青霉素发酵与分离的研究进展论文

牛津的一所病理学院主任，澳大利亚籍的弗洛瑞（Howard Florey）对溶菌酶很感兴趣，在这方面进行了广泛的研究。1938年的夏天，他的助手，一名从希特勒德国逃出的青年犹太难民钱恩（Ernst Chain），在文献中发现了1929年弗莱明发表的关于青霉素的文章，经弗洛瑞同意，他决定对青霉素进行深入的研究。钱恩发现，青霉素可以用有机溶剂（乙醚）从霉菌的培养液中提取出来。从这种性质看，他感到青霉素不大可能是一种酶，而是小分子化合物（酶通常是蛋白质，是由许多种氨基酸形成的有机大分子，它们不可能溶解于像乙醚这样的有机溶剂中）。但他也遇到了同样的麻烦，青霉素的性质很不稳定，不容易从溶液中得到。但这并没有使他气馁，而是更引起了他的研究兴趣。第二次世界大战爆发后，需要大量和多种的杀菌消炎药物，特别是在有脓血存在下仍有杀菌作用的药物，而磺胺类药物在这种情况下是无效的。青霉素在有脓血存在下，仍有杀菌作用，因此它成为深入研究的对象。钱恩从医学研究委员会和洛克菲勒基金会得到资助。在弗洛瑞的指导下，整个病理学院都投入到对青霉素的研究中，使研究的步伐加快了。为了能得到更多的青霉素，他们加大了培养量，并用圆柱形的大瓶子进行培养。然而结果是，青霉素的生成量并没有增加多少。后来，他们发现培养液在 1.5 cm的深度时，青霉素的生成量最多，培养液太深反而不行，因为青霉菌的生长需要氧气。这样他们就把瓶子横放着来培养，可是瓶子是圆柱形的，横放着要滚动，同时这种圆柱形的瓶子，放 1.5 cm深的培养液，有效体积太小了，于是又改成扁平的瓶子。最后，他们设计了一种陶瓷的、像医院病人在病床上使用的便盆样子的培养器皿。钱恩等人在研究中发现，可以用极弱的碱性水溶液将青霉素从乙醚溶液中提取出来。这样，就可以用比乙醚液体积小得多的微碱性水溶液把青霉素从乙醚液中提取出来，达到浓缩的目的。他们设计了机械的逆流提取设备，那是一根比较粗的、两端密封的玻璃管，在两端各有两个侧管，让经过滤除青霉菌并酸化后的培养液从玻璃管上端的一个侧管向下流，同时让乙醚自玻璃管下端的一个侧管向上流动，两种液体在玻璃管中混合。因为乙醚的相对密度比水轻许多，所以青霉素被乙醚提取后，便随乙醚液从玻璃管上端的另一侧管流出来。然后还是用这种设备，让微碱性的水溶液从玻璃管上端的一个侧管向下流，同时让提取了青霉素的乙醚液从玻璃管下端的一个侧管向上流。这样青霉素就从乙醚中转移到微碱性的水溶液中。但是，钱恩等人没有办法把极不稳定的青霉素从水溶液中分离出来。后来他试用了1935年瑞典人发明的冷冻干燥法。此法是将水溶液在低温下冷冻结冰，然后在冷冻及高真空下使水在固体状态下升华，溶液中的固体就剩余在容器中。这样他们就把微碱性青霉素水溶液浓缩为棕色粉末。青霉素在非常低的温度下，没有被分解破坏。他们对这种棕色粉末的效价进行测定，1mg棕色粉末相当于5个牛津单位（这是他们自己制定的效价单位。他们把1mL培养液中的青霉素用链球菌①做试验，把对它的抑菌能力定为1个牛津单位）。

青霉素是人类历史上发现的第一种抗生素，且应用非常广泛。早在唐朝时，长安城的裁缝会把长有绿毛的糨糊涂在被剪刀划破的手指上来帮助伤口愈合，就是因为绿毛产生的物质（青霉素素菌）有杀菌的作用，也就是人们最早使用青霉素。 20世纪40年代以前，人类一直未能掌握一种能高效治疗细菌性感染且副作用小的药物。当时若某人患了肺结核，那么就意味着此人不久就会离开人世。为了改变这种局面，科研人员进行了长期探索，然而在这方面所取得的突破性进展却源自一个意外发现。 近代，1928年英国细菌学家弗莱明首先发现了世界上第一种抗生素—青霉素，亚历山大·弗莱明由于一次幸运的过失而发现了青霉素。1928年，英国科学家Fleming在实验研究中最早发现了青霉素，但由于当时技术不够先进，认识不够深刻，Fleming并没有把青霉素单独分离出来。1929年，弗莱明发表了他的研究成果，遗憾的是，这篇论文发表后一直没有受到科学界的重视。在用显微镜观察这只培养皿时弗莱明发现，霉菌周围的葡萄球菌菌落已被溶解。这意味着霉菌的某种分泌物能抑制葡萄球菌。此后的鉴定表明，上述霉菌为点青霉菌，因此弗莱明将其分泌的抑菌物质称为青霉素。然而遗憾的是弗莱明一直未能找到提取高纯度青霉素的方法，于是他将点青霉菌菌株一代代地培养，并于1939年将菌种提供给准备系统研究青霉素的英国病理学家弗洛里（Howard Walter Florey）和生物化学家钱恩。 1938年，德国化学家恩斯特钱恩在旧书堆里看到了弗莱明的那篇论文，于是开始做提纯实验。 弗洛里和钱恩在1940年用青霉素重新做了实验。他们给8只小鼠注射了致死剂量的链球菌，然后给其中的4只用青霉素治疗。几个小时内，只有那4只用青霉素治疗过的小鼠还健康活着。此后一系列临床实验证实了青霉素对链球菌、白喉杆菌等多种细菌感染的疗效。青霉素之所以能既杀死病菌，又不损害人体细胞，原因在于青霉素所含的青霉烷能使病菌细胞壁的合成发生障碍，导致病菌溶解死亡，而人和动物的细胞则没有细胞壁。1940年冬，钱恩提炼出了一点点青霉素，这虽然是一个重大突破，但离临床应用还差得很远。 1941年，青霉素提纯的接力棒传到了澳大利亚病理学家瓦尔特弗洛里的手中。在美国军方的协助下，弗洛里在飞行员外出执行任务时从各国机场带回来的泥土中分离出菌种，使青霉素的产量从每立方厘米2单位提高到了40单位。 1941年前后英国牛津大学病理学家霍华德·弗洛里与生物化学家钱恩实现对青霉素的分离与纯化，并发现其对传染病的疗效，但是青霉素会使个别人发生过敏反应，所以在应用前必须做皮试。所用的抗生素大多数是从微生物培养液中提取的，有些抗生素已能人工合成。由于不同种类的抗生素的化学成分不一，因此它们对微生物的作用机理也很不相同，有些抑制蛋白质的合成，有些抑制核酸的合成，有些则抑制细胞壁的合成。 通过一段时间的紧张实验，弗洛里、钱恩终于用冷冻干燥法提取了青霉素晶体。之后，弗洛里在一种甜瓜上发现了可供大量提取青霉素的霉菌，并用玉米粉调制出了相应的培养液。在这些研究成果的推动下，美国制药企业于1942年开始对青霉素进行大批量生产。到了1943年，制药公司已经发现了批量生产青霉素的方法。当时英国和美国正在和纳粹德国交战。这种新的药物对控制伤口感染非常有效。1943年10月，弗洛里和美国军方签订了首批青霉素生产合同。青霉素在二战末期横空出世，迅速扭转了盟国的战局。战后，青霉素更得到了广泛应用，拯救了数以千万人的生命。到1944年，药物的供应已经足够治疗第二次世界大战期间所有参战的盟军士兵。因这项伟大发明，1945年，弗莱明、弗洛里和钱恩因“发现青霉素及其临床效用”而共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。 1944年9月5日，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史。截至2001年年底，中国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的60%，居世界首位。 2002年，Birol等人提出了基于过程机理的模型，该过程综合考虑了发酵中微生物的各种生理变化，发现这是个十分复杂的过程。为了更加方便地对青霉素过程进行研究，Birol对Bajpai和Reuss提出的非结构式模型进行了扩展，对模型进一步简化，方便研究。

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工艺流程和普通发酵是一样的，只是菌种选取青霉菌的区别。。关于发酵工程，你可以参考百度百科~关于工艺优化，有以下论文，你挑挑吧：青霉素发酵补料工艺优化.pdf青霉素发酵液过滤工艺的革新.pdf优化青霉素发酵生产补氮工艺.pdf青霉素发酵液过滤工艺及设备的改进.pdf青霉素发酵罐的接种工艺改进.pdf青霉素发酵液膜过滤工艺研究.pdf青霉素发酵过程优化控制问题及方法研究.pdf一种青霉素发酵过程补料优化的新方法.pdf青霉素发酵过程特点与控制对策.pdf简易发酵工程五项专利简介及应用.pdf