淀粉糖绿色精益制造:新产品、新技术、新应用
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1.2 中国淀粉糖行业现状

淀粉糖行业是目前全球生物领域最具潜力和充满活力的产业之一,中国进入二十一世纪以来,淀粉糖的规模、产量、品种等得到了高速发展,产量从1999年的60万吨发展到2012年的1300万吨,位居世界第二(美国位居世界第一)。作为新型甜味剂,淀粉糖产业不仅为中国食品工业作出了重要贡献,也为生物发酵、饲料、医药、纺织、造纸、能源等提供有力支撑,同时推动了农产品加工产业链条的延伸,提高了农产品的附加值,带动了农民种粮的积极性。

我国淀粉糖产品已成为全球市场中最大的供应商之一,多种大宗产品在全球居于领先地位,出口产品数量也逐年增长,2013年出口创汇7.30亿美元。目前,淀粉糖产品的品种已多达30多种,结晶葡萄糖、麦芽糖浆、低聚糖、麦芽糖醇、山梨醇、甘露糖醇等产能均为世界第一。

我国淀粉糖开发的产品完全具有自主知识产权,当前淀粉糖企业越来越重视科研开发,投入金额持续增长。调查数据显示,淀粉糖企业研发投入平均约占销售收入的4.3%,最高的可达10%以上,获得的相关专利成果数量也逐年递增。

目前我国淀粉糖生产企业的生产装备、工艺技术和产品质量均已达世界先进水平。

1.2.1 产量

我国淀粉糖的发展历史很长,过去人们吃的饴糖、关东糖以及人们熟悉的葡萄糖等都是淀粉糖。但长期以来,我国淀粉糖生产成本居高不下,所以行业一直未得到大的发展,到1999年,全国淀粉糖产量只有60万吨。进入21世纪以来,淀粉糖企业勇于开拓,大胆创新,积极引进国外先进技术,特别是在关键技术和关键设备上进行国产化,使得生产成本大幅降低,行业也得到了飞速发展,到2012年全国淀粉糖产量已达1300万吨,14年时间产量增长到原来的近22倍,到2013年平均年增速17.25%,这个发展速度是惊人的。

据统计,2014年全国淀粉糖总产量1198万吨,比2013年下降2.2%,其中固体糖450万吨(表1-1),较2013年增长4.4%,麦芽糊精产量增加;液体糖748万吨,较2013年下降5.8%。

表1-1 2014年淀粉糖产品产量  

从图1-1可以看出2000~2012年的13年中,淀粉糖从100万吨发展到1300万吨,增长为原来的13倍。2014年,在生产成本高涨、产能增长过快、食糖价格低迷、市场疲软等诸多因素影响下,淀粉糖产量再次出现了负增长,回落到2011年水平之下。

图1-1 2000~2014年淀粉糖产量

1.2.2 品种

利用含淀粉的粮食、薯类等为原料,经过酸法、酸酶法或酶法制取的糖,包括麦芽糖、葡萄糖、果葡糖浆等,统称淀粉糖。淀粉糖在我国有悠久的历史,在公元500多年的《齐民要术》中就提到糖,而且详细地描述了用大米制糖方法。淀粉糖种类按成分组成来分大致可分为液体葡萄糖、结晶葡萄糖(全糖)、麦芽糖浆(饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖)、麦芽糊精、麦芽低聚糖、果葡糖浆等。其具体分类见表1-2。

表1-2 淀粉糖的主要品种  

(1)液体葡萄糖 液体葡萄糖是控制淀粉适度水解得到的以葡萄糖、麦芽糖以及麦芽低聚糖组成的混合糖浆。葡萄糖和麦芽糖均属于还原性较强的糖,淀粉水解程度越大,葡萄糖等含量越高,还原性越强。淀粉糖工业上常用葡萄糖值(dextrose equivalent,DE值;糖化液中还原性糖全部当做葡萄糖计算,占干物质的百分率称葡萄糖值)来表示淀粉水解的程度。液体葡萄糖按转化程度可分为高、中、低3大类。工业上产量最大、应用最广的中转化糖浆,其DE值为30%~50%,其中DE值为42%左右的又称为标准葡萄糖浆。高转化糖浆DE值在50%~70%,低转化糖浆DE值30%以下。不同DE值的液体葡萄糖在性能方面有一定差异,因此不同用途可选择不同水解程度的淀粉糖。

(2)葡萄糖 葡萄糖是淀粉经酸或酶完全水解的产物,由于生产工艺的不同,所得葡萄糖产品的纯度也不同,一般可分为结晶葡萄糖和全糖两类,其中葡萄糖占干物质的95%~97%,其余为少量因水解不完全而剩下的低聚糖,将所得的糖化液用活性炭脱色,再流经离子交换树脂柱,除去无机物等杂质,便得到了无色、纯度高的精制糖化液。将此精制糖化液浓缩,在结晶罐冷却结晶,得含水α-葡萄糖结晶产品;在真空罐中于较高温度下结晶,得到无水β-葡萄糖结晶产品;在真空罐中结晶,得无水α-葡萄糖结晶产品。

(3)果葡糖浆 如果把精制的葡萄糖液流经固定化葡萄糖异构酶柱,使其中葡萄糖一部分发生异构化反应,转变成其异构体果糖,得到糖分组成主要为果糖和葡萄糖的糖浆,再经活性炭和离子交换树脂精制,浓缩得到无色透明的果葡糖浆产品。这种产品的质量分数为71%,糖分组成为果糖42%(干基计)、葡萄糖53%、低聚糖5%,这是国际上在20世纪60年代末开始大量生产的果葡糖浆产品,甜度等于蔗糖,但风味更好,被称为第一代果葡糖浆产品。20世纪70年代末期世界上研究成功用无机分子筛分离果糖和葡萄糖技术,将第一代产品用分子筛模拟移动床分离,得果糖含量达94%的糖液,再与适量的第一代产品混合,得果糖含量分别为55%和90%两种产品,甜度高过蔗糖,分别为蔗糖甜度的1.1倍和1.4倍,也被称为第二代、第三代产品。第二代产品的质量分数为77%,果糖55%(干基计)、葡萄糖42%、低聚糖3%。第三代产品的质量分数为80%,果糖90%(干基计)、葡萄糖7%、低聚糖3%。

(4)麦芽糖浆 麦芽糖浆是以淀粉为原料,经酶或酸酶结合法水解制成的一种淀粉糖浆。和液体葡萄糖相比,麦芽糖浆中葡萄糖含量较低(一般在10%以下),而麦芽糖含量较高(一般在40%~90%)。按制法和麦芽糖含量不同分别称为饴糖、高麦芽糖浆、超高麦芽糖浆等。其糖分组成主要是麦芽糖、糊精和低聚糖。

1.2.3 产值

从图1-2中可以看出淀粉糖所创造的经济效益一直是稳步上升,特别是2007~2012年间,保持33.57%的高年均增长率。

图1-2 1999~2013年淀粉糖产值情况

中国淀粉糖产业根本的推动力来自两方面:一是食糖与淀粉糖价差的拉大增加了淀粉糖对食糖的替代作用,提升了淀粉糖的市场竞争力;二是食品行业,特别是饮料业的发展增加了对糖的需求,这为淀粉糖业提供了发展的机会。