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文檔簡介
1、黃原膠又稱黃膠、漢生膠,分子量200600萬,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(Xanthomonas campestris)發(fā)酵產(chǎn)生的細胞外酸性雜多糖,是以碳水化合物為主要原料(如玉米、淀粉等),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,它是由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸組成1。黃原膠是新型多糖類發(fā)酵產(chǎn)品,1961年首先由美國Kelco公司投入工業(yè)化生產(chǎn),目前被廣泛應用于石油、地礦、食品、醫(yī)藥、紡織等20多個行業(yè)。 1、黃原膠的性能 黃原膠是目前國際上性能較為優(yōu)越的生物膠,具有獨特的理化性質(zhì),集增稠、懸浮以及乳化穩(wěn)定等
2、功能于一身,主要表現(xiàn)為: a、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l濃度的粘度相當于明膠的100倍左右,增稠效果顯著。 b、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(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。 c、優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性 大多數(shù)高分子化合物,如
3、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)(-1880)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。 d、PH穩(wěn)定性 黃原膠溶液的粘度基本不受酸、堿的影響,在PH 113范圍內(nèi),能保持原有性能。 e、令人滿意的兼容性 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,與其他化學物質(zhì)(酸、堿、表面活性劑、防腐劑等)均有令人滿意的兼容性。 f、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
4、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。 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用范圍。 2、國內(nèi)外生產(chǎn)狀況 2、1國外生產(chǎn)狀況 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,它的生產(chǎn)菌是野油菜黃單孢桿菌XCampestrisNRRLB-1459,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開始了黃原膠半工業(yè)化生產(chǎn),主要用于油井的鉆井
5、泥漿及采油技術(shù),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)過多年毒理學實驗,1969年美國食品與藥物管理局(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)中應用。1975年,黃原膠載入美國藥典,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。目前已有十多個國家和地區(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Kelco公司、Pfizer公司
6、,法國的Rhone-Poulene公司、Nero-Rousselotsatia公司,另有Miles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:50m3單罐發(fā)酵年產(chǎn)量200240噸;淀粉投料濃度由45提高到89;發(fā)酵黃原膠濃度已達到5左右;原料多糖轉(zhuǎn)化率接近80;發(fā)酵周期由7296h縮短為4852h。 1979年全世界黃原膠年產(chǎn)量為18000噸,1990年世界黃原膠產(chǎn)量已超過5萬噸, 1996年世界黃原膠產(chǎn)量已超過6萬噸,2000
7、年達到10萬噸。 2、2 國內(nèi)生產(chǎn)情況 我國黃原膠研究起步于70年代末,主要研究單位有:南開大學、山東省食品發(fā)酵設(shè)計研究院、無錫輕工大學、山東大學、中科院微生物所、四川省抗菌工業(yè)研究所、鄭州工業(yè)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(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)菌株的毒理學安全性試驗。經(jīng)國家有關(guān)部新門病理學試驗與毒性試驗后,1988年8月衛(wèi)生部批準了食品級黃原膠的衛(wèi)生標準,并被列入食品添加劑名單。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
8、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100t,1993年以后由于國內(nèi)市場不斷擴大,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300500t/a的生產(chǎn)裝置,1998年全國產(chǎn)量在1500t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廠、淄博中軒集團等,其中
9、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),山東省已經(jīng)成為黃原膠的主要生產(chǎn)基地,其中淄博中軒集團產(chǎn)能已達10000噸/年。到2003年國內(nèi)總生產(chǎn)能力約為20000噸/年。 在產(chǎn)品質(zhì)量方面,主要分為食品級和工業(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任公司正招商年產(chǎn)500噸食品級黃原膠項目,項目建設(shè)總投資2700萬元,其中固定資產(chǎn)2090萬元;湖南永順招商300噸黃原膠生產(chǎn)線項目;
10、肥城市焦化廠招商500噸年黃原膠項目;河南沁陽市生物化學廠招商從1000噸擴大為5000噸;河北新河生物化工有限公司擬從1200噸擴大為2200噸;河南濮陽黃原膠廠500噸/年招商重新投產(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上馬黃原膠,具有很強的成本優(yōu)勢,因此新上黃原膠項目必須慎重。 3、市場狀況 由于黃原膠性能優(yōu)越,用途廣泛,黃原膠的消費主要主要集中在食品、石油工業(yè)及日用品工業(yè)等領(lǐng)域。國內(nèi)大約有45%的黃原膠作為食品級銷售,40%作為石油級銷售,1
11、5%用于農(nóng)藥、飼料、日化、環(huán)保等行業(yè)。根據(jù)有關(guān)預測,到2005年,國內(nèi)黃原膠的需求量將增至1萬噸。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、CMC(羧甲基纖維素)、海藻等現(xiàn)行食品添加劑更具優(yōu)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(zhì)量、增加穩(wěn)定性、易于香味釋放、口感細膩清爽等作用。用于果汁飲料,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(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
12、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含量,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5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8000t/a,若其中即使只
13、有12添加,也有4000t/a,加上啤酒和奶制品的需要,數(shù)量十分可觀。 石油行業(yè):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(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,它的應用被稱為70年代泥漿技術(shù)的最新成就之一,其所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,適用于三次采油和提高采率法采油,它的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
14、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)的黃原膠用量很少,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,因外方要求而采用黃原膠作為泥漿處理劑打井。雖然國內(nèi)油田的目前實際使用量有限,但隨著經(jīng)濟發(fā)展,市場潛力很大。日用品工業(yè):黃原膠所獨具的特性使其用在牙膏中可改善膏體狀態(tài)和便于灌裝以及賦予良好口感。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
15、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)ァ?其他方面應用:在醫(yī)藥工業(yè)中黃原膠用于多種懸浮劑、乳化劑和增稠劑中,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
16、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(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)品易于應用和磨擦,提高產(chǎn)品的粘附性。 4、2000噸/年黃原膠項目的技術(shù)經(jīng)濟分析 對黃原膠的生產(chǎn)來說,20003000噸是比較經(jīng)濟的規(guī)模,現(xiàn)選取2000噸/年裝置進行分析。生產(chǎn)黃原膠的主要原材料淀粉、酒精、輔料等外購,由于黃原膠的生產(chǎn)與熱電緊密相關(guān),電和蒸汽價格按自備熱電的成本價計算。 A 成本指標表: 名 稱 單位 單價(元) 年用量 金額(萬元)
17、 原材料成本 淀粉 噸 1550 3200 496 輔料 噸 800 4000 320 酒精 噸 3200 1800 576 助劑 克 40000 4 包裝 個 1250000 128 合計 1524 動力成本 水 萬噸 3.0 20 60 電 萬度 0.20 2400 480 汽 萬噸 60 16萬噸 960 合計 1500 人工費用 3萬/人年 200人 600 折舊維修 500 銷售費用 60 管理費用 60 成本合計 4
18、244 B 主要技術(shù)經(jīng)濟指標表:裝置規(guī)模 2000噸/年 項目建設(shè)總投資 5500萬元固定資產(chǎn) 5000萬元 流動資金500萬元年均銷售收入6000萬元(單價按3萬元計)年均利潤1756萬元年均稅后利潤1177萬元投資利潤率31.9%稅后內(nèi)部收益率19.6%按照以上計算,對于有自備熱電的企業(yè)來說,本項目的稅后內(nèi)部收益率為19.6%,投資利潤率為31.9%,經(jīng)濟效益非常可觀。 6、結(jié)論(1)黃原膠的生產(chǎn)增長很快,投資收益率比較高。由于黃原膠功能性好,懸浮性及耐酸堿性能都優(yōu)良,是理想的添加劑、增稠劑,近幾年增長很快,國內(nèi)總的生產(chǎn)能力已達20000噸/年,國內(nèi)黃原膠生產(chǎn)主要集中在山東省,最大的黃原膠企業(yè)中軒集團產(chǎn)量已達萬噸,世界黃原膠總產(chǎn)量1990年5萬噸,1996年6萬噸,2000年已達10萬噸。(2)目前我國黃原膠產(chǎn)量50%以上靠出口,黃原膠的國際市場非常廣闊(10萬噸以上),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
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