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黃原膠的國內生產現狀及趨勢

發布日期:2015-05-22 10:37:26
多糖
黃原膠是新型多糖類發酵產品,1961年首先 由美國Kelco公司投人工業化生產,目前被廣泛應 用于石油、地礦、食品、日化、醫藥、紡織等20 多個行業。黃原膠又稱黃膠、漢生膠,相對分子 質量(200~600) >104,淺黃色至白色可流動粉 末,稍帶臭味。黃原膠是由黃單胞桿菌(Xan- thomonas campestris)發酵產生的細胞外酸性雜多 糖,是以碳水化合物(如玉米、淀粉等)為主要 原料,經生物發酵工程培養、乙醇提取、干燥、 粉碎而得到的一種高分子微生物聚合物,其分子 結構中含有葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸,側鏈 可帶有不同基團[1]。
 
1黃原膠的性能黃原膠是性能較為優越的生物膠,具有獨特 的理化性質,集增稠、懸浮、分散、減阻、穩定 等性能于一身[2]。
 
1.1突出的高粘性和水溶性黃原膠易溶于冷水和熱水,它是具有多側鏈 線性結構的多羥基化合物,其羥基能與水分子相 結合,形成較穩定的網狀結構,而且在很低的濃 度下仍具有較高的粘度。如質量分數為1%時,流 體粘度相當于明膠的100倍左右,增稠效果顯著。 1.2獨特的流變學特性黃原膠具有獨特的剪切稀釋性能,當施加一 定的剪切力時,流體粘度迅速下降,而除去剪切 力后,流體又恢復原有粘度,且這種變化是可逆 的。這種流變性能,使黃原膠具有獨特的乳化穩 定性能(所謂乳化性是指在一個懸乳體中,將油 滴分散并懸浮到已增稠了的水溶液中),從而使黃 原膠成為一種高效的乳化穩定劑。 1.3優良的溫度穩定性大多數高分子化合物,如羥甲基纖維素、海 藻膠、淀粉等一經加熱,粘度即明顯下降,而溫 度低至零度左右時,分子結構和性能即發生變化, 而黃原膠在一個相當大的溫度范圍內(-18C~ 80C)基本保持原有的粘度及性能,具有穩定可 靠的增稠效果和凍融穩定效果。
 
1.4pH穩定性黃原膠溶液的粘度基本不受酸、堿的影響, 在pH 1~13范圍內,能保持原有性能。
 
1.5兼容性黃原膠與各種鹽類有著良好的兼容性,黃原 膠與高濃度的糖或鹽類共存時,能形成穩定的增稠 系統,并保持原有的流變性,與其他化學物質 (酸、堿、表面活性劑、防腐劑等)均有令人滿意 的兼容性。
 
1.6黃原膠的安全性黃原膠是采用天然物質為原料,經發酵精制 而成的生物高聚物,1983年聯合國糧農組織的世 界衛生組織(FAO/WHO)所屬食品添加劑專家委 員會已正式批準其為安全食品添加劑,而且對添 加量不作任何限制[3]。
 
此外,黃原膠還有較強的抗酶降、良好的潤 滑性等特點。這些優良的性能大大擴展了黃原膠 的應用范圍 2國外生產狀況20世紀50年代中期,美國農業部北部研究中心在制定開發“有用的微生物”調查中,Jeanes等 人發現了黃原膠。黃原膠的生產菌是野油菜黃單 抱桿菌X.Campestris NRRLB-1459。這種桿菌可使 淀粉轉化為水溶性多糖。1961年,美國Kelco公司 首先采用野油菜黃單孢菌NRRLB-1459開始黃原 膠半工業化生產。其產品主要用于油井的鉆井泥 漿配制及采油工藝過程。1963年正式工業化生產。 此后研究發現,甘藍黑腐病黃單孢桿菌、錦葵黃 單孢桿菌、胡蘿卜黃單孢桿菌、木薯萎蔫病黃孢 菌、美人蕉枯葉黃單孢桿菌等都能產黃原膠。美 國經過多年毒理學實驗,1969年食品與藥物管理 局(FDA)批準黃原膠作為食品添加劑。其后, 歐洲各國相繼批準黃原膠在食品工業中應用。 1975年,黃原膠載人美國藥典,并公布了質量標 準。1983年,聯合國世界衛生組織(WHO)和糧 農組織(FAO)也批準黃原膠作為食品工業用穩 定劑、乳化劑、增稠劑。目前,已有10多個國家 和地區生產黃原膠,主要有美國、英國、法國、 日本、俄羅斯、德國和中國等。國外主要生產廠 家有美國的Keico公司、Pfizer公司,法國的Rhone- Pouiene公司、Nero-Rousseiotsatia公司,另有Miies 公司、CecaSA公司、ADM公司等。黃原膠工業化 生產技術日趨完善,尤其是生物技術的發展使黃 原膠的發酵產率、糖轉化率、發酵液膠濃度等指 標大大提高,發酵周期大大縮短。目前,世界上 黃原膠生產最高水平已達到50 m3單罐發酵年產量 200~240 t;淀粉投料質量分數由4%~5%提高到 8%~9%;發酵黃原膠質量分數已達到5%左右;原 料多糖轉化率接近80%;發酵周期由72~96h縮短 為48~52 h。
 
1979年全世界黃原膠產量為1.8萬t,1990年世 界黃原膠產量超過5萬t,1996年世界黃原膠產量 超過6萬t,2000年達到10萬t。
 
3國內生產情況我國黃原膠研究起步于20世紀70年代末,主 要研究單位有:南開大學、山東省食品發酵研究 所、無錫輕工大學、山東大學、中國農科院、上 海化工研究院、四川省抗菌工業研究所、鄭州工 業大學生化中心和河南省科學院生物所等。1979 年,南開大學生物系首次分離得到一批黃原膠菌 株,并提純鑒定了這種酸性多糖,1985年率先在 國內研究食品級黃原膠,并于1986年通過了食品 級黃原膠產品和生產菌株的毒理學安全性試驗。 經國家有關部門病理學試驗與毒性試驗后,1988 年8月衛生部批準了食品級黃原膠的衛生標準,并 被列人食品添加劑名單[4]。
 
黃原膠發酵液屬于高粘度的非牛頓型流體, 國內前期試產黃原膠的幾家工廠由于發酵設備 (主要是溶氧問題)和后提取工藝的問題,都沒能 形成規模生產。1992年,全國產量不足100 t, 1993年以后,由于國內需求不斷擴大,黃原膠價 格持續上揚。一些科研、生產單位聯手合作加強 對生產工藝及設備的攻關,生產技術有所突破, 陸續建設和擴建了幾家300~500 t/a的生產裝置。 1998年,全國黃原膠產量在1 500 t左右。到2000 年底,我國已有十多家黃原膠生產企業,如江蘇 金湖制藥廠、河北新河生物化工有限公司、河南 天冠生物工程股份有限公司、山東淄博金豐潤、 陜西寶雞富陽工業有限公司生物廠、上海國潤生 物技術有限公司、淄博順達生化公司、山東金粟 生物制品有限公司、河南沁陽市生物化學廠、淄 博中軒集團等。其中很多企業因多種原因難以達 到設計產量。此后,隨著山東省食品發酵工業設 計研究院在黃原膠生產技術上的突破,陸續在省 內轉讓了幾家企業,山東省成為我國黃原膠的主 要生產基地,其中淄博中軒集團產能已達1萬t/a。 到2003年,國內黃原膠總生產能力約為2萬t/a。
 
黃原膠質量分為食品級和工業級。食品級中 外產品質量標準基本相同。工業級產品質量標準 一般由生產廠家和用戶商定。
 
由于黃原膠的市場前景看好,不少單位正在 建設或籌建黃原膠生產裝置:安徽省鳳臺釀酒有 限責任公司正招商500 t/a食品級黃原膠項目,項 目建設總投資2 700萬元,其中固定資產2 090萬 元;湖南永順招商300 t/a黃原膠生產線項目;肥 城市焦化廠招商500 t/a黃原膠項目;河南沁陽市 生物化學廠招商從1 000 t/a擴大為5 000 t/a;河 北新河生物化工有限公司擬從1 200 t/a擴大為 2 200 l/a;河南襥陽黃原膠廠500 t/a招商重新投產。
 
隨著黃原膠市場競爭的加劇,價格競爭已經 不可避免,由于動力成本在總成本中占有很大比 例,因此與熱電項目相結合已經成為發展趨勢, 否則企業很難生存,同時熱電公司作為熱電平衡 項目附帶建設黃原膠裝置,具有很強的成本優勢。 4市場狀況國內大約有45%的黃原膠作為食品級銷售, 40%用于石油工業,15%用于農藥、飼料、日化、 環保等行業。目前,我國黃原膠產量50%以上出 口,國際市場非常廣闊(10萬t/a以上),國內市 場潛力很大。根據有關資料,國產黃原膠和國際 產品差價較大,目前國產黃原膠在國際市場上供 不應求,國內市場需求量約為7 000 t/a,今后國 內市場需求量將穩步增長,增長率約為7%。根據 有關預測,到2005年,國內黃原膠的年需求量將 增至1萬t。
 
4.1食品工業黃原膠是食品工業中理想的增稠劑、懸浮劑、 乳化劑和成型劑,在某些苛刻條件下黃原膠的性 能比明膠、羧甲基纖維素(CMC)、海藻等現行食 品添加劑更具優越性。應用于奶制品(如奶酪、 果奶飲料、冰淇淋、酸奶等)中可改進質量、增 加穩定性、易于香味釋放、口感細膩清爽。用于 果汁飲料時,與其他添加劑具有良好的配伍性, 能有效懸浮果肉和釋放風味,保持液體均勻不分 層。加入啤酒中,產泡效果極佳。在沙拉醬或沙 司等典型油包水體系中,黃原膠能夠改善粘附性, 增強口感和風味釋放,對固體顆粒持久的懸浮性 能,在強酸或高鹽調味料中更能顯示其優越穩定 性,沙拉中乳化穩定可達一年以上。在烘焙食品 中,黃原膠能夠使其增加蜂窩氣泡量,提高保水 性能,增強口感,方便加工過程,不發生膠體脫 水收縮現象,保持松軟潤口。在冷凍食品中,多 次冷凍解凍后,仍具有良好穩定性能和保水性能, 減少冰凍晶,使食品口感滑爽。黃原膠可耐高溫, 解決了酒類、罐頭、方便面等食品的消毒問題。 在副食品加工中,用黃原膠水溶液預處理,對制 品的失水能起特殊的保護作用。用于方便面類快 餐食品可防止斷碎、干裂。據中國科技促進發展 研究中心在‘‘黃原膠的技術報告’’中指出:僅 食品行業的五個龍頭產品和糕點、食品香精等, 若黃原膠的添加量平均按0.1%計,就需黃原膠 8 000 t/a;即使只有1/2上述食品添加黃原膠,則 也需使用4 000 t/a,再加上啤酒和奶制品的需要, 需求數量十分可觀[5~7]。
 
4.2石油行業由于黃原膠的流變學特性、耐鹽性能、增稠 效果,使其應用于油田開發方面較之聚丙烯酰 胺、CMC、變性淀粉及一些多糖植物(瓜爾膠 等)有明顯的技術優勢。黃原膠作為一種卓越的 油田鉆井泥漿添加劑,它的應用被稱為20世紀70 年代泥漿技術的最新成就之一。其獨有的在低剪 切情況下的高粘度,使低濃度的鉆井液可以懸浮 固體物質,即使在高溫、高濃度酸堿鹽溶液中仍 保持其性能。這一點尤其在海洋鉆井或其他苛刻 條件下更為重要。黃原膠適用于三次采油和提高 采率法采油。它極強的耐溫性能使其成為可靠的 驅油劑和良好的移動控制劑。在美國和西歐,約 有30%"40%的黃原膠用于配制鉆井泥漿和三次采 油。在近幾年發展起來的“聚合物驅油’’新技術 中,黃原膠用量占聚合物的30%"40%左右。占我 國生產量60%左右的老油田,含水量達到80%以 上,三次采油問題已被提到戰略高度,但是由于 價格因素,我國石油行業黃原膠用量很少,只有 南海、渤海油田及內陸的中原、勝利、塔里木油 田等一些中外合資鉆井泥漿公司,應外方要求而 采用黃原膠作為泥漿處理劑打井。可見,市場潛 力很大[8]。
 
4.3日用品工業黃原膠有持久的粘度,易水解性和優越的乳 化穩定性,可使牙膏易于成型,分散性好,提高 牙膏附刷。黃原膠用在化妝品和洗滌劑中,有助 于迅速擴散和吸收,使皮膚倍感滑爽。在洗發液 和護發產品中,有懸浮穩定作用并能增加泡沫。 在面膜中,其良好粘附性和高度靜止粘度,使面 膜容易粘附在皮膚上,并且容易剝去?。
 
4.4其他方面應用在醫藥工業中黃原膠用作懸浮劑、乳化劑和 增稠劑。如用在維生素乳化劑中,可以避免因溫 度升降引起的分層。另外,黃原膠易溶于冷水, 使溶液易于配置。在懸浮固體和陶瓷上釉方面, 黃原膠賦予產品良好的流動性,防止上釉的壓陷 和走型。用于水印中,可賦予產品合適粘度,控 制滲透性,提高穩定性。用于乳膠漆及不漏水水 基涂料中,可改善產品流動性,同時黃原膠可懸 浮顏料,在垂直平面的粉刷中,使粉刷外表光滑 均勻,黃原膠還可有效控制油漆或涂料,在粉刷 或噴灑時的擴散性,并有效預防流陷。在造紙工 業中,黃原膠在特殊工序下可很好控制流變性, 在溫度變化或剪切變化下有效穩定外層覆蓋物, 并有效懸浮上漿和避免凝集。黃原膠的剪切性能 可用于懸浮研磨物質,使產品易于應用和磨擦, 提高產品的粘附性[10]。