黄原胶生产基本工艺.doc

黄原胶，它是以碳水化合物为重要原料，用野油菜黄单胞杆菌，经微生物有氧发酵制取胞外多糖，其水溶液具备独特流变特性—“剪切稀化”，剪切速率增长,溶液表观粘度明显下降；剪切速率减小，表观粘度恢复原状，是一种典型假塑性流体。1961年美国Kelco公司一方面采用野油菜黄单胞杆菌NRRLB-1459开始黄原胶半工业化生产。其产品重要用于油田钻井泥桨配制及采油工艺过程。1963年正式工业化生产。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中应用。1975年黄原胶载入美国药典，并发布了质量原则。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稳定剂、乳化剂、增稠剂。国内黄原胶研究起步于20世纪70年代末，1988年8月卫生部批准了食品级黄原胶卫生原则，并被列入食品添加剂名单。当前，国内大概有45%黄原胶用于食品加工，40%用于石油工业，15%用于农药、饲料、日化、环保等行业。国内黄原胶50%以上用于出口，国际市场非常辽阔，国内市场潜力很大。
黄原胶是人类研究最深、商业化应用限度最高微生物胞外多糖。由于其独特剪切稀释性质，良好增稠性，抱负乳化稳定性，对酸、碱、热、重复冻融高度稳定性以及对人体完全无毒害等许多优良特性，而在食品、石油、医药、日用化工等十几种领域有着极其广泛应用。超乎寻常稳定性极大地扩展了黄原胶应用范畴，但同步也引起了某些应用问题。国内黄原胶研究起步晚，但发展迅速。国内黄原胶行业在高速发展同步也受到自身条件制约。国内黄原胶公司技术但是关，资金缺少，生产人员素质低，直接影响着国内黄原胶产品质量与色泽；食品级黄原胶成本较高，减少成本核心因素是减少发酵过程中染菌率，减少电能消耗，减少乙醇损失，食品级黄原胶成本直接影响着食品生产公司使用；而工业级黄原胶产品附加值较低，与其他化学助剂相比，价格又偏高，导致国内工业级产品较少公司生产，限制了其在非食品工业发展。这些因素，阻碍了国内黄原胶行业发展。
黄原胶(Xanthan Gum)特性、生产及应用
许多微生物都分泌胞外多糖，它们或附着在细胞表面，或以不定型粘质形式存在于胞外介质中，这些胞外多糖对于生物体间信号传递、分子辨认、保护己体免受袭击、构造舒服体外环境等方面都发挥着重要作用。这些分泌多糖构造各异，其中某些有着优良理化性质，已为人类广泛应用。对于仍不为人类所知绝大多数多糖，人们试图通过有关多糖构造问互相比较，推断出构效关系，从而人为地积极修饰、构造多糖，以满足应用需要。其中，黄原胶是人类研究最为透彻、商业化应用限度最高一种。 ．
1 黄原胶构造
黄原胶(xanthan gum)是20世纪50年代美国农业部北方研究室(Northern Re．
gional Research Laboratories，NRRL)从野油菜黄单孢菌(Xanthomonas campestris)NRRLB一1459发现了分泌中性水溶性多糖，又称为汉生胶。黄原胶由五糖单位重复构成，如图1，主链与纤维素相似，即由以13—1，4糖苷键相连葡萄糖构成，三个相连单糖构成其侧链：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。与主链相连甘露糖普通由乙酰基修饰，侧链末端甘露糖与丙酮酸发生缩醛反映从而被修饰，而中间葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸，分子量普通在2×10。～2×10 D之间。黄原胶除拥有规则一级构造外，还拥有二级构造，经x一射线衍射和电子显微镜测定，黄原胶分子问靠氢键作用而形成规则螺旋构造。双螺旋构造之间依托薄弱作用力而形成网状立体构造，这是黄原胶三级构造，它在水溶液中以液晶形式存在¨ 。
2 黄原胶性质
黄原胶外观为淡褐黄色粉末状固体，亲水性很强，没有任何毒副作用，美国FDA于1969年批准可将其作为不限量食品添加剂，1980年，欧洲经济共同体也批准将其作为食品乳化剂和稳定剂。由其二级构造决定，黄原胶具备很强耐酸、碱、盐、热等特性。黄原胶最明显特性是其控制液体流变性质能力，它即便在低浓度时也可形成高粘度、典型非牛顿溶液，具备明显假塑性(即随着剪切速率增大，其表观粘度迅速减少)。溶液粘度影响因素还涉及溶质浓度、温度(既涉及黄原胶溶解温度，又涉及测量时溶液温度)、盐浓度、pH值等，现分别简述之。
2．1 温度影响黄原胶溶液粘度既受测量时溶液温度影响，也受溶解温度影响。如下图2a所示，像大多数溶液同样，(在同平剪切力下测定)黄原胶溶液粘度随溶液温度(T )升高而减少，且此变化过程在10"C～80T：完全可逆。

由于黄原胶在其水溶液中存在两种构象：螺旋型和不定型。随溶解时温度(To)升高从螺旋型向不定型转变，变化了其聚合物胶连方式和限度，从而使溶液粘度发生变化。粘度随T 变化曲线如图2-b所示。此变化曲线折为三段，低于40℃时随T。增长粘度减小，在40℃～60℃时，粘度随T。升高而增大，当T。不不大于60℃时，粘度随T 变化趋势又变为随温度升高而减小 。
2．2 盐浓度影响盐浓度对黄原胶溶液粘度有一定影响。在浓度较低时，少量盐加入可使粘度略微下降，这重要是由分子间电荷力减少导致；在黄原胶浓度较高时，加入大量盐可使溶液粘度增长，这也许是由于增长了分子问胶连限度；而当盐浓度超过0．1％ (W／V)时，盐浓度对溶液粘度没有影响 。多价金属盐在不同pH值范畴内可与黄原胶形成凝胶，如钙、镁盐形成凝胶pH值为1 1～13，三价金属盐在较低pH值时即可形成凝胶或沉淀。
2．3 pH值影响相比较而言，黄原胶溶液粘度受pH值影响很小。pH>9时，侧链上乙酰基脱掉，在pH<3时，丙酮酸和乙酰基开始脱掉。据研究者者指出，脱除丙酮酸和乙酰基后黄原胶与野生型黄原胶对溶液粘度影响几乎相似 。
2．4 剪切力影响 黄原胶溶液有着突出假塑性，溶液粘度随剪切力变化而变化，且该变化在很大限度上可逆。许多研究者都对黄原胶溶液粘度随剪切力变化模型提出了方程。用Ostwald de Wale方程解释模型，得到： =K7 。其中 是表观粘度， 是剪切率，K是恒定系数(即在剪切率为1S 时粘度数值)，n是流体系数，对假塑性流体而言，n<1 。此外，尚有人提出用Casson模型来描述这一特性：T =T。+K 。与前一种方程相比，这一方程考虑了最初剪切力 。，此外一种参数K 是Casson常数， 是剪切力， 是表观粘度 。在剪切速率在0．39～79．2 S 间时，这两个方程与实验数据都可较好吻合，在超过此范畴时则需查有关文献来重新拟定方程。2．5 黄原胶浓度影响 随着黄原胶在溶液中浓度增大，其分子间作用及胶联限度增长，从而使粘度增长，但不完全成比例 J
(图3)。
2．6 同促作用黄原胶此外一种明显特性是其与半乳甘露聚糖同促作用，如槐豆胶(Locust bean gum)、瓜尔胶(Guar gum)等。即当黄原胶与半乳甘露聚糖混合时，其t昆合物粘度较之其中任何一种单独存在时，粘度都明显增长。。 ，如图4所示。混合溶液粘度与这两种溶质构象有关，前已述及，黄原胶在溶液中构象依溶 解温度而定。当黄原胶在较低温度(<40℃)溶解时，呈规则螺旋构象，与不规则构象相比，与半乳甘露聚糖间胶连作用更强。而半乳甘露聚糖溶液性质同样也受溶解温度影响，该聚糖主链由甘露糖连接而成，上面连有单糖分子半乳糖构成侧链，侧 链在主链上分布并不均匀，没有侧链区域称为光滑区(smooth regions)，侧链分布均匀区域称为毛发区(hairy regions)，毛发区与黄原胶作用很小。但光滑区某些仅在80℃左右溶解¨ ，因而，欲得到较强同促作用黄原胶与半乳糖苷聚糖混合物，应使黄原胶在较低温度下(<40℃溶解，使半乳糖在较高温 度下(80℃左右)溶解，然后将两者混和。
黄原胶与各种酸碱均有较好相溶性，且 o．1 1．0，． 10
性质稳定，还可与甲醇、乙醇、异丙醇以及丙
酮互溶，但溶剂超过50％ ～60％时则可引起沉淀，黄原胶不溶于多数有机溶剂，但在25度可溶于甲醛，在65℃下可溶于甘油和乙二醇。
近年来又相继报道了由野油菜黄单孢菌突变菌株分泌由重复四糖单位(侧链由二糖构成，图5a)和三糖单位(侧链为单糖，图5b)构成黄原胶，见如5，与野生型黄原胶相比，由重复四糖单位构成聚糖(图5a)使溶液粘度增长作用很弱，因而不适当用于增稠剂；而由重复三糖单位(图5b)构成聚糖在相似质量下使溶液粘度增大能力要不不大于野生型黄原胶¨ 。

3 黄原胶生产
黄原胶生产工艺通过半个世纪发展精琢，现已较为成熟。底物转化率达60％
～ 70％，以至国外某些杂志称其为“基准产品”，将其她发酵产品产率与之对比定
位。
分泌黄原胶菌株——野油菜黄单孢菌是甘蓝、紫花苜蓿等一大批植物致病菌
株，直杆状，宽0．4 m～0．7 tzm，有单个鞭毛，可移动，革兰氏阴性，好氧。
图6是黄原胶生产工艺简图，黄原胶生产受到培养基构成、培养有条件(温度，
pH值，溶氧量等)、反映器类型、操作方式(持续式或间歇式)等多方面因素影响。
惯用培养基是YM培养基以及YM-T培养基，两种培养基得到产量相似，但应用YM．T培养基生长曲线有明显二次生长现象。菌株可在25％ ～30％下生长，最适
发酵温度为28~C，已有研究者提出详细温度与生长速率关系方程 。
由于分泌出黄原胶包裹在细胞周边，妨碍了营养物质运送，影响了菌种
生长，因而，接种阶段时除应增长细胞浓度外，还应尽量减少黄原胶产量，这样
就需多步接种(每步接种时间必要控制在7 h如下，以免黄原胶生成)，接种体积普通
为反映器中料液体积5％ ～10％，接种次数应随发酵液体积增大而增多 。
发酵液中成分派比也是影响产量重要因素。碳源(普通为葡萄糖或蔗糖)
最佳浓度为2％ ～4％，过大或过小都会减少黄原胶产量；氮源形式既可以是有机
化合物，也可觉得无机化合物。依照经验，较为抱负成分派比为：蔗糖(40 g／L)，
柠檬酸(2．1 g／L)，NH4NO3(1．144 g／L)，KI-I2PO4(2．866 g／L)，MgC12(0．507 g／L)，
Na SO4(89 mg／L)，H3BO3(6 mg／L)，ZnO (6 mg／L)，FeC13·6H2O (20 mg／L)，
CaCO (20 mg／L)，浓HC1(0．13 ml／L)，通过添加氢氧化钠而将pH值调为7．0。
发酵温度不但影响黄原胶产率，还能变化产品构造构成。研究指出，较高
温度可提高黄原胶产量，但减少了产品中丙酮酸含量，因而，如需提高黄原胶产
量，应选取温度在31℃ ～33％ ，而要增长丙酮酸含量就应选取温度范畴在27℃ ～31℃。
pH范畴在中性时最适于黄原胶生产，随着产品产出，酸性基团增多，pH值
降至5左右。研究表白控制反映中pH值对菌体生长有利，但对黄原胶生产没有显
著影响¨ 。
反映器类型及通氧速率、搅拌速率等均有相应经验数据，须依照详细条件而定。可参照如下数据：搅拌速率在200～300 r／min，空气流速为1 L／L·min。
除上述老式发酵生产办法外，尚有研究者已发现了合成、装配黄原胶所需数
种酶，并克隆出有关基因，(12个基因联合伙用) ，选取出恰当载体，虽然当前
此法成本较高，但相信通过工艺改进，可为进一步减少成本及控制产品构造提供也许。

4 黄原胶提取
相比较而言，从发酵液中回收产品成本较高。普通，最后发酵液中组分为：
黄原胶：10～30 L，细胞：1～10 g／L，残存营养物质3～10 L，以及其她代谢物。
由于高浓度黄原胶存在，溶液浓度很大，从而增长了提取操作困难，因而，宜
先做稀释解决。
提取重要环节：细胞沉淀，黄原胶沉淀、脱水、干燥、研磨。
当前有各种办法可灭活发酵液中菌体。酶法成本较高；化学试剂容易变化pH
值，而减少产品中丙酮酸含量；因而普通采用巴氏灭菌法，此法由于温度较高还可
提高黄原胶溶解度，并在一定限度上减少了溶液粘度，利于随后离心或过滤。
但要注意温度不能过高，使其发生降解，普通维持在80℃ ～130~C，加热10～20 rain，
pH值控制在6．3～6．9。过滤前需要稀释，稀释剂普通为水、酒精或含低浓度盐酒
精，下面将可以看到由酒精作为稀释剂会对背面工艺有所协助。沉淀黄原胶办法
有加盐、加入可溶于水有机溶剂(如乙醇、异丙基乙醇<IPG>等)，或将这两种方
法综合运用。
加入有机溶剂不但可减少溶液粘度和增长黄原胶溶解度，还可洗脱杂质(如盐、
细胞、有色组分等)，但单独加有机试剂所需量太大，成本过高。如要所有沉淀每体积
发酵液中黄原胶，需三倍体积丙酮或IPG，六倍体积乙醇。加入盐离子可减少黄
原胶极性从而减少其水溶性，且加入盐离子强度越高效果越明显，如Ca ，A1“
等，加入Na 则不会引起沉淀。因而，加入含低盐浓度有机试剂是当前较为通用
办法¨ ，如加人1 g／LNaC1可使乙醇使用量减半；加入二价离子虽可使有机试剂
使用量更小，但使得产物——黄原胶盐——溶解度减少，因而普通不采用。
图7a及图7b分别为黄原胶溶液加入无盐有机溶剂以及含不同量NaC1IPG
沉淀曲线。
1997年曾有人报道用超滤法来提取黄原胶，但未得到广泛应用¨ 。
5 黄原胶降解
驱使人们研究黄原胶降解途径动力重要有3个：
(1)工业应用上以便。黄原胶超乎寻常稳定性自身也是一把双刃剑：一方面，
它大大地增长了其应用普及度；另一方面，它也产生了某些问题。例如在采油业中，
由于使用黄原胶而增长了溶液粘度，从而大大增长了后续工艺如油料运送及产品纯
化成本。唯有可以便地将其降解才可使得对黄原胶应用做到“进可攻，退可守”。
(2)关于其构效关系信息。将侧链上单糖逐个剥离，研究其性质，并与野生
型相比较，从而可得到关于功能核心构成位点信息。
(3)也许拥有特殊生物活性寡糖产品。由于寡糖在无毒害、抗病毒、抑菌、利
于肠道双岐杆菌增殖、植物诱抗、提高免疫力¨ 一等方面有着神奇功能，因而造就了
当前寡糖工程在国际上竞相研究、炙手可热局面。由植物致病菌分泌黄原胶所降
解寡糖与否也拥有某种生物活性疑问也激起了人们强烈兴趣。
尽管黄原胶主链与纤维素相似，但由于规则螺旋构造保护，以及侧链所产

生位阻，使得普通蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶等都很难将其降解。
多糖降解，普通可用酸(如盐酸、次氯酸)或强氧化剂(如过硼酸钠、过硫酸铵)，
尽管这在实验室效果不错，但在实际应用中，存在环境问题同步，效果也不抱负。
1980年，M、Rinaudo等人第一次报道用一种纤维素酶对处在不规则构象黄原胶
主链进行随机降解，然而，对于普通规则螺旋构象黄原胶而言，该酶几乎没有降
解作用。随后，1981年，Cripps等人研究小组发现了一种能以黄原胶为唯一碳源生
长土壤棒状杆菌，命名为NCIB11535。用薄层层析分析其降解产品，降解产物有9
种，而对于脱乙酰黄原胶而言，降解产物只有四种，分别是甘露糖，甘露糖与丙酮
酸缩酮产物，以及两种寡糖产品(专利WO0030393)。
诸多状况下，黄原胶降解酶工作环境非常恶劣，如高温、高盐等，因而对酶
规定也相称苛刻。1982年，M．C．Cadmus发现了一种耐盐黄原胶降解酶(专利
US4410625)，此酶可在NaC1浓度在4～10％ ，48℃时仍保持一定活性。此后陆续发
现了数种降解酶，如专利：US4690891，US4996153，US61 10875，WO9839379等。
6 黄原胶应用
黄原胶由于其独特性质，因而在食品、石油、医药、日用化工等十几种领域有
着极其广泛应用，其商品化限度之高，应用范畴之广，令其她任何一种微生物多糖
都望尘莫及。
(1)食品方面：许多食品中都添加黄原胶作为稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂
和加工辅助剂。黄原胶可控制产品流变性、构造、风味及外观形态，其假塑性又可
保证良好口感，因而被广泛应用于色拉调料、面包、奶制品、冷冻食品、饮料、调
味品、酿造、糖果、糕点、汤料和罐头食品中。近年来，较发达国家人们往往紧张
食品中热值过高而使自己发胖，黄原胶由于其不可被人体直接降解而打消了人们
这一顾虑。此外，据1985年日本报道，对十一种食品添加剂进行对比测试，黄原胶
是其中最为有效抗癌剂。(2)Et用化工方面：黄原胶分子中具有大量亲水基团，是一种良好表面活性
物质，并具备抗氧化、防止皮肤衰老等功能，因而，几乎绝大多数高档化妆品中都将
黄原胶作为其重要功能成分。此外，黄原胶还可作为牙膏成分实质增稠定型，减少
牙齿表面磨损。
(3)医学方面：黄原胶是当前国际上炙手可热微胶囊药物囊材中功能组分，
在控制药物缓释方面发挥重要作用；由于其自身强亲水性和保水性，尚有许多详细
医疗操作方面应用，如可形成致密水膜，从而避免皮肤感染；减轻病人放射治疗后
口渴等。此外，李信、许雷曾撰文指出，黄原胶自身对小鼠体液免疫功能具备明
显增强作用¨ 。
(4)工农业方面应用：在石油工业中，由于其强假塑性，低浓度黄原胶
(0．5％)水溶液就可保持钻井液粘度并控制其流变性能，因而在高速转动钻头部
位粘度极小，节约了动力；而在相对静止钻孔部位却保持高粘度，从而防止井壁坍
塌。并且由于其优良抗盐性和耐热性，因而广泛应用于海洋、高盐层区等特殊环境
下钻井，并可用作采油驱油剂，减少死油区，提高采油率。
人们对黄原胶发现以及随后对其构造功能进行大量研究，触发了人类对微生
物多糖优良性质强烈好奇，引起了发酵史上不小轰动。迄今半个世纪已过，人
们依然没有减少对黄原胶研究热情(据预计，全世界对黄原胶需求量每年以7％ ～
8％速度增长，仅从世界石油组织分析成果显示，近期世界石油行业钻井和3次采油
方面需要黄原胶将达90万吨／年～100万吨／年)，相信随着研究进一步进一步以及生产
工艺进一步改进，黄原胶应用潜力依然很大。

黄原胶生产和应用
-09-17 16:56:28 来源：不详 评论：0 点击：119
1 前言
黄原胶(Xanthangum),又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖,是野油菜黄单孢杆菌(Xanthomonascampestris)以碳水化合物为重要原料,经发酵工程生产一种作用广泛微生物胞外多糖,简称XC。
黄原胶是50年代美国农业部北部地区研究所(NRRL)一方面发现。普通商品黄原胶是具有K、Na、Ca等盐混合物,其他类型有:脱乙酰胺黄原胶、丙酮酸232黄原胶和与铬盐交联高触变性黄原胶等。它具备如下特性:在热水和冷水中有较好溶解性;有良好增粘性和悬浮能力,在低浓度下具备较高粘度;有很高稳定性,耐酸碱、高盐环境,抗高温、低温冷冻,易生物降解,抗污染能力强,在-4~93e范畴内重复加热、冷冻,其粘度基本不变;可同各种物质(酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等)互配,具备令人满意兼容性;有良好触变性(剪切稀释能力)和假塑性(恢复能力);有良好分散作用、乳化稳定作用。黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶等半乳甘露聚糖配合使用时有极为明显协同增效作用,可明显提高粘度和耐盐稳定性,达到用量少、成本低和提高使用效果目。
黄原胶可广泛用于食品、石油、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、地矿、灭火、涂料、牙膏、化妆品等20各种行业。近年来,世界黄原胶生产国家通过不断技术改造,其生产能力已达5万余t/a,工业级黄原胶价格在3.5万~4.5万元/t范畴内波动,食品级则依照质量、供需双方状况波动幅度更大,为5万~10万元/t,从外国进口工业级黄原胶约为6万~7万元/t,食品级则为15万元/t左右,可见黄原胶市场辽阔,前景看好,是当前世界上生产规模最大且用途极为广泛微生物多糖。
2 黄原胶生产
2.1 培养基
黄单孢杆菌产生黄原胶惯用培养基是:以葡萄糖、蔗糖或淀粉等为碳源,以蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮源,加KH2PO4、MgSO4、CaCO3等无机盐和Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素,以及生成增进剂谷氨酸、柠檬酸等。
2.2 生产工艺
黄原胶生产涉及发酵和提取两某些。发酵工艺有持续法和间歇法,但真正工业化是间歇法。实际过程是:种子培养、种子扩大和发酵。黄单孢杆菌在生长过程中吸取氧气,放出二氧化碳。其生长温度为2~35e,40e黄单孢杆菌就停止生长。提取工艺涉及
(1)发酵液解决。经离心法、过滤法、酶解决法、次氯酸盐氧化法、过滤及超滤浓缩法预解决除去菌体细胞和各种不溶性杂质,使黄原胶中不再含活性菌体细胞、影响产品质量不溶性杂质和色素等,并对发酵液进行浓缩。
(2)沉淀反映:用钙盐、铝盐、季铵盐或酸沉淀法制取工业级精制品;用有机溶剂沉淀法制取食品级精制品。
(3)过滤沉淀物并进行洗涤。
(4)干燥、粉碎、筛分、成品包装。
2.2.1 工业级黄原胶生产
工业级黄原胶提取办法普通是先将发酵液进行灭菌解决,杀死活菌细胞,直接经喷雾干燥或滚筒干燥而制得,但这种办法因发酵液含水量太高而消耗大量能量,产品纯度较低,且成品颜色较深,成本较高;另一种办法是用钙盐、铵盐等沉淀黄原胶,见图1。

因其产品附加值低,市场用受到限制,因而国内普通发展食品级黄原胶。
2.2.2 食品级黄原胶生产
食品级黄原胶提取办法,普通用醇作为沉淀剂,惯用有甲醇、异丙醇、乙醇等低档醇。由于后提取选用乙醇,成本高,生产和应用受到限制。非醇法生产黄原胶有效地解决了这一问题。其工艺流程为:菌种在种子罐内经分级培养后,接种到发酵罐中,在30e条件下,通气、搅拌,发酵时为48~60h,放罐后用稀盐酸调pH值为2,黄原胶即沉淀下来,经脱水干燥后得淡黄色成品。但此办法对提取设备及管道提出了苛刻规定,同步需对含盐酸废水进行解决。因而,国内食品级对黄原胶生产中,沉淀剂选取仍是有待解决问题。
3 黄原胶应用
3.1 黄原胶在食品工业中应用
黄原胶在食品工业中重要作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂,在某些苛刻条例下(如pH值为3~9,温度80~130e),它性能能基本稳定,明胶、CMC、海藻胶、果胶等优越。在食品工业中把它应用于奶制品,如奶酪、果奶饮料、冰淇淋、酸奶等中,可起到改进品质、增长稳定性、易香味释放、口感细腻清爽作用;用于果汁饮料时能保持液体均匀、不分层;加入啤酒,产泡丰富;在沙拉调汁中加入黄原胶,乳化稳定可达一年以上;点心馅中加入黄原胶因其假塑性而大大以便了加工过程,使产品不发生胶体脱水收缩现象,保持松软润口。许多食品添加剂不耐高温,使其消毒成了大问题,而黄原胶没有这种缺陷。在某些副食品加工时,用黄原胶水溶液预解决后对成品失水起着特殊保护作用,能达到保湿保鲜效果。
3.2 黄原胶在石油工业中应用
黄原胶用于油田开发方面较之聚丙烯酰胺、CMC(羧甲基纤维素)、变性淀粉及某些植物多糖(如瓜尔胶、四菁胶等)有明显技术优势,它增粘、增稠、抗盐、抗污染能力较强。特别在海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井,防止井喷等有明显作用,低浓度黄原胶水溶液就可保持水基井液粘度、使钻井液有好悬浮性能,这可防止井壁坍塌、抑制地层井喷、便于将切削下碎石排出井外,其性能远好于聚丙烯酰胺;黄原胶假塑使处在钻头附近黄原胶液由于高速旋转引起强剪切而体现出极低粘度,具备低磨阻特性,有助于节约能耗;由于黄原胶抗盐性、耐高温性,黄原胶液用于三次采油流变控制液可提高10%以上采收率。当前国外约有30%~40%黄原胶用于钻井泥浆和三次采油。
3.3 黄原胶在其他工业中应用
黄原胶在其他行业中也有广大市场,用它作为釉浆悬浮剂和粘结剂,被称为陶瓷工业重大技术革新,并解决了烧制各种异型陶瓷技术难题。用黄原胶作原料生产凝胶泡沫灭火剂,已用于森林扑火、有机溶剂及其他化学品灭火中。黄原胶能用作灭虫剂、肥料悬浮剂。在喷洒期间能较好控制其漂流和粘附,延长有效期,是农用化学物质良好稳定剂。黄原胶可作为水基油墨和乳化油墨悬浮剂和稳定剂,控制水渗入性和失水而保持均匀光泽。黄原胶还可用于胶体炸药、水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂、湿法冶金增稠剂,药物、化妆品润滑剂,牙膏增稠剂,印染工业载色剂等。
黄原胶市场状况与技术经济分析
-09-17 16:57:05 来源：不详 评论：0 点击：28
黄原胶又称黄胶、汉生胶，分子量200～600万，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（Xanthomonas campestris）发酵产生细胞外酸性杂多糖，是以碳水化合物为重要原料（如玉米、淀粉等），经生物发酵工程培养、乙醇提取、干燥、粉碎而得到一种高分子微生物聚合物，它是由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成﹝1﹞。黄原胶是新型多糖类发酵产品，1961年一方面由美国Kelco公司投入工业化生产，当前被广泛应用于石油、地矿、食品、医药、纺织等20各种行业。
1、黄原胶性能
黄原胶是当前国际上性能较为优越生物胶，具备独特理化性质，集增稠、悬浮以及乳化稳定等功能于一身，重要体现为：
a、突出高粘性和水溶性
黄原胶易溶于冷水和热水，它是具备多侧链线性构造多羟基化合物，其羟基能与水分子相结合，形成较稳定网状构造，并且在很低浓度下仍具备较高粘度，如l％浓度粘度相称于明胶100倍左右，增稠效果明显。
b、独特流变学特性
黄原胶具备独特剪切稀释性能，当施加一定剪切力时，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。这种流变性能，使黄原胶具备独特乳化稳定性能（所谓乳化性是指在一种悬乳体中，将油滴分散并悬浮到已增稠了水溶液中），从而使黄原胶成为一种高效乳化稳定剂。
c、优良温度稳定性
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，分子构造和性能即发生变化，而黄原胶在一种相称大温度范畴内（-18℃～80℃）基本保持原有粘度及性能，具备稳定可靠增稠效果和冻融稳定效果。
d、PH稳定性
黄原胶溶液粘度基本不受酸、碱影响，在PH 1～13范畴内，能保持原有性能。
e、令人满意兼容性
黄原胶与各种盐类有着良好兼容性，黄原胶与高浓度糖或盐类共存时能形成稳定增稠系统，并保持原有流变性，与其她化学物质（酸、碱、表面活性剂、防腐剂等）均有令人满意兼容性。
f、黄原胶安全性
黄原胶是采用天然物质为原料，经发酵精制而成生物高聚物，1983年联合国粮农组织世界卫生组织（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，并且对添加量不作任何限制。
此外，黄原胶尚有较强抗酶降、良好润滑性等特点，这些优良性能大大扩展了黄原胶应用范畴。
2、国内外生产状况
2、1国外生产状况
50年代中期美国农业部北部研究中心在制定开发有用微生物调查中，Jeanes等人发现了黄原胶，它生产菌是野油菜黄单孢杆菌X．CampestrisNRRLB-1459，可使淀粉转化为水溶性多糖。1961年，美国Kelco公司一方面采用野油菜黄单孢菌NRRLB-1459开始了黄原胶半工业化生产，重要用于油井钻井泥浆及采油技术，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。美国通过近年毒理学实验，1969年美国食品与药物管理局（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中应用。1975年，黄原胶载入美国药典，并发布了质量原则。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。当前已有十各种国家和地区生产黄原胶，重要有美国、英国、法国、日本、俄罗斯、德国和中华人民共和国等，国外重要生产厂家有美国Kelco公司、Pfizer公司，法国Rhone-Poulene公司、Nero-Rousselotsatia公司，另有Miles公司、CecaSA公司、ADM公司等。黄原胶工业化生产技术日趋完善，特别是生物技术发展使黄原胶发酵产率、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。当前世界上黄原胶生产最高水平已达到：50m3单罐发酵年产量200～240吨；淀粉投料浓度由4％～5％提高到8％～9％；发酵黄原胶浓度已达到5％左右；原料多糖转化率接近80％；发酵周期由72～96h缩短为48～52h。
1979年全世界黄原胶年产量为18000吨，1990年世界黄原胶产量已超过5万吨， 1996年世界黄原胶产量已超过6万吨，达到10万吨。
2、2 国内生产状况
国内黄原胶研究起步于70年代末，重要研究单位有：南开大学、山东省食品发酵设计研究院、无锡轻工大学、山东大学、中科院微生物所、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年南开大学生物系初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毒理学安全性实验。经国家关于部新门病理学实验与毒性实验后，1988年8月卫生部批准了食品级黄原胶卫生原则，并被列入食品添加剂名单。
黄原胶发酵液属于高粘度非牛顿型流体，国内前期试产黄原胶几家工厂由于发酵设备（重要是溶氧问题）和后提取工艺问题，都没能形成规模生产。1992年全国产量局限性100t，1993年后来由于国内市场不断扩大，黄原胶价格持续上扬，某些科研、生产单位联手合伙加强对生产工艺及设备攻关，生产技术有所突破，陆续建设和扩建了几家300～500t/a生产装置，1998年全国产量在1500t左右，究竟，国内已有十多家黄原胶生产公司，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，其中诸多公司因各种因素难以达到设计产量。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突破，陆续在省内转让了几家公司，山东省已经成为黄原胶重要生产基地，其中淄博中轩集团产能已达10000吨/年。到国内总生产能力约为0吨/年。
在产品质量方面，重要分为食品级和工业级，食品级中外产品质量原则基本相似，工业级产品质量原则普通由生产厂家和顾客商定。
由于黄原胶市场前景看好，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年产500吨食品级黄原胶项目，项目建设总投资2700万元，其中固定资产2090万元；湖南永顺招商300吨黄原胶生产线项目；肥都市焦化厂招商500吨／年黄原胶项目；河南沁阳市生物化学厂招商从1000吨扩大为5000吨；河北新河生物化工有限公司拟从1200吨扩大为2200吨；河南濮阳黄原胶厂500吨/年招商重新投产。
随着黄原胶市场竞争加剧，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，因而与热电项目相结合已经成为发展趋势，否则公司很难生存，同步热电公司作为热电平衡项目上马黄原胶，具备很强成本优势，因而新上黄原胶项目必要慎重。
3、市场状况
由于黄原胶性能优越，用途广泛，黄原胶消费重要重要集中在食品、石油工业及日用品工业等领域。国内大概有45%黄原胶作为食品级销售，40%作为石油级销售，15%用于农药、饲料、日化、环保等行业。依照关于预测，到，国内黄原胶需求量将增至1万吨。
食品工业：黄原胶是食品工业中抱负增稠剂、悬浮剂、乳化剂和成型剂，在某些苛刻条件下黄原胶性能比明胶、CMC（羧甲基纤维素）、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、增长稳定性、易于香味释放、口感细腻清爽等作用。用于果汁饮料，与其她添加剂具备良好配伍性，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，黄原胶可以改进粘附性，增强口感和风味释放，对固体颗粒持久悬浮性能，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，黄原胶可以使其增长蜂窝气泡含量，提高保水性能，增强口感，以便加工过程，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，仍具备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、以便面等食品消毒问题。在副食品加工中，用黄原胶水溶液预解决，对制品失水能起特殊保护作用。用于以便面类快餐食品可防止断碎、干裂。据中华人民共和国科技增进发展研究中心在“黄原胶技术报告”中指出：仅食品行业5个龙头产品和糕点、食品香精等，若黄原胶添加量平均按0.1%计，就需黄原胶8000t/a，若其中虽然只有1／2添加，也有4000t/a，加上啤酒和奶制品需要，数量十分可观。
石油行业：由于黄原胶流变学特性、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、变性淀粉及某些多糖植物（瓜尔胶等）有明显技术优势。黄原胶作为一种卓越油田钻井泥浆添加剂，它应用被称为70年代泥浆技术最新成就之一，其所独有在低剪切状况下高粘度，使低浓度钻井液可以悬浮固体物质，虽然在高温、高浓度酸碱盐溶液中仍保持其性能，这一点特别在海洋钻井或其她苛刻条件下更为重要，合用于三次采油和提高采率法采油，它极强耐温性能使其成为可靠驱油剂和良好移动控制剂。在美国和西欧，约有30%～40%黄原胶用于钻井泥浆和三次采油，在近几年发展起来“聚合物驱油”新技术中，黄原胶用量占聚合物30%～40%左右。占国内生产量60%左右老油田，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，国内石油行业黄原胶用量很少，只有南海、渤海油田及内陆中原、胜利、塔里木油田等某些中外合资钻井泥浆公司，因外方规定而采用黄原胶作为泥浆解决剂打井。虽然国内油田当前实际使用量有限，但随着经济发展，市场潜力很大。
日用品工业：黄原胶所独具特性使其用在牙膏中可改进膏体状态和便于灌装以及赋予良好口感。黄原胶有持久粘度，易水解性和优越乳化稳定性，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取，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长泡沫。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。
其她方面应用：在医药工业中黄原胶用于各种悬浮剂、乳化剂和增稠剂中，如用在维生素乳化剂中可以避免因温度升降引起分层，此外黄原胶易溶于冷水，使溶液易于配备。在悬浮固体和陶瓷上釉方面，黄原胶赋予产品良好流动性，防止上釉压陷和走型。用于水印中，可赋予产品适当粘度，控制渗入性，提高稳定性。用于乳胶漆及不漏水水基涂料中，可改进产品流动性，同步黄原胶可悬浮颜料，在垂直平面粉刷中，使粉刷外表光滑均匀，黄原胶还可有效控制油漆或涂料，在粉刷或喷洒时扩散性，并有效防止流陷。在造纸工业中，黄原胶在特殊工序下可较好控制流变性，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，提高产品粘附性。
4、吨/年黄原胶项目技术经济分析
对黄原胶生产来说，～3000吨是比较经济规模，现选用吨/年装置进行分析。生产黄原胶重要原材料淀粉、酒精、辅料等外购，由于黄原胶生产与热电紧密有关，电和蒸汽价格按自备热电成本价计算。
A 成本指标表：
名 称
单位
单价（元）
年用量
金额（万元）
原材料成本
淀粉
吨
1550
3200
496
辅料
吨
800
4000
320
酒精
吨
3200
1800
576
助剂
克

40000
4
包装
个

1250000
128
共计
1524
动力成本
水
万吨
3.0
20
60
电
万度
0.20
2400
480
汽
万吨
60
16万吨
960
共计
150