正在进行时--发酵工艺控制要述

叶赫娜兰孤城

实际上，发酵过程工程师，就是通过量化来实现“不可量化”的----他量化掉的东西越多，就越接近不可量化的核心，就达到了不可量化的尽可能高的高度，而这一切之所以发生，就是因为，发酵所面对的客体，是一个一个的细胞，是生命，是现实中最客观又不可预知的实实在在的复杂系----这个复杂系，目前远还不可被数学所模拟----其实即便被模拟，也是不可被预知的---当然这牵扯到更吊诡的数学和哲学问题，在此不做展开了。（----这就引出了发酵过程工程师所始终面对的问题----工业化大生产对数学描述的极度依赖和生命的事实上的不可描述性。）
以细胞（微生物个体），或菌株（微生物群体）这一个套在一起的“客体”的两面，所建立的生产体系是什么样的呢？
首先，要有菌体保藏，取出以备应用，这就要有菌种室及相关人员，构成菌种部分。其次，它要扩大，这就要发酵车间的一二级种子罐，然后，要生产，就要发酵罐，配套的呢？要有各个工段及岗位，为了实现技术副主任或工艺员对过程的控制，要配有看罐工，工艺组，配合工艺组，要有化验室。同时，为了实现过程得以进行，就需要霉菌室（或“无菌室”）来对过程无菌的监控。为了使每批发酵可以从一个“零点”开始，我们还要配上消毒工。然后，在零零总总牵扯出一批一批形形色色与过程相关的周边设备和岗位。发酵出来的发酵液呢，要打入后处理工段，牵扯到一整套----实际上是比“全套”还全的化工工艺及设备----后处理要实现固液分离，合成或修饰，提取，纯化等过程，由于发酵液的粘度，相似代谢物的存在而与化工常见溶媒不同，复杂一点的发酵好后处理过程比一般的有机化工要困难的多了。
这样就按照先后，从菌种活化到产品，依次用到的学科或行业就有，微生物学，机械制造，锅炉，电力，发酵工程（独立于微生物学----微生物学属于理科，发酵工程属于工科），电气化控制，应用数学，化工，系统科学等不同学科，应用的思路有，微生物学思路，工业标准化思路，数学描述（量化拟合）思路，化工思路，这些都不算变态，最变态的是，由于数学不提供描述复杂系的可能，最后还有一个，叫“非量化推理”思路（有些发酵过程工程人员----如华东理工大学----原华东理工学院，无锡轻工业学院----后来的江南大学，等，就喜欢把这种思路叫做“艺术”，发酵是一门艺术而不是一门技术就是这么来的---其实，如果非说发酵是一门艺术，那它的极端特殊处就是，它是一门极度依赖技术，甚至是本身就是由技术建立起来的艺术----它是极度的量化所建立的非量化大厦。----这点是发酵工程的难点中的难点），最后，再加上一个，叫做系统工程思路。以上这堆东西，有组织，有先后，也有先先后后的按照某种潜在的价值观的指导，层层交错在一起，就是发酵过程思路----这个潜在的价值观，不可明确描述，原因很简单---它本身，是由复杂系交织成的更大的复杂系所决定的----决定它的，是细胞，是生命，是复杂系。

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可是，实际上，在真正应用的时候，发酵过程工程人员，或合格的发酵过程工程人员，并不以过程先后把整个生产工艺穿在一起，原因是从事的这个行当，他就不被允许这样扁平的思考问题，自己也就不能允许允许自己扁平的看待问题了----对于一个发酵过程工程人员，看法（看到尽可能真实，深入），要比想法重要的多，而作法，只不过是看法向想法延伸时一个微不足道的结论----要做到看到的比想到的更多，更深入，就不会扁平的看问题了。
那么，事实上整个发酵过程是怎样结合在一起的呢？不解决这个视点上的问题，整个从菌种，到发酵，到后处理的发酵工程，就只不过是一盘无组织的散沙，也就谈不上生产了。
事实上，在发酵工程中，所谓后提取，只不过是发酵过程的延续，而菌种，只不过是发酵过程的准备---甚至，都算不上是发酵过程的准备---它只不过是发酵过程众多的影响因素中的一条，还不是最关键的一条而已。
后提取是发酵过程工程师一开始发酵就考虑进去的，而菌种，可以，也必须是发酵过程工程师通过菌种室人员“指定”过其代谢型的（首先是车间菌种室，进而是总公司菌种室----总公司菌种室只负责基础菌种保藏，基本复壮和选育，更进一步的复壮，选育，以及生产前的扩大，由车间菌种室完成）。

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1.1.1与菌种和后提取的配合过程
在发酵工程中，所谓后提取，只不过是发酵过程的延续，而菌种，只不过是发酵过程的准备。
为什么这么说呢？在发酵液的性质。而发酵液的性质，决定于发酵液的构成----发酵液中含有大量的（大部分情况下是单细胞的）个体----即便是多细胞，如丝状微生物，其在发酵液里的存在状态，也是以大量独立的细胞团为个体。这个“大量个体”，量达到什么程度呢？大到每个个体的代谢，都不再受到任何重视，而表现出某种宏观上的同一性----这个同一性，就成了发酵过程工程师所面对借以控制其细胞水平或亚细胞水平代谢的唯一手段。而它的表现就是，明明是没有任何组织分化的细胞群（个体群），却由于个体的存在数目太多，而形成某种近似于高等动物的有组织的“生理代谢”了，这个在群体培养时产生的宏观上的“生理代谢”，是完全超越组织和器官以及所谓系统（消化系统，神经系统等），似乎凭空产生的----毕竟，微生物是一个描述概念，而没有严格意义上的界定界限。对微生物最严格的描述，大概也就是“没有组织分化的生物”，那么，这个“生理代谢”的唯一物质支持，就是“原始”细胞（相对高等生物）本身能够形成更高一级代谢的潜力和细胞群中个体的量足够大。在这个不是“虚构”但却并不是真的“生理”现象下，催生了一门工科科目，就叫做“微生物生理学”或，更专业一点，叫“发酵生理学”。而发酵过程控制，就和以这个学科为核心。

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也因为发酵液是由细胞群和其液体介质（含有固体杂质）构成----这个是每个车间工人或行业内技术人员每天看得见的----也就必须承认其代谢的复杂性—所谓“微生物生理”只不过是细胞群体代谢的宏观描述，而没有完全意义上的像吃片阿司匹林就可以解热去疼的对应关系，所以用发酵生理学对发酵过程进行描述本身就具有近似性。相比之下，发酵液不是牛顿流体（高粘度，可压缩，而且往往密度小于水---离开发酵罐，它是在水面上浮着的；另外，他还是液相，固相，气相，胶体四相及其相关膜系统形成的混合体），而对其性质的影响，反而相比之下微乎其微了----这些东西，都可以明确，简单的量化或近似化而得到处理----大不了多搞几个经验方程就行了。在细胞群体代谢下，靠近产物会形成大量类似代谢物----同样都是有机物，有近似结构，有类似分子量----这就需要发酵过程工程师与化工工程师完成一个协同，以使得发酵过程的后处理得以实现。

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发酵生理学作为发酵行业的核心内容，也不是化工工程师可以轻易理解的，往往进行后处理的工程师不可以指导或指挥发酵过程，按照化工工程师想当然的对发酵过程进行规定了发酵液放罐性质的“定制”，一般讲都是一厢情愿的，无法实现的。
实际上的发酵过程工程师与化工工程师的协同，是由发酵过程工程师对化工工艺的了解和理解，尽可能调整发酵液性质（甚至不惜一定程度上降低产物浓度，即，降低产量）来实现复合某些提取，合成工段所必须的要求的相关妥协而衔接的。
发酵液性质及其构成，引出另一方面的问题是纯度问题。
也由于发酵液由大到具有近似“生理代谢”的细胞群来进行，其代谢显示某种不可预知性----细胞是现实世界中完整复杂系中最小的一个，也是最现实的一个----什么是复杂系呢？并不是简单的堆加或量大，其实细胞比一辆奔驰小得多，但奔驰是简单系或甚至是更大的简单系的一部分，而小小的细胞，本身就是复杂系，更不用说大量细胞为个体形成的细胞群了----这个群，还居然呈现出“生理”特征，这就更让工科人员抓狂了。

叶赫娜兰孤城

工业的内在要求就要求过程尽可能量化，以实现过程可控，结果可预知，而复杂系的特点反而就是“在一切条件已知的前提下，过程及结果不可预知”，这就使工程人员抓狂一样要近可能把起点归零（实际上不可能像化工，甚至机械制造一样真正做到），而过程也要尽可能统一，甚至是同一，最好是同步（当然事实上是也不可能做到）。而负责菌种的岗位，更多的思路并不接近工科反而接近理科，其工作首要任务是保证基因纯（也叫DNA纯，实际上就是保证不变异），但是发酵过程工程要求的是蛋白纯（也叫代谢纯，即不尽所有细胞的DNA是一样的，并且就连代谢方向都是一样的---当然真正的代谢纯只是相对的---其实相对优势的代谢纯在群体代谢中会把这种代谢强度累加加强，这是一个群体代谢是好处，不然发酵真是完全不可理喻了），由于菌种室由于工作岗位形成的习惯和价值取舍惯性，实际上菌种室是不理解生产上的真正需求的。向菌种室提出合理的，菌种室也能做到的特定要求，就只能是发酵过程的工作。

还有一个是与数学的关系。

叶赫娜兰孤城

发酵过程工程，对数学的要求是无止境的，而数学----在机械制造和化工合成上发挥了重大作用，立下赫赫战功的数学，提供了线性代数和概率论给机械制造，又提供了大量经验公式给化工合成，在最需要它帮助实现量化以建立一座非量化大厦的发酵工程上，却表现为令人恼火的低能。----目前为止，它对“模糊”的描述是不知所云，它对“复杂”的描述更是离题万里。
由于数学的原因，限定发酵行业，目前只能是“单一菌株，唯一产物”，多菌种联合发酵和多产物联产，基本可以认为不可实现----白酒是，但是，白酒属于食品行业，并不属于工业发酵----由于发酵的最窄的定义就是“工业水平微生物培养”，所以，白酒属于不属于狭义的工业“发酵”根本没有任何疑问----同理，所有多于一个菌株的培养过程，以及多于一个产物（单菌株联产两个或以上产品也只有一个产物---主产物，副产物是不可能作为量化考察对象的，只能选一个）的培养过程，都只能叫“培养”，不能叫“发酵”，也就不是经典意义上的工业过程了。
因此，给整个发酵工程一个描述，来解释发酵过程与菌种和后提取的关系，就是，利用数学技术进行尽可能量化后，以发酵过程为中心，实现对从菌种到发酵过程，再到后提取的全程系统控制，因此牵扯到的一切周边问题，如动力（水电气冷风），如“取样-分析-反馈”体系的建立，如全程成本核算，如全程工程合理化评估，甚至是人员管理，虽然菌种和后处理也同样会用到，但也都是围绕发酵过程来展开的。

叶赫娜兰孤城

这就是发酵工业中发酵过程的地位，以及发酵工业的基本结构----即，一切配合，以发酵过程为中心，一切工作，以此中心展开----毕竟，工业的目的，并不仅仅是“利润”，而是“可提前预知的利润”，要实现它，唯物一点讲，在发酵工业中，就只能尊重细胞（或细胞群，或其生理----其实是一个东西的不同层次的描述而已），也就必须重视发酵过程。

山中的漫游者

休息一下，这是自论坛创立以来，最长的一个帖子了，估计。

很费神的。讲完了，估计孤城老师要好好休息，这很伤元气的。

喜雨

真是当老师的啊，我也学学:hua: