從胡適之“麻將里有鬼”談起----發(fā)酵工藝雜談，獻(xiàn)給發(fā)酵行業(yè)最帥工程師

龍城飛將

孤城兄寫(xiě)的很是深?yuàn)W啊，持續(xù)關(guān)注，好好學(xué)習(xí)

葉赫娜蘭.孤城

早上，看到尹強(qiáng)賢弟留言，精神一振。

雖然實(shí)驗(yàn)緊張（一篇論文的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)），但還得要說(shuō)兩句----萬(wàn)一尹強(qiáng)這小子看了帖子，我這種剝洋蔥的隨筆方法，講了好久都不涉及具體數(shù)據(jù)分析技巧，別人怎么樣我不知道，但這家伙可能就要瘋了。

那。

上文說(shuō)到，“真數(shù)據(jù)？假數(shù)據(jù)！”，“就是真數(shù)據(jù)，也是假數(shù)據(jù)！”

面對(duì)發(fā)酵過(guò)程參數(shù)，即“數(shù)據(jù)”，為何要有“覺(jué)悟”，或警覺(jué)，認(rèn)為就是真數(shù)據(jù)，也是“假”數(shù)據(jù)呢？這得在數(shù)據(jù)的構(gòu)成談起。

談數(shù)據(jù)構(gòu)成前，先講講數(shù)據(jù)的“來(lái)歷”。

葉赫娜蘭.孤城

發(fā)酵的過(guò)程參數(shù)，又叫“生理參數(shù)”。

這并不是說(shuō)，微生物會(huì)和高等生物一樣，會(huì)有一個(gè)“生理”過(guò)程----天方夜譚，當(dāng)然不會(huì)的，但是，我們回想一下上回說(shuō)到“復(fù)雜系”構(gòu)成上一級(jí)“母復(fù)雜系”的原則----簡(jiǎn)單化。為什么？

其實(shí)，復(fù)雜系的相互作用的宏觀表現(xiàn)，（在即便沒(méi)有按照某種結(jié)構(gòu)過(guò)程構(gòu)成“母系統(tǒng)”）就是符合這個(gè)“簡(jiǎn)單化”原則的。這有點(diǎn)像積分。

函數(shù)在Y軸的平行于X軸的映射，每一個(gè)可以看做是一個(gè)獨(dú)立的函數(shù)（簡(jiǎn)單情況就是具體的數(shù)值，即常數(shù)函數(shù)），這些函數(shù)可以看做個(gè)體，作為“復(fù)雜系”的個(gè)體。在X軸上積分（注意，即便X軸上長(zhǎng)度有限的線段，但線段上的點(diǎn)是無(wú)限的，可以與線段，射線，直線，甚至曲線上的點(diǎn)，一一對(duì)應(yīng)的），得到另一個(gè)函數(shù)--積分函數(shù)，這個(gè)函數(shù)可以類(lèi)比為微觀上復(fù)雜系之間的宏觀表現(xiàn)。

通過(guò)這個(gè)類(lèi)比，我們看，最后得到的積分函數(shù)，一定比積分前的函數(shù)，“復(fù)雜”嗎？甚至積分函數(shù)的性質(zhì)，一定比積分前函數(shù)在Y軸上的映射（尤其是當(dāng)不是常數(shù)函數(shù)時(shí)），“復(fù)雜”嗎？

我看不一定。

葉赫娜蘭.孤城

和積分不一樣的地方是，積分，一般是面對(duì)連續(xù)函數(shù)來(lái)說(shuō)的，但是，子復(fù)雜系，細(xì)胞，在構(gòu)成（包括不去構(gòu)成）母復(fù)雜系，并在宏觀上有所表現(xiàn)時(shí)，理論上講，并不是連續(xù)的----看一看，每個(gè)細(xì)胞，每個(gè)個(gè)體，是獨(dú)立的，他怎么和其他細(xì)胞“連續(xù)”嘛！

是這樣嗎？

不是！起碼，在發(fā)酵中不能這樣看，理由有兩個(gè)。

1，細(xì)胞的最本質(zhì)特征，是代謝，也就是物質(zhì)（包括能量，動(dòng)量）的交換。說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，細(xì)胞這個(gè)系統(tǒng)，是“開(kāi)放”的----細(xì)胞雖然獨(dú)立，單細(xì)胞生物的群體代謝，有可能----其實(shí)是在大多數(shù)情況下，是可以看做“連續(xù)”的。

2，有限和無(wú)限的轉(zhuǎn)化。
無(wú)限個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，緊密相接，就可以“近似”看做連續(xù)的。同理：
有限個(gè)，足夠多的，不連續(xù)點(diǎn)，緊密相接，就可以“近似”看做連續(xù)的。

怎樣叫做“足夠多”，這個(gè)把有限近似成無(wú)限的“足夠多”的節(jié)點(diǎn)在哪兒？

實(shí)話實(shí)說(shuō)，不知道。

但是，我們回憶一下第一頁(yè)我講到的游戲----橫豎幾個(gè)點(diǎn)的游戲，到了8道，也就是象棋，就已經(jīng)可以“變化無(wú)限”了，那我們就可以放心的“假定”，發(fā)酵面對(duì)的個(gè)體，已經(jīng)是“無(wú)限”的，是可以“積分”為簡(jiǎn)單情況的“連續(xù)”。

其實(shí)，這不是“假定”，是事實(shí)。一遍一遍，甚至無(wú)窮多遍，被發(fā)酵過(guò)程工程師例證為正確的事實(shí)。

這個(gè)“積分”，這個(gè)宏觀上的細(xì)胞的表現(xiàn)，就是發(fā)酵的“發(fā)酵生理數(shù)據(jù)”----當(dāng)然，嚴(yán)格來(lái)講，措辭是錯(cuò)的，因?yàn)槲⑸锏暮暧^表現(xiàn)，并不是建立在“結(jié)構(gòu)”上的，和高等生物不一樣，遠(yuǎn)沒(méi)有形成“器官”，哪來(lái)的“系統(tǒng)”，何談“生理”？

其實(shí)，別說(shuō)器官，就是組織分化也沒(méi)有----微生物的一個(gè)比較“嚴(yán)格”點(diǎn)的界定（微生物沒(méi)有一般意義的“定義”，只有描述型界定----本來(lái)，微生物就不是一個(gè)分類(lèi)學(xué)詞匯），就是“沒(méi)有組織分化的生物”（----誰(shuí)界定的？我，葉孤城，呵呵，一笑）。

但是，“生理數(shù)據(jù)”，行業(yè)內(nèi)就這么叫了，而且，還“數(shù)據(jù)分析”（沒(méi)說(shuō)綜合，呵呵）了，還總結(jié)了大量技巧。

有限和無(wú)限的轉(zhuǎn)化，這就是發(fā)酵過(guò)程工程的理論依據(jù)！

喜雨

知音少，弦斷有誰(shuí)聽(tīng)？

:hihi:

葉赫娜蘭.孤城

既然，從控制方法上講，宏觀和微觀在“復(fù)雜系構(gòu)成上一級(jí)母復(fù)雜系”時(shí)，具有了“聯(lián)系”，和“簡(jiǎn)單化”，那么，確定過(guò)程參數(shù)，并且，對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)控就成為可能。

為什么要在證明“復(fù)雜”和“簡(jiǎn)單上”費(fèi)這么大口舌呢？

因?yàn)?，發(fā)酵的過(guò)程參數(shù)和化工不一樣。

有多么不一樣？

直接，和“間接”的區(qū)別，真和“假”的區(qū)別。

發(fā)酵，可以只需要，也只能夠，得到“間接”的“假”數(shù)據(jù)。區(qū)別，就這么大！

葉赫娜蘭.孤城

為什么這么說(shuō)？

我還是先在畜牧說(shuō)起，然后提到化工。

為什么畜牧業(yè)當(dāng)中，“概率學(xué)”特別重要呢？原因在于“小樣本”。

實(shí)驗(yàn)個(gè)體，取樣觀察，如果是“非破壞性”檢測(cè)，如，稱重，那樣本中個(gè)體數(shù)目是多少？100只？1000只？10000只？

我接觸到的，宣稱自己樣本數(shù)最大的是帝斯曼（記不清，可能啊?？赡苁撬?。）在美國(guó)做的一個(gè)喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，多少個(gè)體？50000只。

呵呵，牛??！5萬(wàn)只！

但是五萬(wàn)個(gè)體，從樣本個(gè)體數(shù)目來(lái)看，在概率上，算什么？

小樣本！典型小樣本。

這是非破壞性試驗(yàn)----稱重。

如果是破壞性試驗(yàn)?zāi)?？你能想象把五萬(wàn)頭豬或者雞（哪怕是雞），攪爛，榨汁，過(guò)濾，混合，而后檢測(cè)嗎？而且是每幾個(gè)小時(shí)，來(lái)他個(gè)“五萬(wàn)只”“大攪拌”？

顯然不能。

其實(shí)，即便可以做到，這種“小樣本”，還是受概率影響，沒(méi)幾個(gè)小時(shí)來(lái)一次的額檢測(cè)數(shù)據(jù)，不具有連貫性，也沒(méi)法在曲線上做微分或積分----受概率影響，曲線的積分和微分就沒(méi)有意義。

但是，微生物能。發(fā)酵能。

在這一點(diǎn)上，發(fā)酵有優(yōu)勢(shì)----每次取樣（破壞性試驗(yàn)），所取個(gè)體，不在全人類(lèi)人口總和以上多少倍呢？

只有個(gè)體“數(shù)不過(guò)來(lái)”了，才是真正的“大樣本”。

于是，曲線的連貫性來(lái)了，微積分，也來(lái)了----概率，可以暫時(shí)不用了。

這是大樣本的好處。

當(dāng)然，這個(gè)優(yōu)勢(shì)是相對(duì)畜牧來(lái)的，但相對(duì)化工呢？

我們看一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，化工，過(guò)程檢測(cè)，用的根本不是“大樣本”。

葉赫娜蘭.孤城

不是“大樣本”是什么？難道是“小樣本”？

錯(cuò)。

化工在面對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行離線數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)，用的，既不是“大樣本”，更不是“小樣本”，而是“均勻樣本”。

什么是“均勻樣本”？

我們看一下海水。

把某一片海域，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，取樣，檢測(cè)含鹽量----我們用這個(gè)例子。

需要取幾次樣本？

三次，或五次。

舍去離群值，剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均----對(duì)每個(gè)樣本如此處理，而后，在對(duì)樣本之間進(jìn)行處理。

那么，這個(gè)“三次”，或“五次”，是看做包含多少個(gè)體呢？

根本沒(méi)有個(gè)體！整個(gè)海域就是一個(gè)個(gè)體，個(gè)體的每一部分，就體現(xiàn)全部的，真實(shí)的個(gè)體（就是整體）的性質(zhì)----3次，5次取樣，是為了部分抵消檢測(cè)誤差，而不是抵消個(gè)體在樣本中含量的概率問(wèn)題。

這是“均勻樣本”。

得到均勻樣本，有兩個(gè)前提：

1，樣本中不含個(gè)體，或，換一種描述，取樣對(duì)象本身是一個(gè)完整的“個(gè)體”。
2，這個(gè)“個(gè)體”，其參數(shù)濃度，在任何方向上的函數(shù)，都為等同的一個(gè)常數(shù)。

這就是“化工”離線數(shù)據(jù)的假象模型。

葉赫娜蘭.孤城

化工離線檢測(cè)取樣模型，有什么好處？或說(shuō)，均勻樣本，有什么好處？

在性質(zhì)上說(shuō)，好處有兩個(gè)，但是因?yàn)檫@兩個(gè)好處得到的工程上的“省略掉的”麻煩，就不勝數(shù)了（為什么“省略掉的”，要加引號(hào)？是因?yàn)椴⒉皇腔ぴ诎l(fā)酵上“省略”----發(fā)酵，是化工的“兒子”，是在化工上誕生的發(fā)酵，所以，這個(gè)所謂“省略”，其實(shí)是發(fā)酵在化工的基礎(chǔ)上復(fù)雜化，而不是化工在發(fā)酵的基礎(chǔ)上“簡(jiǎn)化”）。

先看好處：

1，均質(zhì)樣本，在忽略檢測(cè)誤差的情況下，可以認(rèn)為能夠得到“真實(shí)值”，或，直接體現(xiàn)樣本性質(zhì)，也就是樣本的檢測(cè)目標(biāo)，“整體”的直接，或真實(shí)（特定時(shí)間點(diǎn)上）性質(zhì)的參數(shù)，和數(shù)值。
2，由于“均質(zhì)”，參數(shù)在時(shí)間的函數(shù)，就不再受宏觀，和，也尤其是不受微觀方向上性質(zhì)的影響。

那在工程上有什么“好處”呢？

我們看第一點(diǎn)帶來(lái)的，因?yàn)槭钦鎸?shí)值：
1，可以簡(jiǎn)化“檢測(cè)-分析-反饋體系”的“分析”過(guò)程和手段----不必引入“復(fù)雜”（本身就是簡(jiǎn)單系）。
2，（由于上面“1，”，則，）可以應(yīng)用目前數(shù)學(xué)算法，實(shí)現(xiàn)“反饋”操作。
3，（由于上面“1，2，”，則，）可以直接用具體參數(shù)，而不必分析參數(shù)曲線的趨勢(shì)，和其他曲線關(guān)系，直接規(guī)定數(shù)值，實(shí)現(xiàn)控制。

我們?cè)倏从傻诙c(diǎn)，因?yàn)椤熬|(zhì)”的好處：
4，由于均質(zhì)，則曲線在時(shí)間上變化，足以描述反應(yīng)進(jìn)程，則，可以減少參數(shù)的設(shè)置。
5，同理，可以提前預(yù)知曲線或曲線微分的拐點(diǎn)，使參數(shù)的選點(diǎn)在不影響反應(yīng)的而前提下，盡可能稀疏。
6，綜合4，5，則，可以減少數(shù)據(jù)總量和處理難度----減少數(shù)據(jù)總量，則引出一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)----提高控制精度！（因?yàn)閿?shù)據(jù)越少，相對(duì)精度越高！）

綜上所述，“均質(zhì)”，就是“簡(jiǎn)單”，簡(jiǎn)單就是“控制穩(wěn)定”，控制穩(wěn)定就是容易“工業(yè)化”----工業(yè)化本身是用“簡(jiǎn)單”思路貫穿始終的。

那么發(fā)酵呢？

面對(duì)無(wú)窮多個(gè)復(fù)雜系的發(fā)酵呢？

相信朋友們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵工業(yè)，無(wú)一不是和它的“母親”，有機(jī)化工背道而馳的，而且，又只能用有機(jī)化工提供的設(shè)備，檢測(cè)方法，甚至，使用類(lèi)似的從業(yè)人員----有機(jī)化工的“產(chǎn)業(yè)工人”！

可是，要想搞好發(fā)酵控制，偏偏要反其道而為之！----怎一個(gè)“難”字了得！

孟俊英

樣本容量是一方面，另一方面是均勻度。做無(wú)機(jī)、有機(jī)試驗(yàn)，大多不用擔(dān)心這一問(wèn)題，因?yàn)樵谌芤菏沁M(jìn)行，只要充分?jǐn)嚢杈托校腆w反應(yīng)也要充分混勻或充分加熱，均一性很好解決，不過(guò)過(guò)程控制也不簡(jiǎn)單。比如液體炸藥，就是打破這種均衡產(chǎn)生巨大的破壞力。畜牧業(yè)生物試驗(yàn)，樣本的均勻度是第一考慮要素，所以小樣品試驗(yàn)期初要進(jìn)行變異度分析，要“年齡、體重盡可能一致”。發(fā)酵，是另一個(gè)“界”。