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黄原胶的国内生产现状及趋势

发布日期:2015-05-22 10:37:26
多糖
黄原胶是新型多糖发酵产品,1961年首先 由美国Kelco公司投人工业化生产,目前被广泛应 用于石油、地矿、食品、日化、医药、纺织等20 多个行业。黄原胶又称黄胶、汉生胶,相对分子 质量(200~600) >104,浅黄色至白色可流动粉 末,稍带臭味。黄原胶是由黄单胞杆菌(Xan- thomonas campestris)发酵产生的细胞外酸性杂多 糖,是以碳水化合物(如玉米、淀粉等)为主要 原料,经生物发酵工程培养、乙醇提取、干燥、 粉碎而得到的一种高分子微生物聚合物,其分子 结构中含有葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸,侧链 可带有不同基团[1]。
 
1黄原胶的性能黄原胶是性能较为优越的生物胶,具有独特 的理化性质,集增稠、悬浮、分散、减阻、稳定 等性能于一身[2]。
 
1.1突出的高粘性和水溶性黄原胶易溶于冷水和热水,它是具有多侧链 线性结构的多羟基化合物,其羟基能与水分子相 结合,形成较稳定的网状结构,而且在很低的浓 度下仍具有较高的粘度。如质量分数为1%时,流 体粘度相当于明胶的100倍左右,增稠效果显着。 1.2独特的流变学特性黄原胶具有独特的剪切稀释性能,当施加一 定的剪切力时,流体粘度迅速下降,而除去剪切 力后,流体又恢复原有粘度,且这种变化是可逆 的。这种流变性能,使黄原胶具有独特的乳化稳 定性能(所谓乳化性是指在一个悬乳体中,将油 滴分散并悬浮到已增稠了的水溶液中),从而使黄 原胶成为一种高效的乳化稳定剂。 1.3优良的温度稳定性大多数高分子化合物,如羟甲基纤维素、海 藻胶、淀粉等一经加热,粘度即明显下降,而温 度低至零度左右时,分子结构和性能即发生变化, 而黄原胶在一个相当大的温度范围内(-18C~ 80C)基本保持原有的粘度及性能,具有稳定可 靠的增稠效果和冻融稳定效果。
 
1.4pH稳定性黄原胶溶液的粘度基本不受酸、碱的影响, 在pH 1~13范围内,能保持原有性能。
 
1.5兼容性黄原胶与各种盐类有着良好的兼容性,黄原 胶与高浓度的糖或盐类共存时,能形成稳定的增稠 系统,并保持原有的流变性,与其他化学物质 (酸、碱、表面活性剂、防腐剂等)均有令人满意 的兼容性。
 
1.6黄原胶的安全性黄原胶是采用天然物质为原料,经发酵精制 而成的生物高聚物,1983年联合国粮农组织的世 界卫生组织(FAO/WHO)所属食品添加剂专家委 员会已正式批准其为安全食品添加剂,而且对添 加量不作任何限制[3]。
 
此外,黄原胶还有较强的抗酶降、良好的润 滑性等特点。这些优良的性能大大扩展了黄原胶 的应用范围 2国外生产状况20世纪50年代中期,美国农业部北部研究中心在制定开发“有用的微生物”调查中,Jeanes等 人发现了黄原胶。黄原胶的生产菌是野油菜黄单 抱杆菌X.Campestris NRRLB-1459。这种杆菌可使 淀粉转化为水溶性多糖。1961年,美国Kelco公司 首先采用野油菜黄单孢菌NRRLB-1459开始黄原 胶半工业化生产。其产品主要用于油井的钻井泥 浆配制及采油工艺过程。1963年正式工业化生产。 此后研究发现,甘蓝黑腐病黄单孢杆菌、锦葵黄 单孢杆菌、胡萝卜黄单孢杆菌、木薯萎蔫病黄孢 菌、美人蕉枯叶黄单孢杆菌等都能产黄原胶。美 国经过多年毒理学实验,1969年食品与药物管理 局(FDA)批准黄原胶作为食品添加剂。其后, 欧洲各国相继批准黄原胶在食品工业应用。 1975年,黄原胶载人美国药典,并公布了质量标 准。1983年,联合国世界卫生组织(WHO)和粮 农组织(FAO)也批准黄原胶作为食品工业用稳 定剂、乳化剂、增稠剂。目前,已有10多个国家 和地区生产黄原胶,主要有美国、英国、法国、 日本、俄罗斯、德国和中国等。国外主要生产厂 家有美国的Keico公司、Pfizer公司,法国的Rhone- Pouiene公司、Nero-Rousseiotsatia公司,另有Miies 公司、CecaSA公司、ADM公司等。黄原胶工业化 生产技术日趋完善,尤其是生物技术的发展使黄 原胶的发酵产率、糖转化率、发酵液胶浓度等指 标大大提高,发酵周期大大缩短。目前,世界上 黄原胶生产最高水平已达到50 m3单罐发酵年产量 200~240 t;淀粉投料质量分数由4%~5%提高到 8%~9%;发酵黄原胶质量分数已达到5%左右;原 料多糖转化率接近80%;发酵周期由72~96h缩短 为48~52 h。
 
1979年全世界黄原胶产量为1.8万t,1990年世 界黄原胶产量超过5万t,1996年世界黄原胶产量 超过6万t,2000年达到10万t。
 
3国内生产情况我国黄原胶研究起步于20世纪70年代末,主 要研究单位有:南开大学、山东省食品发酵研究 所、无锡轻工大学、山东大学、中国农科院、上 海化工研究院、四川省抗菌工业研究所、郑州工 业大学生化中心和河南省科学院生物所等。1979 年,南开大学生物系首次分离得到一批黄原胶菌 株,并提纯鉴定了这种酸性多糖,1985年率先在 国内研究食品级黄原胶,并于1986年通过了食品 级黄原胶产品和生产菌株的毒理学安全性试验。 经国家有关部门病理学试验与毒性试验后,1988 年8月卫生部批准了食品级黄原胶的卫生标准,并 被列人食品添加剂名单[4]。
 
黄原胶发酵液属于高粘度的非牛顿型流体, 国内前期试产黄原胶的几家工厂由于发酵设备 (主要是溶氧问题)和后提取工艺的问题,都没能 形成规模生产。1992年,全国产量不足100 t, 1993年以后,由于国内需求不断扩大,黄原胶价 格持续上扬。一些科研、生产单位联手合作加强 对生产工艺及设备的攻关,生产技术有所突破, 陆续建设和扩建了几家300~500 t/a的生产装置。 1998年,全国黄原胶产量在1 500 t左右。到2000 年底,我国已有十多家黄原胶生产企业,如江苏 金湖制药厂、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、山东淄博金丰润、 陕西宝鸡富阳工业有限公司生物厂、上海国润生 物技术有限公司、淄博顺达生化公司、山东金粟 生物制品有限公司、河南沁阳市生物化学厂、淄 博中轩集团等。其中很多企业因多种原因难以达 到设计产量。此后,随着山东省食品发酵工业设 计研究院在黄原胶生产技术上的突破,陆续在省 内转让了几家企业,山东省成为我国黄原胶的主 要生产基地,其中淄博中轩集团产能已达1万t/a。 到2003年,国内黄原胶总生产能力约为2万t/a。
 
黄原胶质量分为食品级和工业级。食品级中 外产品质量标准基本相同。工业级产品质量标准 一般由生产厂家和用户商定。
 
由于黄原胶的市场前景看好,不少单位正在 建设或筹建黄原胶生产装置:安徽省凤台酿酒有 限责任公司正招商500 t/a食品级黄原胶项目,项 目建设总投资2 700万元,其中固定资产2 090万 元;湖南永顺招商300 t/a黄原胶生产线项目;肥 城市焦化厂招商500 t/a黄原胶项目;河南沁阳市 生物化学厂招商从1 000 t/a扩大为5 000 t/a;河 北新河生物化工有限公司拟从1 200 t/a扩大为 2 200 l/a;河南襥阳黄原胶厂500 t/a招商重新投产。
 
随着黄原胶市场竞争的加剧,价格竞争已经 不可避免,由于动力成本在总成本中占有很大比 例,因此与热电项目相结合已经成为发展趋势, 否则企业很难生存,同时热电公司作为热电平衡 项目附带建设黄原胶装置,具有很强的成本优势。 4市场状况国内大约有45%的黄原胶作为食品级销售, 40%用于石油工业,15%用于农药、饲料、日化、 环保等行业。目前,我国黄原胶产量50%以上出 口,国际市场非常广阔(10万t/a以上),国内市 场潜力很大。根据有关资料,国产黄原胶和国际 产品差价较大,目前国产黄原胶在国际市场上供 不应求,国内市场需求量约为7 000 t/a,今后国 内市场需求量将稳步增长,增长率约为7%。根据 有关预测,到2005年,国内黄原胶的年需求量将 增至1万t。
 
4.1食品工业黄原胶是食品工业中理想的增稠剂、悬浮剂、 乳化剂和成型剂,在某些苛刻条件下黄原胶的性 能比明胶、羧甲基纤维素cmc)、海藻等现行食 品添加剂更具优越性。应用于奶制品(如奶酪、 果奶饮料、冰淇淋、酸奶等)中可改进质量、增 加稳定性、易于香味释放、口感细腻清爽。用于 果汁饮料时,与其他添加剂具有良好的配伍性, 能有效悬浮果肉和释放风味,保持液体均匀不分 层。加入啤酒中,产泡效果极佳。在沙拉酱或沙 司等典型油包水体系中,黄原胶能够改善粘附性, 增强口感和风味释放,对固体颗粒持久的悬浮性 能,在强酸或高盐调味料中更能显示其优越稳定 性,沙拉中乳化稳定可达一年以上。在烘焙食品 中,黄原胶能够使其增加蜂窝气泡量,提高保水 性能,增强口感,方便加工过程,不发生胶体脱 水收缩现象,保持松软润口。在冷冻食品中,多 次冷冻解冻后,仍具有良好稳定性能和保水性能, 减少冰冻晶,使食品口感滑爽。黄原胶可耐高温, 解决了酒类、罐头、方便面等食品的消毒问题。 在副食品加工中,用黄原胶水溶液预处理,对制 品的失水能起特殊的保护作用。用于方便面类快 餐食品可防止断碎、干裂。据中国科技促进发展 研究中心在‘‘黄原胶的技术报告’’中指出:仅 食品行业的五个龙头产品和糕点、食品香精等, 若黄原胶的添加量平均按0.1%计,就需黄原胶 8 000 t/a;即使只有1/2上述食品添加黄原胶,则 也需使用4 000 t/a,再加上啤酒和奶制品的需要, 需求数量十分可观[5~7]。
 
4.2石油行业由于黄原胶的流变学特性、耐盐性能、增稠 效果,使其应用于油田开发方面较之聚丙烯酰 胺、CMC、变性淀粉及一些多糖植物( 等)有明显的技术优势。黄原胶作为一种卓越的 油田钻井泥浆添加剂,它的应用被称为20世纪70 年代泥浆技术的最新成就之一。其独有的在低剪 切情况下的高粘度,使低浓度的钻井液可以悬浮 固体物质,即使在高温、高浓度酸碱盐溶液中仍 保持其性能。这一点尤其在海洋钻井或其他苛刻 条件下更为重要。黄原胶适用于三次采油和提高 采率法采油。它极强的耐温性能使其成为可靠的 驱油剂和良好的移动控制剂。在美国和西欧,约 有30%"40%的黄原胶用于配制钻井泥浆和三次采 油。在近几年发展起来的“聚合物驱油’’新技术 中,黄原胶用量占聚合物的30%"40%左右。占我 国生产量60%左右的老油田,含水量达到80%以 上,三次采油问题已被提到战略高度,但是由于 价格因素,我国石油行业黄原胶用量很少,只有 南海、渤海油田及内陆的中原、胜利、塔里木油 田等一些中外合资钻井泥浆公司,应外方要求而 采用黄原胶作为泥浆处理剂打井。可见,市场潜 力很大[8]。
 
4.3日用品工业黄原胶有持久的粘度,易水解性和优越的乳 化稳定性,可使牙膏易于成型,分散性好,提高 牙膏附刷。黄原胶用在化妆品和洗涤剂中,有助 于迅速扩散和吸收,使皮肤倍感滑爽。在洗发液 和护发产品中,有悬浮稳定作用并能增加泡沫。 在面膜中,其良好粘附性和高度静止粘度,使面 膜容易粘附在皮肤上,并且容易剥去?。
 
4.4其他方面应用在医药工业中黄原胶用作悬浮剂、乳化剂和 增稠剂。如用在维生素乳化剂中,可以避免因温 度升降引起的分层。另外,黄原胶易溶于冷水, 使溶液易于配置。在悬浮固体和陶瓷上釉方面, 黄原胶赋予产品良好的流动性,防止上釉的压陷 和走型。用于水印中,可赋予产品合适粘度,控 制渗透性,提高稳定性。用于乳胶漆及不漏水水 基涂料中,可改善产品流动性,同时黄原胶可悬 浮颜料,在垂直平面的粉刷中,使粉刷外表光滑 均匀,黄原胶还可有效控制油漆或涂料,在粉刷 或喷洒时的扩散性,并有效预防流陷。在造纸工 业中,黄原胶在特殊工序下可很好控制流变性, 在温度变化或剪切变化下有效稳定外层覆盖物, 并有效悬浮上浆和避免凝集。黄原胶的剪切性能 可用于悬浮研磨物质,使产品易于应用和磨擦, 提高产品的粘附性[10]。
 
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