正在进行时--发酵工艺控制要述

威宝和焰

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叶赫娜兰孤城

　　　第七讲，曲线的构成（第一部分）
　　　
2.1.1曲线构成
        我们已经知道，严格上讲，发酵液是由6相及相间膜系统构成的复杂系，如果考虑到细胞的结构，最关键的部分就是磷脂双分子膜及其空间相关部分（不要太注意蛋白，在结构上说，蛋白是保证功能顺利实施的，而不是决定功能能不能实施的），那么，6相及其膜，就和细胞间与细胞内代谢联系在一起了。
        细胞，或说生命，就在这个连同它自己在内的系统中代谢了。这个代谢，就通过数据，通过参数，体现在宏观上，被我们所知道和把握---比较松散和灵活的，充满大量揣测的，所把握。
        在发酵液这个湍流体系中，数据的获得，并不是细胞破碎混合，而是把所有固形物与胶体去除，然后在离心液中进行检测。则检测值必然是间接的，这个“间接”的实质，就决定了发酵过程工程师所面对的数值，必然是“假值”。
        通过假值，来得到尽可能真实的代谢状况，就是发酵过程工程的任务。
        那么，在曲线的数据采集上，需要选择参数的原则就如下：

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1，必须是密集取点。
2，必须多参数同时描述同一过程。
3，所需参数必须方便----包括快速和简单----获得。
4，不排斥可以预期的偏移。
　　        这个可预期的数据偏移，包括两个方面，一个是有可能通过经验方程或矫正系数计算，而并入
　　f(x)=Ag(x)+B
　　的校正项，即AB两项。
　　或虽然不可以计算，但可以通过忽略（不是真的忽略），经验，粗略预估（不是真的粗略）来把偏移值并入
　　f(x)=Ag(x)+B
　　的校正项。
　　5，出于对“2，多参数庙会同一过程”的进一步强调，可以考虑，也必须考虑，把必要的隐性参数显性化。

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　　以上是参数选取，以及开发检测方法的5大原则。其中，前三项为基础原则，后两项为附加或递进原则。
　　回顾在车间部分谈到的检测值，我们认为，在研发阶段，需要遇到的参数为：
　　1，在线函数----温度，溶氧，pH，搅拌转速，通气量，罐压，冷却水积分量及其微分与二次微分（这个参数，尤其是冷却水总量的二次微分，实际上也含有显性化隐性指标的作用----把暗含的耗热速率与糖代谢联系在一起了），等。
　　2，离线函数----pH,糖，氮，磷及其积分，效价积分及其微分与二次微分，补料总量及其微分，补水时间，菌体总量，尾气二氧化碳含量等。
　　3，显性化的隐性参数----效价潜力量，糖，氮，磷消耗量与补料通过浓度换算后合成的统一曲线----可以是消耗量，也可以是补充量，罐压（与二氧化碳和氧气溶入逸出速率有关）和尾气二氧化碳分析值综合处理后得到的氧气消耗速率预期值。周期---通过对所有曲线二次微分后看细胞整体代谢的阶段性周期波动，以确定其周期---每一批次的不同变化，等。

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　　这样能够把整个模糊和混沌 的发酵过程尽可能理顺，来让工程人员看清了。我说过，发酵是个“描述性控制”过程，是有别于“计算性控制”过程的。看清过程，在高度上把握，就知道要怎么做了。看法永远比做法更重要---所谓做法，不过是看法的一个最微不足道的延伸。
　　拿到大量数据，并进行合理分析---其实是综合----就是发酵的核心任务。

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第七讲，曲线的构成（第一部分）
，隐性数据显性化技法与参数的相关关系

        上一节讲到了参数选取的5大原则，进而把常见参数列举。其中，前三个为基础原则，后两个为递进原则。一般在化工控制（含更低级的如机械制造控制）中，很少会涉及样本选择的递进原则，尤其是第二递进原则----隐形函数的显性化。甚至在发酵过程中，正常车间工艺生产时，当员工经验不足或建厂时间不长等因素存在，考虑到稳定性，不要特别苛刻的挖掘最大潜力，也不会用到隐形函数显性化技法，来进行过程控制。但是，一旦试图挖掘最大潜力，或者在研发阶段，就不能忽略隐性函数的显性化了。
        这是因为，发酵是一个描述性控制，发掘最大潜力和研发工艺，都需要对菌株进入深度解读和了解阶段。仅仅靠简单参数描绘，就不可能描绘的清楚了----就好像要描绘一个人，除了身高，体重等简单描绘，还需要“比较帅”，“比较傻”，“比较有气质”，“特俗”等复杂描绘。
        那么，什么事复杂描绘呢？“这人特傻！”或“这人忒俗！”描绘词汇不是很简单吗？就两个字“傻”，和“俗”，不简单吗？是呀，是简单，但是，您给傻和俗做一个定义试试，怎么样，傻了吧？
        这是因为复杂描述得到的简单，里面包含有综合信息----傻，不是智商低，不是不会脑筋急转弯，甚至不是不会考试---这都不一定就被描述成“傻”，而反过来说，可以被精确并且准确描绘成傻的，说不定还正当着哪所名校的教授副教授也指不定呢，更深一步，您就是少年科技大毕业，甚至，您就“幼儿科技大”，“胎儿科技大”毕业，也备不住就不“傻”----那您说，傻是啥？
        所有复杂描绘，都有可能因为包含综合信息太多，而描绘不清----它被清清楚楚的“描绘不清”。
        这就是隐性曲线的第一个性质，隐性曲线，必然是复杂描绘的---所有发酵曲线都是复杂的，但隐性曲线，不仅仅本身复杂，而且，他的描绘方式也是复杂的。而显性函数，大部分都是本身复杂，描绘方式简单的。（基于参数密集取点原则，所有函数就是曲线，本讲座参数，函数，曲线，样本，数据，数值等词汇一般通用。）

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第一，隐性曲线的显性化描绘过程及描绘技巧必然具有复杂的性质。
        在第一性质，复杂描绘性上递进，其实也就是复杂描绘性的进一步说明或另一个角度说明，就得到第二性质：
第二，隐形函数显性化过程，是严重依赖显性函数的。
        在第二性质上继续深化描述，得到显性化第三个特征：
第三，出于对工艺可控的简单化考虑（连接，弥合复杂事实与简单手段的矛盾，就是发酵过程工程师的工作）隐形函数往往直接映射于某明确的显性函数，或与某显形函数具明确的映射关系。
        这三个特点，同时也是隐形函数显性化过程中的技法原则。

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下面我们以效价潜能为例，讲讲隐形函数显性化技巧及应用，那么，根据以上三个原则，现在最该需要的，就是先就所有曲线----包括隐性曲线---并不是你还没有把它显性它就不存在的----虽然，总效价潜力是一个虚构的，不存在的，或，就像“冷”并不存在，只不过是热的欠缺一样不存在，但，总效价潜能曲线确实是存在的----显性化之后，存在于数值上，显性化之前，存在于，或隐藏于其他数据之中----就所有曲线进行分析，综合，然后描述，进而理解。然后，按照第二，第三原则，找到和显性曲线最相关的那一条，即其映射曲线。最后，通过验证显性化之后的曲线。验证处为：1，与工艺过程相关度。2，描述工艺过程灵敏度。3，方便程度。（注意，不验证准度或真实度，因为隐性曲线本身就是不“真实”的。它相当“真实”的不真实着。）
        各曲线之间是什么关系呢？

叶赫娜兰孤城

先看一个分区函数，这个函数是一切分析的基础或起点。
F(x)=Aax+Bbln(x)+Ccx2+Dd1/2x+Ee+Ffg(x)+Gg
其中，
abcdefg是常数。
ABCDEFG是复杂函数，分别取1变化到接近0.
        这个函数的实质，是发酵经理延迟期（准直线），指数期（准指数曲线），前稳定器（准抛物线），稳定期（准水平直线），衰退期（准半衰曲线）过程中，每个阶段实际上包含有其他所有阶段代谢的事实。而且，其他每阶段代谢在本阶段上，都会有宏观体现。
        这种宏观体现的其中一个表现是，本曲线如果（由于复杂性，是不可能计算得到的，所以也只能）是实测曲线，则其二次微分存在周期性波动。这个波动，细菌是20-25小时之间，放线菌，酵母菌30小时左右，丝状真菌35-40小时。你可以延长以上曲线的任意一区，但是，这个周期不可被延长-----他只在很少范围内变动。当然，可以通过这种变动推测工艺水平（不可庸俗认为比以往短了点或长了点就是好或坏，得综合对待）。
        在宏观的另一个体现是，实际上，不管是生长偶联型产物还是衰亡偶联型产物，高产的一般技巧，都是延长稳定器而不是对数期或衰退期。
        在糖氮磷代谢上，计算上冷却水后，追踪能量变化过程，也能体现其实任一期都包含有其他所有各期代谢的实质----只不过是各有偏重。
        所以，以上曲线，ABCDEFG各个函数，都不可能在任何时间完全取0值。

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