黃原膠是新型多糖類發(fā)酵產(chǎn)品，1961年首先 由美國Kelco公司投人工業(yè)化生產(chǎn)，目前被廣泛應(yīng) 用于石油、地礦、食品、日化、醫(yī)藥、紡織等20 多個行業(yè)。黃原膠又稱黃膠、漢生膠，相對分子 質(zhì)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(fā)酵產(chǎn)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(jīng)生物發(fā)酵工程培養(yǎng)、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(jié)構(gòu)中含有葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸，側(cè)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(yōu)越的生物膠，具有獨特 的理化性質(zhì)，集增稠、懸浮、分散、減阻、穩(wěn)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(cè)鏈 線性結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，其羥基能與水分子相 結(jié)合，形成較穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且在很低的濃 度下仍具有較高的粘度。如質(zhì)量分數(shù)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(xué)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(fù)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(wěn) 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(wěn)定劑。 1.3優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性大多數(shù)高分子化合物，如羥甲基纖維素、海 藻膠、淀粉等一經(jīng)加熱，粘度即明顯下降，而溫 度低至零度左右時，分子結(jié)構(gòu)和性能即發(fā)生變化， 而黃原膠在一個相當大的溫度范圍內(nèi)（-18C~ 80C)基本保持原有的粘度及性能，具有穩(wěn)定可 靠的增稠效果和凍融穩(wěn)定效果。

 

1.4pH穩(wěn)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(nèi)，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(wěn)定的增稠 系統(tǒng)，并保持原有的流變性，與其他化學(xué)物質(zhì) (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(zhì)為原料，經(jīng)發(fā)酵精制 而成的生物高聚物，1983年聯(lián)合國糧農(nóng)組織的世 界衛(wèi)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(yōu)良的性能大大擴展了黃原膠 的應(yīng)用范圍 2國外生產(chǎn)狀況20世紀50年代中期，美國農(nóng)業(yè)部北部研究中心在制定開發(fā)“有用的微生物”調(diào)查中，Jeanes等 人發(fā)現(xiàn)了黃原膠。黃原膠的生產(chǎn)菌是野油菜黃單 抱桿菌X.Campestris NRRLB-1459。這種桿菌可使 淀粉轉(zhuǎn)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(yè)化生產(chǎn)。其產(chǎn)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(yè)化生產(chǎn)。 此后研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)黃原膠。美 國經(jīng)過多年毒理學(xué)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(yè)中應(yīng)用。 1975年，黃原膠載人美國藥典，并公布了質(zhì)量標 準。1983年，聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織（WHO)和糧 農(nóng)組織（FAO)也批準黃原膠作為食品工業(yè)用穩(wěn) 定劑、乳化劑、增稠劑。目前，已有10多個國家 和地區(qū)生產(chǎn)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(chǎn)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(yè)化 生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，尤其是生物技術(shù)的發(fā)展使黃 原膠的發(fā)酵產(chǎn)率、糖轉(zhuǎn)化率、發(fā)酵液膠濃度等指 標大大提高，發(fā)酵周期大大縮短。目前，世界上 黃原膠生產(chǎn)最高水平已達到50 m3單罐發(fā)酵年產(chǎn)量 200~240 t;淀粉投料質(zhì)量分數(shù)由4%~5%提高到 8%~9%;發(fā)酵黃原膠質(zhì)量分數(shù)已達到5%左右；原 料多糖轉(zhuǎn)化率接近80%;發(fā)酵周期由72~96h縮短 為48~52 h。

 

1979年全世界黃原膠產(chǎn)量為1.8萬t，1990年世 界黃原膠產(chǎn)量超過5萬t，1996年世界黃原膠產(chǎn)量 超過6萬t，2000年達到10萬t。

 

3國內(nèi)生產(chǎn)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(xué)、山東省食品發(fā)酵研究 所、無錫輕工大學(xué)、山東大學(xué)、中國農(nóng)科院、上 海化工研究院、四川省抗菌工業(yè)研究所、鄭州工 業(yè)大學(xué)生化中心和河南省科學(xué)院生物所等。1979 年，南開大學(xué)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(nèi)研究食品級黃原膠，并于1986年通過了食品 級黃原膠產(chǎn)品和生產(chǎn)菌株的毒理學(xué)安全性試驗。 經(jīng)國家有關(guān)部門病理學(xué)試驗與毒性試驗后，1988 年8月衛(wèi)生部批準了食品級黃原膠的衛(wèi)生標準，并 被列人食品添加劑名單[4]。

 

黃原膠發(fā)酵液屬于高粘度的非牛頓型流體， 國內(nèi)前期試產(chǎn)黃原膠的幾家工廠由于發(fā)酵設(shè)備 (主要是溶氧問題）和后提取工藝的問題，都沒能 形成規(guī)模生產(chǎn)。1992年，全國產(chǎn)量不足100 t， 1993年以后，由于國內(nèi)需求不斷擴大，黃原膠價 格持續(xù)上揚。一些科研、生產(chǎn)單位聯(lián)手合作加強 對生產(chǎn)工藝及設(shè)備的攻關(guān)，生產(chǎn)技術(shù)有所突破， 陸續(xù)建設(shè)和擴建了幾家300~500 t/a的生產(chǎn)裝置。 1998年，全國黃原膠產(chǎn)量在1 500 t左右。到2000 年底，我國已有十多家黃原膠生產(chǎn)企業(yè)，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(yè)有限公司生物廠、上海國潤生 物技術(shù)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(xué)廠、淄 博中軒集團等。其中很多企業(yè)因多種原因難以達 到設(shè)計產(chǎn)量。此后，隨著山東省食品發(fā)酵工業(yè)設(shè) 計研究院在黃原膠生產(chǎn)技術(shù)上的突破，陸續(xù)在省 內(nèi)轉(zhuǎn)讓了幾家企業(yè)，山東省成為我國黃原膠的主 要生產(chǎn)基地，其中淄博中軒集團產(chǎn)能已達1萬t/a。 到2003年，國內(nèi)黃原膠總生產(chǎn)能力約為2萬t/a。

 

黃原膠質(zhì)量分為食品級和工業(yè)級。食品級中 外產(chǎn)品質(zhì)量標準基本相同。工業(yè)級產(chǎn)品質(zhì)量標準 一般由生產(chǎn)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(shè)或籌建黃原膠生產(chǎn)裝置：安徽省鳳臺釀酒有 限責(zé)任公司正招商500 t/a食品級黃原膠項目，項 目建設(shè)總投資2 700萬元，其中固定資產(chǎn)2 090萬 元；湖南永順招商300 t/a黃原膠生產(chǎn)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(xué)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(chǎn)。

 

隨著黃原膠市場競爭的加劇，價格競爭已經(jīng) 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(jié)合已經(jīng)成為發(fā)展趨勢， 否則企業(yè)很難生存，同時熱電公司作為熱電平衡 項目附帶建設(shè)黃原膠裝置，具有很強的成本優(yōu)勢。 4市場狀況國內(nèi)大約有45%的黃原膠作為食品級銷售， 40%用于石油工業(yè)，15%用于農(nóng)藥、飼料、日化、 環(huán)保等行業(yè)。目前，我國黃原膠產(chǎn)量50%以上出 口，國際市場非常廣闊（10萬t/a以上），國內(nèi)市 場潛力很大。根據(jù)有關(guān)資料，國產(chǎn)黃原膠和國際 產(chǎn)品差價較大，目前國產(chǎn)黃原膠在國際市場上供 不應(yīng)求，國內(nèi)市場需求量約為7 000 t/a，今后國 內(nèi)市場需求量將穩(wěn)步增長，增長率約為7%。根據(jù) 有關(guān)預(yù)測，到2005年，國內(nèi)黃原膠的年需求量將 增至1萬t。

 

4.1食品工業(yè)黃原膠是食品工業(yè)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(xiàn)行食 品添加劑更具優(yōu)越性。應(yīng)用于奶制品（如奶酪、 果奶飲料、冰淇淋、酸奶等）中可改進質(zhì)量、增 加穩(wěn)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(fēng)味，保持液體均勻不分 層。加入啤酒中，產(chǎn)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(fēng)味釋放，對固體顆粒持久的懸浮性 能，在強酸或高鹽調(diào)味料中更能顯示其優(yōu)越穩(wěn)定 性，沙拉中乳化穩(wěn)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(fā)生膠體脫 水收縮現(xiàn)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(wěn)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(yù)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(jù)中國科技促進發(fā)展 研究中心在‘‘黃原膠的技術(shù)報告’’中指出：僅 食品行業(yè)的五個龍頭產(chǎn)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(shù)量十分可觀[5~7]。

 

4.2石油行業(yè)由于黃原膠的流變學(xué)特性、耐鹽性能、增稠 效果，使其應(yīng)用于油田開發(fā)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(shù)優(yōu)勢。黃原膠作為一種卓越的 油田鉆井泥漿添加劑，它的應(yīng)用被稱為20世紀70 年代泥漿技術(shù)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(zhì)，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(qū)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(fā)展起來的“聚合物驅(qū)油’’新技術(shù) 中，黃原膠用量占聚合物的30%"40%左右。占我 國生產(chǎn)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(zhàn)略高度，但是由于 價格因素，我國石油行業(yè)黃原膠用量很少，只有 南海、渤海油田及內(nèi)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(yīng)外方要求而 采用黃原膠作為泥漿處理劑打井?？梢?，市場潛 力很大[8]。

 

4.3日用品工業(yè)黃原膠有持久的粘度，易水解性和優(yōu)越的乳 化穩(wěn)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(fā)液 和護發(fā)產(chǎn)品中，有懸浮穩(wěn)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?nèi)?。

 

4.4其他方面應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)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(chǎn)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(chǎn)品合適粘度，控 制滲透性，提高穩(wěn)定性。用于乳膠漆及不漏水水 基涂料中，可改善產(chǎn)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(yù)防流陷。在造紙工 業(yè)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(wěn)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(zhì)，使產(chǎn)品易于應(yīng)用和磨擦， 提高產(chǎn)品的粘附性[10]。