噸發(fā)酵罐內(nèi)代謝時，不會有檢測上的變化----只要取足夠檢測的幾十毫升，則包含個體已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于世界上全人類總和了（如，一般細(xì)菌可以達(dá)到幾十億到幾百億每克）。
更何況，為了檢測方便，往往也是過濾掉菌體后，測沒有菌體和固形物的水相（菌體屬于膠體相，固形物為培養(yǎng)基固體部分，屬固相）中物質(zhì)含量來當(dāng)做生理參數(shù)的。就更加與樣本取量無關(guān)了。
大樣本的特點(diǎn)是，其連續(xù)可導(dǎo)性向均質(zhì)樣本回歸，也就是說，與均質(zhì)樣本一樣，大樣本也可以繪制連續(xù)光滑曲線的----這是發(fā)酵上頻繁利用微積分原理而不需要概率論的原因。但是，大樣本的另一個特征是，數(shù)學(xué)描述困難，不可精確描述性明顯。如果樣本中個體是復(fù)雜系，則經(jīng)驗公式明顯不可以提出。不管如何簡化，任何貌似指數(shù)曲線或半衰曲線或漸近線的曲線，其“校正系數(shù)”都不是真正的系數(shù)，而是一個無法描述的復(fù)雜函數(shù)。使用擬合法得到的曲線沒有任何指導(dǎo)意義，過程工程人員只能在充分理解牛頓和萊布尼茲的本意與原理上，對每一次，每一條復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行時間上連續(xù)的微分，積分，二次微分，并結(jié)合微生物學(xué)與生物化學(xué)知識與經(jīng)驗，進(jìn)行盡可能合乎事實的判斷，來揣測發(fā)酵進(jìn)行的實際情況----這就養(yǎng)成了發(fā)酵過程工程師思維上的另一個特點(diǎn)----酷愛推理，而擁有超強(qiáng)的綜合能力，但是，只要能指導(dǎo)目前的工藝過程，就會很滿足的應(yīng)用這次提出的假說，而不會窮思詰辯的證明此假說在更廣闊的范圍內(nèi)是對是錯。
在強(qiáng)調(diào)一遍，任何形成具體公式的微積分方程對發(fā)酵控制是沒有意義的----發(fā)酵對微積分的依賴，更多的時候是依賴其原理。
同樣的，不僅僅發(fā)酵工程包含有低級變化的特征（物理變化和化學(xué)變化），發(fā)酵的過程控制，即其“取樣-分析-反饋”體系，也是由低級和高級共同復(fù)合而成的。
在整個過程中，體現(xiàn)了近似均質(zhì)樣本的不太明顯的大樣本控制模式，還包含了典型的，完全不同于均質(zhì)樣本的明顯的大樣本控制模式。具體表現(xiàn)為在線函數(shù)和離線函數(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用。

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1.1.2.1在線函數(shù)

在線函數(shù)比較簡單。兩句話即可表達(dá)清楚：
1，        在線函數(shù)是對發(fā)酵過程近似化工控制的手段的體現(xiàn)，基本上套用或沿用均質(zhì)樣本控制過程的手段。
2，        在線函數(shù)對于發(fā)酵過程控制來講是不典型的，輔助的手段，它是為離線函數(shù)服務(wù)的，是為了更好地繪制離線函數(shù)，并使離線函數(shù)穩(wěn)定而存在的。

      站在這個角度上講，在線函數(shù)在發(fā)酵中所占地位是不高的。最起碼，在線函數(shù)的實測函數(shù)在進(jìn)行生理分析時用處不大----往往要把在線函數(shù)進(jìn)行微分或積分。如，冷卻水流量是一個衡量代謝速率的量，而在分析時（其實“分析”是習(xí)慣性說法，發(fā)酵上用的技法嚴(yán)格來說是“綜合”，而不是分析），往往會做二次積分，然后與其他參數(shù)，主要還是離線參數(shù)，如糖耗總量（或補(bǔ)糖總量），生物量變化參酌進(jìn)行，以找到代謝過程和產(chǎn)物之間的聯(lián)系----這種技巧會經(jīng)常遇到。

      常見在線函數(shù)，從重要程度排列為：pH,溶氧，溫度，通氣量，攪拌速率，罐壓。其中，pH往往和補(bǔ)料偶聯(lián)，如控制酸堿，氨水（或液氨----這個比較危險，只有幾百噸的大罐才用，近些年比較普遍起來了），糖，等。以實現(xiàn)實時反饋（當(dāng)然發(fā)酵上更常用的是“假實時控制法”，即用某種換算方式，用“補(bǔ)料公式”分時段控制，錯時校正，而實現(xiàn)代謝上的實時對應(yīng)----實際上是一種比較復(fù)雜的錯時控制。）

      更多的時候，在線函數(shù)并不參與代謝分析，而是為離線函數(shù)提供盡可能穩(wěn)定的支持與背景---當(dāng)然，這里面也包含有保證菌體代謝正常的意義。

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1.1.2.2離線函數(shù)
離線函數(shù)是真正分析的利器，但是由于離線函數(shù)檢測時間限制，一般離線函數(shù)取點(diǎn)間隔都會在半小時以上，多為一小時，兩小時，四小時，八小時為最長。以品種或發(fā)酵周期不同而不同。我接觸過最長周期十幾天的，是8小時取樣。最短周期是8小時的（分子生物學(xué)發(fā)酵），半小時取樣。因為有這個時間限制，使得雖然“可測曲線”實際上是連續(xù)可導(dǎo)，而“實測曲線”卻是不連續(xù)點(diǎn)，這樣就要求通過對多個參數(shù)繪制折線進(jìn)行分析，把“可測曲線”也就是實際代謝給推測，猜測，虛構(gòu)出來。此處是整個發(fā)酵工藝的核心技術(shù)。由于其中的具體技巧將在研發(fā)部分“曲線構(gòu)成”中進(jìn)一步展開，并在舉例中具體應(yīng)用，則此處略講一下個參數(shù)名稱。
常見參數(shù)有：pH，糖，氮，磷含量，產(chǎn)物累計濃度（效價），菌濃（生物量），補(bǔ)糖量，補(bǔ)堿（或氨）量，補(bǔ)水量等等。
其中，pH是用來校正在線pH，分析時相信離線數(shù)據(jù)。補(bǔ)水是用來降低粘度，提高溶氧的。
要警覺的是，各參數(shù)參酌來看才有意義，單條曲線不說明任何問題。另外，沒有經(jīng)過處理的曲線（沒有經(jīng)過必要微分，積分以顯現(xiàn)或放大與其他曲線關(guān)系），或曲線的實測值，不能直接說明問題。

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1.1.2.3函數(shù)與代謝過程關(guān)系
可以看到，函數(shù)式代謝的鏡子，沒有函數(shù)，就不可能掌握代謝方向。函數(shù)又是發(fā)酵過程工程師的眼睛----對發(fā)酵的控制，就是通過它實現(xiàn)的。
實時的在線參數(shù)，和錯時的離線參數(shù)，是保證發(fā)酵方向的唯一手段，更嚴(yán)格一點(diǎn)說，離線參數(shù)，或離線函數(shù)，是發(fā)酵過程工程師的唯一手段，其他一切，為這個手段的實施做服務(wù)。就這個手段上，充分體現(xiàn)了發(fā)酵的矛盾，工業(yè)化對過程精確描述的內(nèi)在訴求和發(fā)酵面對客體的復(fù)雜性的矛盾。所以，這個手段的應(yīng)用，以拋棄自我，尊重客觀，充分理解為主，而以調(diào)控菌體為輔。一個發(fā)酵過程工程師，永遠(yuǎn)也不要問自己做到什么，而要時刻問自己，看到了什么，就是這個道理。
離線函數(shù)的意義不言而喻，則車間必須神圣化取樣和檢測----一般車間取樣，雙人，雙樣，取樣人互不交流樣本，檢測人員與取樣人員分開，不準(zhǔn)到取樣點(diǎn)現(xiàn)場，就是為了強(qiáng)化取樣制度，嚴(yán)肅檢測過程。因為與化工不同，發(fā)酵過程沒有合適公式進(jìn)行描述，就只能走多參數(shù)描繪同一過程，密集均勻取點(diǎn)的路線，來繪制盡可能精確，并顯示更多代謝信息的曲線，來緩解發(fā)酵過程中的核心矛盾。
沒了眼睛怎么騎自行車？
重要性怎么強(qiáng)調(diào)也不過分----在以后表格制度和表格管理上（管理部分），還會展開細(xì)談，此處先到這兒。

tianjiamei6

必須收藏加以學(xué)習(xí)。。。

喜雨

硬著頭皮看完了，對于微積分稀里糊涂的我覺得要看懂很難:dizzy:

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第三講目錄

1.1.3染菌問題是綜合問題

1.1.3.1設(shè)備正壓與接種和無菌的關(guān)系
1.1.3.2過程控制（工段間配合）與無菌的關(guān)系
1.1.3.3消毒和消毒工與無菌的關(guān)系（實戰(zhàn)消毒原理和技巧）