青霉素在发酵罐中的合成是一个复杂而精细的过程，主要可以分为菌种发酵和提取精制两个主要步骤。以下是详细的合成过程：

一、菌种发酵

菌种选择与培养：

青霉素是由产黄青霉菌（如Penicillium chrysogenum）在有氧条件下产生的一种抗菌药物。首先，需要从冷冻保存的青霉菌菌株中挑选出适宜的菌株进行培养。这些菌株通常具有较高的青霉素产量。

菌株可以从微生物种子库获得适合培养的种苗，或者通过基因工程手段构建高产菌株。

接种与培养：

将培养好的青霉菌菌株接入预先准备好的发酵罐中。发酵罐应具备合适的容积、搅拌速度、通气能力和温度控制系统，以提供适宜的环境条件促进菌株生长和代谢产物合成。

发酵过程通常分为两个阶段：种子培养和发酵培养。首先，将青霉菌孢子接种到固体培养基上，在适宜的温度下（如25℃）培养一段时间，得到孢子培养物。然后，用无菌水将孢子制成悬浮液，接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气并搅拌，在较高的温度下（如27℃）进行短期培养（24～28小时）。

接着，将种子培养液接种到发酵罐中已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中，继续通入无菌空气并搅拌，在适宜的温度下（如27℃）进行长时间的发酵培养（约7天）。在发酵过程中，需要定期补入苯乙酸前体及适量的培养基，以满足菌株生长和代谢产物合成的需要。

发酵过程控制：

发酵过程中，需要对菌株的生长情况、代谢产物的合成情况以及发酵罐的环境条件进行实时监控。这包括监测溶解氧浓度、pH值、温度、粘度等指标，并根据需要调整通气量、搅拌速度、温度等参数。

如果溶解氧浓度过低，说明通气不足，需要增加通气量；如果溶解氧浓度过高，说明通气过量，需要降低通气量。同时，也需要通过添加适量的酸液或碱液来调整培养基的pH值，以保持其处于适宜的范围内。

二、提取精制

发酵液处理：

发酵结束后，将青霉素发酵液进行冷却和过滤处理，以去除菌体细胞和杂质。

萃取与纯化：

在适宜的pH条件下（如pH2～2.5），使用醋酸丁酯等有机溶剂对滤液进行多级逆流萃取，以提取青霉素。萃取液经过转相、脱色、成盐等步骤后，再进行共沸蒸馏等精制处理，最终得到高纯度的青霉素产品（如青霉素G钾盐）。

质量检测与控制：

对提取和分离出的青霉素产品进行严格的质量检测和控制，以确保其符合相关标准和法规要求。这包括化学分析、光谱分析、微生物学检测等多种方法，以评估青霉素的化学结构、纯度、含量和抗菌活性等指标。

综上所述，青霉素在发酵罐中的合成是一个涉及菌种选择与培养、接种与培养、发酵过程控制以及提取精制等多个环节的复杂过程。通过精细的控制和操作，可以获得高纯度的青霉素产品，为医药领域提供重要的抗菌药物。