工人接触时间稍长就会头晕乏力、呕吐、白血球下降，严重时甚至昏倒在苯提取平台上，工厂加强局部通风、发放营养菜、定期检查工人白血球的变化仍不能彻底解决安全问题……你可能很难想象，这是上世纪五六十年代我国某药厂生产维生素C（以下简称VC）的场景。

　　今天，VC每片价格低至几分钱，几乎是每个家庭的药箱中必备的常见药。可回溯到上世纪五六十年代，我国一些药厂的VC生产却曾面临严峻挑战。

　　为了一劳永逸地解决安全生产问题，中国科学院微生物研究所（以下简称微生物所）的科学家在制药厂里扎了根，用微生物细胞生物氧化代替化学氧化，研发出更加绿色、更低成本的VC人工合成方法——二步发酵法。

　　这一领跑全球的“东方诀窍”，创下改革开放初期中国最大的民口单项技术出易额纪录，使我国VC生产摆脱了困境，为夹缝中求生的中国VC产业成长为国际鳌头打开了一扇大门。

　　而今天，微生物所科学家开发的另一种维生素家族药物——维生素B5（以下简称VB5）的绿色生产技术，正在引领全球相关产业技术的又一次革新。

　　1969年2月6日，微生物所青年科研骨干尹光琳、徐婉学和徐浩打起背包，匆匆赶往位于北京市朝阳门外的北京制药厂。他们是所里首批下厂、到一线开发VC二步发酵法的科学家。

　　VC，又称抗坏血酸，是包括人在内的许多动物的必需营养素。历史上，VC长期缺乏引起的疾病曾是困扰世界数百年的谜题。15世纪欧洲大航海时代，它引发的坏血病曾是海员们的噩梦，“出海百人去、返航十人归”的惨剧一直持续到16世纪下半叶。

　　但直到20世纪二三十年代，科学家才捕获这些疾病背后的“罪魁祸首”。1937年，VC的分离提取获得诺贝尔生理学或医学奖，VC化学构造的揭示和人工合成则分享了同年的诺贝尔化学奖。

　　1933年，瑞士化学家塔德乌什莱希施特（1950年诺贝尔生理学或医学奖得主）发明了VC的工业生产工艺。瑞士罗氏制药公司采用“莱氏法”一跃成为行业巨头，并占领了全球70%的维生素市场。罗氏还与德国、日本等国的企业组建了“VC联盟”，形成行业垄断。

　　彼时，VC作为常备药品，应用范围日趋广泛。作为这一产业的“后来者”，1958年，我国东北制药总厂采用莱氏法启动30吨规模VC生产线。此后，上海、北京、南京、石家庄、太原、西安等地的制药厂先后跟进，初步满足国内需求，改变了VC依赖进口的状况。

　　当然，这一过程并非一帆风顺。当时，北京制药厂的一个生产工艺环节经常发生噬菌体感染，便向微生物所寻求帮助。

　　微生物所紧密贴合国家需求，彼时课题任务主要瞄准工农业生产需求，在小麦锈病、棉花枯萎病、油菜花叶病、丙酮丁醇发酵、菌类饲料等研究方面做出了一批领先成果。例如，该所向微生物要食物——利用白地霉培养粮食代用品“人造肉”，得到广泛关注。

　　在帮助药厂培育抗噬菌体生产用菌株的过程中，微生物所科学家薛禹谷和庄增辉发现，不光是噬菌体污染，生产中的化学过程导致的操作环境安全问题也很严重。

　　微生物所的科学家第一时间寻找解决方案，徐浩和同事陆德如查阅文献后发现，生物发酵法或是新出路。随后，微生物所迅速与北京制药厂成立协作组，派遣科研人员下厂开展研究。

　　当时，莱氏法采用一步发酵法加化学方法生产VC，即由葡萄糖加氢生成山梨醇，后者经黑醋菌发酵成为山梨糖，再经化学氧化转化成VC。

　　协作组所要攻关的技术叫作二步发酵法，其核心在于第二步发酵，即在原有第一步发酵的基础上，用微生物将山梨糖转化成VC前体2-酮基-L-古龙酸（以下简称2-KGA），这样就能用生物氧化技术替代原来的化学氧化法，保障生产安全。

　　莱氏法工艺并不复杂，当时已很成熟，收率比较稳定，成本亦不高。而二步发酵法在世界范围内仍处于实验室研究起步阶段，工业化能不能成功还是未知数。

　　“就像农民种地要选用优质的种子，让微生物‘干活’首先要选择适合的菌种。”现已退休的微生物所原研究员、时任协作组负责人陶增鑫对《中国科学报》说。

　　微生物被称为地球生命的“暗物质”，它们无处不在。抓一把土，其中就有几千甚至上万种微生物，至今仍有95%的微生物尚未被认知。如何从海量微生物中找到一株适宜生产的菌种呢？

　　尹光琳、陶增鑫和微生物所的同事日复一日地坐在操作台前，大海捞针似的对着从各地搜集来的670多个土壤样品，一个个进行微生物分离、培养、突变、发酵、筛选。

　　7个月过去，他们仍一无所获。正当大家快要泄气时，出现了一线希望：一株菌株的发酵液中出现了2-KGA结晶，经检测含有大量的古龙酸。

　　为了找到一株产酸量较高的菌株，他们前前后后筛选了4500多株能够利用L-山梨糖的细菌，1970年7月，终于从样品中找到一株产酸量较高的优良菌株——N1197A。随后，他们又投入了新一轮的研究中——提高该菌的产酸能力。

　　有趣的是，陶增鑫和微生物所科学家严自正后来发现，N1197A实际上是一大一小两种菌的自然组合：小菌——氧化葡萄糖酸杆菌菌株发挥产酸作用；大菌——条纹假单胞杆菌菌株虽不产酸，但配合小菌发酵能显著提高其产酸能力。

　　回顾VC二步发酵法开发的过程，微生物所所长钱韦介绍，今天工业微生物的育种培养策略已经发生质变。科学家可以利用分子生物学技术，根据研究需要设计改造大肠杆菌、芽孢杆菌、酵母菌、梭菌等常用“底盘微生物”，使其成为能够“干活”的生产用菌，从而告别了冗长艰苦的菌种分离培养过程。

　　但是，从提高微生物转化应用的多样性来看，钱韦认为，当前的微生物“底盘”技术思路过于单一，而分离培养微生物、在了解新生命的基础上加以改造，仍是微生物学的核心技术和立学之本。因此，当时的发现对今天的研究仍有重要的启示意义。

　　拿到菌种只是第一步，怎样才能提高它的产酸率、将它从试管中稳定放大到工业发酵罐中去？这是等待协作组科学家解答的另一个关键问题。

　　要培养出健康的微生物，培养基成分比例、酸碱度高低、灭菌是否彻底……每一步都要把握好“火候”。“假如培养基营养很好，但是高压灭菌不彻底，就会造成‘草盛豆苗稀’；灭菌过头了，培养基营养成分被破坏了，‘种子’吃不好，也没法好好‘干活’。”他说。

　　为找到适合细菌生长、提高细菌产量的条件，他们需要反复做实验，摸索工艺条件。为加快研究速度，他们先用摇瓶做条件实验，不管工作量多大，都是交叉进行。“一旦有好的结果，我们会立刻将它用到发酵罐上，然后在罐上反复实验，终于使2-KGA产量大幅提高。”严自正回忆说。

　　严自正在1970年8月接替尹光琳进入协作组。她仍记得用发酵罐做流加实验的最紧张阶段，连续九天每晚只睡两三个小时。流加实验的目的是寻找适宜菌种生长的条件，研究者需要在实验过程中持续添加试剂或调节实验条件，并观察实验结果的变化。只有等一次测定结果出来后，才能确定下一次流加时间和流加量，因此往往要连续工作十几个小时。

　　回忆起那段夜以继日的紧张工作时光，他直言：“这个研究不仅中国在搞，日本、法国、德国都在搞。在这样的国际赛跑中，如果别人先搞出来，你晚了一步，前面的工夫可能就白费了。”

　　那时，微生物所的研究人员每星期回家一次，平时和厂里的单身职工一样住集体宿舍，和厂里的职工一起轮班；从打扫卫生、刷瓶子到看发酵罐，样样都干。他们还负责给厂里的技术员讲解微生物发酵原理，反复向年轻的工人师傅强调夜间值守看发酵罐的重要性。

　　“发酵一罐2-KGA需要四五天时间，水、电、气、培养基等实验成本少则几百元、多则上万元，稍有不慎，就是一大笔损失。”陶增鑫说。

　　在北京制药厂的支持下，双方相互配合，先后开展摇瓶条件实验近60批、发酵罐和种子罐实验近100批。“厂里保存的原始记录，摞起来有几尺高。”严自正回忆说。

　　同年9月，在山西太原举行的全国维生素丙学大庆经验交流会上，二步发酵法受到极大关注，很多人向协作组寻求菌种。严自正将带去的由N1197A分离纯化后得到的大小菌株，无偿提供给与会者。各地制药厂很快跟进、试行VC二步发酵法。

　　1972年1月，协作组进一步完成了1750升罐中试，确定了整套工艺路线。严自正坚守到最后一刻，是协作组最后一名回到微生物所的科学家。

　　东北制药总厂选育出“908”菌种、上海医药工业公司选育出“2980”菌种、太原药厂选育出“152”菌种……后来经验证，这些药厂的主力工作菌种都来自N1197A的小菌。各地制药厂在小试中陆续获得合格的VC成品，菌种产酸总收率超过40%，成本略低于莱氏法。

　　那么，新工艺能否全面取代旧工艺？1973年5月，原燃料化学工业部（以下简称燃化部）组织全国16家单位，成立上海、北京两个科技会战组，在上海、北京、东北设立3个生产性中试点，对新工艺进行进一步检验、提升。

　　这次中试证明了二步发酵法菌株的稳定性，3个试点连续投料48批，总收率达45%，成本大幅低于旧工艺。

　　与莱氏法相较，新工艺最大的优点是安全环保，完全去除了毒性较大的苯、液氯和发烟硫酸，减少了90%的易燃易爆的丙酮。特别是苯的去除，避免了工人中毒的危害，极大改善了劳动条件和生产安全状况。

　　新工艺还大幅降低了原料成本。按照东北、上海、北京3个厂1973年的总产量570吨计算，可节约化工原料10281吨，化工原料用量仅为旧工艺的59.5%。同时，当时的丙酮原料来自粮食，制取1公斤丙酮需要约4公斤粮食，新工艺可间接节约工业用粮3117吨，相当于6234亩平均亩产1000斤粮食农田的总产量。

　　在1974年7月燃化部组织的中试鉴定会上，上海第二制药厂和上海医药工业研究院的参与者笑着对严自正说：“我们吃了个现成饭！”

　　1976年，上海第二制药厂首先在全国扩建VC二步发酵法生产车间。微生物所协助该厂进一步研究菌种生长规律和发酵条件，在50吨大罐中扩大试验，总收率达47%。

　　1979年，上海、北京、宜昌等地的制药厂也纷纷投产，发酵率达78%。而当时，国际上日本武田制药厂、瑞士霍夫曼公司的生物发酵研究仍停留在实验室阶段，发酵率在20%上下。

　　至此，经过10年的持续攻关，中国VC二步发酵法已领跑世界。这10年，微生物所科学家与合作者们的默默坚守，让中国VC生产迈出打破国际垄断、走向国际市场的关键一步。

　　这一技术还蜚声国际。1985年9月12日，中国的VC二步发酵技术以550万美元的价格授权给行业巨头罗氏，创下当年中国最大的民口单项技术出易额纪录。在我国改革开放初期以“引进来”为主的阶段，VC二步发酵技术实现了以科技自主创新为支撑的“走出去”。

　　而且，合同规定，这一“东方诀窍”仅授予罗氏在国际上的生产、使用和销售权，国内公司仍保留制造、使用和销售的权利。这进一步为中国VC走向国际市场打开了一扇大门。

　　随着国内生产厂家的增加及对二步发酵法的持续改进、发展，我国VC产量不断上升，在国际市场实现了逆袭。

　　2022年，我国VC产量近11万吨，占全球90%以上，其中9万吨用于出口。华北制药厂、石家庄制药厂、东北制药总厂、江山制药厂等仍在采用二步发酵法生产VC。

　　今天，微生物所维生素药物产业链创新的接力棒，仍在传递。针对现代企业生产中的新问题，微生物所新一代的科学家开发出新的绿色生物发酵法，替代行业污染严重的化学法。他们还继承老一辈科学家的精神，把车间当成了家。

　　当前，全球VB5市场需求每年约两万吨，中国是第一大生产国，产能占全球的80。