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 这时佛罗理清醒地意识到，为使青霉素能广泛地用于临床治疗，满足战争的需要，必须改进方法和设备，进行大规模生产。但这对联合实验组来说非常困难。当时伦敦正遭受德国飞机的频繁轰炸，要进行大规模生产也很不安全。1941年6月，佛罗理不顾钱恩的反对，带着青霉素样品来到不受战火影响的美国。他马上与美国的科学家们开始合作。经过共同努力，终于研究成以玉米汁为培养基，在24 的温度下进行发酵的方法和设备，提炼出的青霉素，纯度和产量有了大幅度提高。在1943年实现了青霉素的工业化生产。从而很快开始了在临床上的应用。

霍华德. 瓦尔特. 佛罗理（howard.walter.florey）（1898-1968）？

？二战时有关青霉素的宣传画

 青霉素制备最早还采用过固体表面培养法，就是使用麸皮、豆饼粉、玉米粉等固体物与水混合制成的固体培养基经过加热灭菌，冷却后与青霉菌菌种液体混合，放到浅盘里，再将盛有发酵物的浅盘摆放在室内的架子上，保持室内温度和湿度，并经常的翻动，进行发酵。发酵结束后，用水将产生的青霉素由固体培养基中浸提出来，制成干粉。这个生产过程与过去农村使用原始的制曲发酵生产酱油醋类似。使用这样的非常原始的生产方法虽然可以生产出青霉素产品，但存在许多问题。
 为了获得足够量的青霉素，需要大量的培养基和培养室，占用的厂房非常大，这也使得温度和湿度很难控制；工人在又热又潮的培养室里，劳动强度非常大，十分辛苦。更重要的是在发酵过程中，为了通气，培养基是暴露在空气中，空气中的各种微生物会造成大量污染，无法做到纯种发酵，使得每一次的发酵结果都不相同，很难控制发酵过程，生产的产品的质量也无法保障。象这样的问题还有很多，因此，当时利用表面培养法生产青霉素的水平很低，发酵酵价只有40多单位/毫升，提取收率只有20%，产品纯度为20%，而且成本很高。按现在对医药产品质量要求，这样的产品很难作为药物使用。

？早期青霉素发酵罐

 因此，迫使人们探索新的生产方法。1942年液体深层发酵法研究成功。所谓液体深层发酵是指与固体表面培养相反，使用液体培养基在固定的容器内发酵。液体培养基是相对于固体培养基而言，液体培养基中水的含量达到80-90%，而固体培养基的固体物占60-70%，水占30-40%。液体培养基中可能是完全溶解的营养物质，也可以含有一定数量的固体物营养物。

？早期大规模青霉菌的液体培养

  因为青霉菌生长和产生青霉素需要氧气，发酵过程必需通入大量的空气满足它们的需要。而通入普通的空气是不行的，因为空气中存在大量的微生物，进入发酵液中会大量繁殖，造成污染，甚至喧宾夺主，使发酵遭到破坏。因此，必须彻底地清除通入的空气中的所有微生物。一般是通过加压升温，冷却除水，多次无菌过滤等方法来实现。这就需要一套制备无菌空气的设备和工艺。
  另外，空气中的氧气在水中的溶解速度和量十分有限，为了满足青霉菌生长和产生青霉素的需要，要加快氧的溶解速度和提高发酵液中的氧浓度。为解决这个问题，除了加大通气量外，更重要的是将通入的空气气泡打碎、变小。对于同一体积的空气来说，只有气泡越小，空气与液体的接触面积越大，氧气在发酵液中的溶解速度越快，才可满足菌体的需要。为了实现这一目的，首先要将进入发酵罐的空气尽可能的分散成较小的气泡，然后再通过搅拌打成更小的气泡，这就需要精益求精的不断完善设计，改造设备。
  搅拌在发酵过程中还有改善物质和热量传递的作用，使发酵物料混合均匀，防止局部温度过高，提高加热和冷却效率等。但是，搅拌不当，也有负面作用，比如打断菌丝，伤及细胞，影响细胞的正常代谢和青霉素的合成。因此，为了提高搅拌效率，降低负面影响，对搅拌器的形状、大小、位置、个数，以及产生的混合方式都有严格要求。影响混合效率的还有发酵罐的形状、径高比，挡板的形状、数量、设置位置、形态等等。这就涉及发酵罐和辅助设备的设计和加工等一系列的工程设备问题。
  对于任何一种微生物来说，它们生长和合成产物时都需要一个适宜的温度范围，就象我们人一样温度高了、低了都不行。我们可以通过增减衣服，开空调、暖气来解决。对于微生物我们没有办法给它们穿衣服，但可以采用类似开空调、暖气的方法解决。就是在发酵罐上加上用于冷却和加热的夹套和螺旋管，通过通入冷水或热水进行冷却或加热，另外，为了保证纯种发酵，也就是只保证能够产生青霉素的一种青霉菌生长，而不允许其他微生物生长、污染，在接种产生青霉素的青霉菌之前，要对使用的发酵罐及附带的设备和培养基进行灭菌、把其中存在的所有微生物全部杀死，防止将杂菌带入发酵系统。通常对培养基和发酵设备进行消毒灭菌都是使用高温灭菌法，即通入高温高压蒸汽进行消毒。灭菌之后还需要进行冷却，使温度降到适合微生物生长。微生物在生长、代谢旺盛时会产生大量发酵热，使温度升高，这时需要对发酵系统进行冷却，保持适宜的发酵温度；发酵后期，微生物生长缓慢，发酵热产生减少，甚至停止，进行产物合成时又需要维持适当温度，这时又需要进行适当加热保温。为了在不同发酵阶段保持适宜的温度。所以必须有加热和冷却装置和控制系统。
 发酵结束，产生的青霉素还在发酵液中，必须进行分离。首先要进行过滤，将发酵液中的固体物质，比如菌体和没有消耗掉的固体营养物组分除去，将滤液用酸调成酸性，使青霉素成为青霉素酸，然后用有机溶剂乙酸丁酯进行萃取，将青霉素萃取到有机溶剂中，达到分离的目的，经脱色，再用碱性水从何含有青霉素的有机溶剂反萃取出来，使青霉素变成盐，重新溶到水中，经过浓缩，进行结晶，经过干燥，就可以得到青霉素产品。

早期青霉素生产的过滤设备？

早期的萃取设备

 为了满足青霉素发酵和提取的这些条件，就必须解决与之有关的技术，设备和工艺问题。为此人们根据对青霉素发酵过程认识的不断深入，不断地研究和发展了可通入无菌空气、利用夹套和套管通入冷、热水控制温度的密封搅拌式发酵罐，以及配套的其他设备，如空气压缩、过滤、灭菌设备，以及相应的生产工艺和技术。使青霉素的生产从上个世纪四十年代初的发酵效价每毫升200单位，提取收率75%，产品纯度为60%的水平的基础上不断提高。也使发酵所需的厂房占地面积、劳强度、能源消耗、原材料、成本等大大降低，为青霉素在临床上的大量使用奠定了基础。