黃原膠是70年代末、80年代初在國際上興起 的一種高分子生物聚合體。它是由甘藍黑腐病黃單 胞桿菌以碳水化合物(如玉米淀粉)為主要原料經(jīng)微 生物發(fā)酵和一系列生化處理而得到的一種品質(zhì)評價高分子量的多糖物質(zhì)。
黃原膠是一種類白色或淺米黃色的可流動的粉 末,是目前國際上集增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定于一體, 性能最優(yōu)越的生物膠。黃原膠無味、無臭、無毒、食 用安全、易溶于水。在水溶液中呈多聚陰離子,具有 獨特的理化性質(zhì)。具體表現(xiàn)為:(1)高粘度:黃原膠 濃度雖低,但粘度較高(1 %水溶液的粘度,相當(dāng)于明 膠的100倍)。(2)耐溫:在-18!100L范圍內(nèi),即 使在鹽溶液中,黃原膠仍可保持其有序結(jié)構(gòu)和粘度, 但溫度過高會影響它的穩(wěn)定性。(3)抗鹽:在較高鹽 濃度條件下,甚至在飽和鹽溶液中,黃原膠仍能保持 其溶解性,而不發(fā)生沉淀和絮凝,其粘度幾乎不受影 響。這是黃原膠優(yōu)于聚丙烯酰胺的一個特點。(4) 耐酸堿:黃原膠在適量(0.1% )鹽分存在下,其溶液 粘度在pH值1 — 11范圍內(nèi),基本保持不變。(5)抗 剪切(假塑性)黃原膠稀溶液在靜態(tài)或低剪切作用 下具有高粘度;在高剪切作用下,表現(xiàn)為粘度下降, 但分子結(jié)構(gòu)不變,當(dāng)剪切消失后粘度恢復(fù)正常。而 聚丙烯酰胺在高剪切作用下發(fā)生剪切降低,剪切降 低后不能恢復(fù)。(6)良好的互溶性:黃原膠能溶于多 種酸溶液,也能溶于氫氧化鈉溶液,在濃度<40%時 還能與甲醇、乙醇、甲醛等多種有機物互溶。
黃原膠的優(yōu)良特性,使它廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī) 藥、造紙、紡織、陶瓷、日用化工、石油開采等20多個 行業(yè)、數(shù)百種產(chǎn)品,譽稱“工業(yè)味精”。它可改革這些 行業(yè)的生產(chǎn)工藝,增加產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)品質(zhì)量,并 帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
我國自70年代以來,南開大學(xué)、山東食品發(fā)酵 研究所、山東大學(xué)、中科院微生物所、無錫輕工業(yè)學(xué) 院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、鄭州工學(xué)院等科研單位相繼開 展了黃原膠的研究和開發(fā)工作,且大多通過中試,開 始了工業(yè)化生產(chǎn)。自1992年江蘇金湖制藥廠建成 國內(nèi)第一家黃原膠生產(chǎn)以來,全國每年總產(chǎn)量不足 100噸。到1999年底,全國規(guī)?;瘡S已達10余家, 總產(chǎn)3000噸左右。目前仍有不少單位正在擴建或 準(zhǔn)備新建黃原膠生產(chǎn)線,有兩家的設(shè)計能力為1000 噸/年[1]。由此可見,我國黃原膠整個生產(chǎn)形勢發(fā) 展迅速(見表1)。據(jù)國家輕工業(yè)局規(guī)劃發(fā)展司1999 年8月提出的《食品生物工程標(biāo)志性目標(biāo)》預(yù)測,到 2005年,我國黃原膠需求量將達到3萬噸。
以上生產(chǎn)企業(yè)目前實際產(chǎn)量均未達到設(shè)計生產(chǎn) 能力。主要原因是國產(chǎn)發(fā)酵設(shè)備和后提取工藝方面 存在一些制約因素,加之市場、資金等影響,生產(chǎn)尚 未完全穩(wěn)定或滿負荷[2]。
國外黃原膠自1961年由美國的Merck公司 Kelco分部開始半工業(yè)化生產(chǎn)以來發(fā)展迅速。1962 年即有2000多噸黃原膠干粉投入市場,兩年以后, 美國Kelco公司正式大規(guī)模生產(chǎn)。1969年美國 FDA批準(zhǔn)黃原膠用于食品領(lǐng)域,1971-1977年歐洲 一些國家先后批準(zhǔn)黃原膠作為食品添加劑,1963年 聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO )和世界衛(wèi)生組織(WHO )批 準(zhǔn)黃原膠可正式作為世界范圍內(nèi)的食品添加劑,此 后,世界黃原膠市場發(fā)展十分迅速。迄今為止,開發(fā) 和生產(chǎn)黃原膠的國家有美國、英國、法國、德國、日 本、意大利、加拿大、韓國、羅馬尼亞、中國等20多個 國家和地區(qū)。全世界的黃原膠產(chǎn)量達5萬噸/年以
上。其中能夠大規(guī)模生產(chǎn)黃原膠的國家有美國、法 —2萬方數(shù)據(jù)
國、奧地利和日本。目前僅美國Kelco公司,就達到 年產(chǎn)1.5!2萬噸的生產(chǎn)規(guī)模,是世界上最大的黃原 膠生產(chǎn)廠。法國Rhone - Poulenc公司近年以8000 萬法郎的代價,把他在法國Melle的綜合企業(yè)中生 產(chǎn)黃原膠的能力擴大了 20%,成為世界上第二大黃 原膠生產(chǎn)廠家。另據(jù)報道,瑞士巴塞爾的Jungbun- zlauer公司、美國ADM公司等廠商也紛紛擴大黃原 膠生產(chǎn)能力。據(jù)估計,全球?qū)S原膠的需求量每年 以5%!7%的速度增長。僅從世界石油組織分析 結(jié)果顯示,近期世界石油行業(yè)鉆井和三次采油方面 需要黃原膠即90-100萬噸/年,足見其巨大的市場 潛力[3]。
從世界黃原膠所占有的份額看,美國Nutr- SweeeKelco公司占62 %,位居“龍頭老大”法國 Rhone-Poulenc公司占21%,名列第二;瑞士巴塞 爾的Jungbuhzlauer公司和SBI公司各占11%和 6%,而中國黃原膠市場在世界黃原膠市場上幾乎不夠份額。
從工藝技術(shù)上看,我國黃原膠生產(chǎn)工藝與先進 國家基本一致,分發(fā)酵和后提取兩個工段,但總體水 平差距較大。表現(xiàn)在:(1)耐高溫的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)菌株培 育、篩選方面尚未有大的突破。(2)國內(nèi)生產(chǎn)廠家裝 置規(guī)模偏小,且技術(shù)裝備水平較差(如國外有的生產(chǎn) 廠家采用全封閉式廠房,管道、閥門,甚至連操作平 臺均為不銹鋼制作,檢測控制手段則更為先進);
(3)個別消耗指標(biāo)偏高。
因此,要加快我國黃原膠發(fā)展應(yīng)采取以下措施: 一是在現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)的基礎(chǔ)上擴大規(guī)模,引進國外 先進技術(shù)設(shè)備,提高裝備水平。二是要組織國內(nèi)科 研單位的黃原膠研究專家和生產(chǎn)單位聯(lián)手合作,繼 續(xù)開展聯(lián)合攻關(guān),搞好技術(shù)創(chuàng)新,提高我國黃原膠整 體科研水平,趕超先進國家水平。三是要繼續(xù)發(fā)揮 行業(yè)協(xié)會作用,組織生產(chǎn)企業(yè)工程技術(shù)人員請進來 教,走出去學(xué),加強交流,取長補短,打破國內(nèi)生產(chǎn)廠 家各自為陣,相互封鎖的保守局面。
2000年4月,筆者通過在上海“光大會展中心” 舉行的“第四屆中國國際食品添加劑展覽會暨第十 屆全國添加劑生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)展示會”上,收集到國內(nèi) 10家黃原膠廠的樣品,并通過其它渠道收集到美 國Kelco公司和法國Rhone - Poulenc公司的黃原膠 樣品。通過對上述國內(nèi)外產(chǎn)品的化驗分析對比和有 關(guān)部門查新證明,國產(chǎn)黃原膠與國外兩大公司產(chǎn)品 有六大差距:(1)外觀色度較深;(2)成品顆粒不夠均 勻;(3)1%溶液粘度偏低,且透光率差;(4)成品灰 份指標(biāo)略高;(5)衛(wèi)生指標(biāo)中總平板數(shù)、霉菌和酵母 菌含量較高;(6)單耗指標(biāo)較高。
而國外公司,尤其是美國Kelco公司生產(chǎn)的黃 原膠有四個明顯特點:一是產(chǎn)品手感較粗,為沙粒 狀,但極易過篩,造粒效果極好,分散性好;二是色澤 比較正宗,即奶油色,色素少;三是速溶于水,且溶 液為均勻透明膠體,膠感好;四是粘度高,達 2500cp,耐高溫(1205以上)。法國Rhoone - Poulenc公司的黃原膠白度好,但粘度較低。
國產(chǎn)黃原膠的色澤、膠感、溶解性、分散性、粘度 等方面各有千秋,山東中軒、江蘇金湖、甘肅順興,三 家產(chǎn)品幾乎無多大差別,上海國潤的粘度和白度較 好,河南天冠產(chǎn)品流動性和溶解性較好,見我國黃原 膠質(zhì)量狀況分析(表2)。
國產(chǎn)黃原膠質(zhì)量趕不上國外產(chǎn)品,除了上述分 析的技術(shù)設(shè)備、裝備水平和科研能力有差距外,與國 內(nèi)黃原膠起步晚、發(fā)展緩慢也不無關(guān)系。2000年7 月27日經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),9月1日起執(zhí)行的《當(dāng)前國 家重點鼓勵的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品、技術(shù)目錄》中專門把黃原 膠(食品級)生產(chǎn)列入了“輕工紡織”第十一類,國家 有關(guān)部門又制定了《食品級黃原膠發(fā)展標(biāo)志性目 標(biāo)》,給國內(nèi)黃原膠企業(yè)指明了發(fā)展方向。目前有部 分企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)已接近或達到了這一目標(biāo),因
此國內(nèi)黃原膠生產(chǎn)在今后幾年必將得到發(fā)展。
4我國黃原膠開發(fā)潛力和對策
目前,我國黃原膠還未形成規(guī)模優(yōu)勢,全國生產(chǎn) 能力還不到美國Kelco公司的四分之一,“十五”期 間預(yù)測發(fā)展到3萬噸。盡管國內(nèi)企業(yè)普遍存在生產(chǎn) 規(guī)模小,成本高,但大多都在進行自我改造,自我完 善,其產(chǎn)品質(zhì)量在短短幾年中有了很大幅度的提高, 而且隨著“西部大開發(fā)”和“十五”計劃實施,近幾年 將建成23家年產(chǎn)千噸的黃原膠廠。