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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      胡蘆巴多糖膠開發現狀及發展對策

      發布日期:2015-05-05 13:30:33
      胡蘆巴
      20世紀80年代,我國學者經過大量的研究分 析,篩選出適合我國廣泛種植的豆科植物胡蘆巴,作 為我國植物多糖膠的生產品種,旨在替代瓜爾膠的 進口。胡蘆巴膠與瓜爾膠的半乳甘露聚糖無論是在 化學結構上還是理化性能上均類似,只是在半乳糖 和甘露糖的比例上稍有區別 ,理論上胡蘆巴膠完半乳甘露聚糖膠(Galactomannan gum)以其粘 度高、剪切流動性好、膠液穩定、與其它膠復配效果 好等優良的性能而被用作增稠劑、膠凝劑、絮凝劑、穩定劑等,在石油鉆采、紡織印染、軍工炸藥、食品、輕工、造紙等多個行業有廣泛應用,目前我國年需要 量在6萬t左右,且用量逐年增加。半乳甘露聚糖 膠的生產原料主要來自豆科植物,如瓜兒豆(^^ mopsis tetragonoloba lu)、長角豆(Ceratonia siligua L.)、胡蘆巴(7Hgwic//a ybemwn - graecum L.)、田普 (Sesbania cannabina Pere. ) > -^ ^ ( Gleditsia sinensis Lam.)、野阜英(G/editsia Aeterop/iyWa Bunge.)等⑴,全可以替代瓜爾膠在各個領域的應用。
       
      胡蘆巴膠的半乳甘露聚糖也是以P-D - (1 —4)鍵合的D—甘露聚糖為骨架的,在一些D—甘露 糖殘基04上有單個ct一D—半乳糖基側鏈,這種 結構與瓜兒豆的半乳甘露聚糖一致,所區別點是半 乳糖在甘露聚糖主鏈上的分布。采用透射電鏡可以 直接觀測到聚糖的分子軌跡,通過對其分子軌跡的 解析,可初步繪制出聚糖精細結構的特征片段(圖 1)。半乳糖在這兩種甘露聚糖分子上取代是不均 —的,不連續的,這種情況與皂莢多糖、塔拉多糖存 在一定差異。相關研究還表明,胡蘆巴聚糖分子中 半乳糖與甘露糖比例為1:1. 18 ~ 1.23,瓜爾膠聚糖 的比例為1:1. 55 ~ 1.62,相應的粘均分子量34.04 xl04、43.06 xl04。工業產品的胡蘆巴膠與瓜爾膠 特性比較參見表1。
       
      表1胡蘆巴膠與瓜爾膠性能比較指標胡蘆巴膠瓜爾膠外現淡黃色粉末乳白色粉末含水率8~108-10水不溶物/%6-1220-251%膠液粘度/叫》,8(30丈170 S-1)160-220200 ?300pH值(30丈)6.5~7.56.5-7.5凍膠粘度(0.6%膠液)5.94x10*2.198 xlO6總糖90.491.6聚糖含童/%74.674.7蛋白質/%5.54.5半乳糖與甘?糖配比1:1.21:2.0A:G G G G G 0 G G 1111 ||||G G G 1 1 1G G I 1lilt 11(1—M-MII 11 1 -卜M-M —B:G G G G G G G1 1 . I . I 1 I1G G G 1 . 1 1GI ?
       
      A?胡蘆巴半乳甘露聚糖;B.瓜爾半乳甘露聚糖圖1胡蘆巴與瓜兒豆的半乳甘露聚糖分子精細結構比較2胡蘆巴膠的主要應用領域2.1油田水基壓裂液胡蘆巴膠作為水基壓裂中的懸浮劑和攜帶劑, 有較低的摩阻性能。由于其剪切穩定,因此在大排 量和湍流狀態下減阻作用更為明顯[3]。分子中含 —20 — 有鄰位順式羥基,可與硼、鈦、鈷交聯形成大分子三 維網狀結構凍膠,同時可以控制破膠時間,快速反 排。由于胡蘆巴膠水不溶物含量較低,所以破膠后 的殘渣也較低,對地層傷害小。胡蘆巴凍膠粘度高, 攜砂比例大,這兩點都優于瓜爾膠。在塔里木油田 超深井上試用表明,采用胡蘆巴膠交聯的壓裂液系 列具有延遲交聯、良好的耐溫耐剪切性能、低濾失、 快速徹底破膠、助排、破乳、殘渣低、傷害小等特點。 現場施工摩阻低、攜砂性能強、破膠水化徹底、反排 快、增產效果明顯,可滿足低、中、高溫不同溫度儲層 要求W。近十多年來,我國已累計生產出胡蘆巴膠 近萬噸,分別在大慶、勝利、吉林、克拉瑪依、中原、塔 里木、大港、長慶、延安等油田成功壓裂油井幾千口, 使用效果得到各油田一致好評。
       
      2.2紡織印染行業針織面料印花需要使用糊料,其主要原料為植 物膠或淀粉,低檔印花糊料可以采用羥乙基化淀粉、 羧甲基化淀粉和田菁膠粉等為原料,作為毛毯、棉布 的印花使用,而絲綢、絲絨、高檔羊毛衫、出口針織 品、紡織品印花要使用高檔的印花糊料,其原料可以 使用瓜爾膠等優質植物膠。國外以瓜爾膠或其改性 產品為跡撕的纖織物印棚占據著高■料 市場,作為紡織品大國,我國每年需大量進口。目前,以 胡蘆巴膠替代瓜爾膠,已開發出絲綢印染專用糊料,經竣 甲基化改性后的胡蘆巴膠,其持水性能優于海藻酸鈉,可 餓海藻_用作活《料印花的糊料[5_6】。
       
      2.3食品、保健品行業胡蘆巴膠是天然多糖,無任何毒副作用,且加工 過程完全采用物理分離工藝,是一種純天然增稠劑, 可替代瓜爾膠、明膠、卡拉膠、阿拉伯膠等品種在食 品加工業中應用。精制胡蘆巴膠已于1999年正式 列為食品添加劑增稠劑增補品種,在冷凍食品、面 粉、面制品、飲料、糖果、罐頭等產品中應用,效果與 瓜爾膠一致。相關研究還表明,胡蘆巴多糖對預防 和改善冠狀動脈硬化造成的心臟病也有顯著作用, 同時還可以起到抑制或延緩膽固醇與甘油三酯在淋 巴中的吸收,對肥胖癥、高血壓、便秘等常見病都有 —定療效和預防作用[7]。南京野生植物研究院開 發的保健食品“雙膠潤通膠囊”的主要成分就是胡 蘆巴多糖。
       
      2.4其它行業應用于水膠炸藥,可廣泛用在礦井、水下等潮濕 帶水的作業中,能夠代替瓜爾膠,降低產品成本;應 用于護發護膚產品,賦予產品良好的質感和流變形 態,并起到穩定體系的作用,具有用量節儉、對皮膚 刺激小等優點;胡蘆巴經陽離子化后可制作成高級 調理劑,具有優良持久的保濕性、潤滑性、抗靜電性 能;在陶瓷、高級紙張和高強石裔板中可作粘合劑和 增量劑;在選礦中可作絮凝劑,在涂料中可作增稠 劑、管道流體潤滑劑。
       
      3胡蘆巴資源及產業發展現狀胡蘆巴早在西漢時期就傳人我國,在我國已有 2 000多年的栽培史,它作為一種傳統中藥材在我 國黃淮地區、內蒙河套地區以及西北地區普遍種植, 栽培技術成熟。其收獲季節與小麥基本一致,根據 緯度不同分為春播和秋播兩種。胡蘆巴在豆科植物 中根瘤比較發達,固氮改良土壤效果明顯,在種植上 對土壤要求不髙,較貧瘠的土壤連續種上2 ~3年 后,可得到較大改善,這些優點有利于胡蘆巴的推廣 種植。
       
      良好的適應性是胡蘆巴作為一種經濟作物的前 提,但資源的穩定發展還必須由經濟效益來衡量。 胡蘆巴在皖北地區已有10多年的推廣歷史,其間資 源發展情況深刻地說明這一點。在20世紀90年代 初期,該地區種植胡蘆巴,每667 m2收入可達350 元左右,略優于小麥的種植效益,但胡蘆巴不使用化 肥、農藥,種植成本低,而且成熟期要早于小麥半個 月,茬口好,對秋糧增產很有幫助,因而農民種植積 極性非常高,推廣的幾個鄉種植面積都在萬畝以上, 胡蘆巴膠產業在這個時期也獲得了良好的發展機 遇。當時,半乳甘露聚糖膠的市場主要是被瓜爾膠 壟斷,每噸價格在2萬元左右,改性后膠粉達到每噸 24 000元,胡蘆巴膠售價在17 000元,因水不溶物 低、凍膠性能優良、生產質量穩定、價格合理,贏得了 下游用戶青睞,市場份額不斷加大,與種植業的發展 勢頭形成良性互動,為農民帶來了實惠。但1999年 后,國際瓜爾膠價格大幅跳水,從每噸2萬元左右一 下跌到1.0萬元,而且貨源充足。這種超低價格對 我國發展中的胡蘆巴膠是一個致命打擊。按照當時 的收購價格,生產1噸胡蘆巴膠原料成本已達萬元 左右,致使生產廠家無法生存,而國內糧食價格提高 幅度較大,相對而言,胡蘆巴的種植效益已無優勢可 言。
       
      胡蘆巴膠與瓜爾膠的競爭將是長期的。近年 來,國際植物膠市場價格回漲,胡蘆巴又面臨著發展 轉機。筆者認為,胡蘆巴種子收購價格在2. 5元/kg 以上,對農民才具有吸引力,加工企業要發展原料基 地,必須讓惠與民,同時通過開展產品的精深加工和 副產物的綜合利用,不斷提升產品質量,進一步降低 能耗和物耗,使胡蘆巴膠在價格和性能上對瓜爾膠 形成競爭優勢。
       
      4對胡蘆巴膠產業發展的建議4_1緊抓源頭,從種植開始原料基地建設是發展胡蘆巴膠產業的關鍵,必 須提髙種植效益,充分調動農民種植的積極性。作 為一個農產品深加工產業,首先要培育出一個穩定 成熟的原料生產基地。胡蘆巴作為大宗的工業原 料,種植已有10多年的歷史了,農民雖然有一定種 植經驗,但是還缺乏科學性,這就需要針對各地區的 生態條件,通過示范研究,制定出一套適于推廣的高 產栽培技術規范,通過加強田間管理,提高產量,增 加種植效益。安徽皖北地區有部分農戶連續幾年種 出了 667 m2達350 ~ 400 kg的胡蘆巴髙產田,其種 植經驗應得到深入研究和總結并大力進行推廣。
       
      4.2加強品種選育和種子改良工作胡蘆巴種植了十幾年,但品種改良工作仍沒有 得到開展,甚至連最基本的品種復壯工作也沒有進 行,直接導致現在的種子畝產量下降、千粒重降低。 目前,印度、摩洛哥、以色列、加拿大等國都有胡蘆巴 種植,而且還有一些髙產優良品種,有的品種千粒重 在14 g以上。如果將這些良種引進馴化改良,相信 能夠培育出適合我國生長的優良品種,667 m2產量 超過400 kg的目標完全可能達到。如果收購價格 按照2. 5元/kg,種植胡蘆巴每667 m2毛收入可達 1 〇〇〇元,這與其他經濟植物相比,就具有很大的競 爭力了。此外,從加工業角度,還應該積極應用現代—21 —的分子育種技術,培育半乳甘露聚糖、薯蕷皂苷元 高、色澤淺、氣味輕的新品種,以不斷提高胡蘆巴多 糖膠的品質。
       
      4.3加強胡蘆巴資源的綜合開發發展胡蘆巴產業,不能單純依靠胡蘆巴膠這個單一的產品,很容易在國際化競爭中,受制于瓜爾 膠。胡蘆巴全身都是寶,通過合理加工進行綜合利 用,可開發眾多副產品(圖2),從而有力的支撐起胡 蘆巴膠的市場競爭力。因此,胡蘆巴產業的可持續 開展,必須在資源綜合利用上狠下功夫。
       
      涂料、紙板漿料粘合劑'?一灰粉\ ,工業用膠 <一物理改性<一胡蘆巴膠胡蘆巴植物全株一?秸稈、I胡蘆巴種子 辛香飼料添加劑胡蘆巴粉一提取胡蘆巴酊、浸裔一?豆膠粘合劑香包(草藥清香,防霉防蟲)
       
      食品級胡蘆巴膠提取薯蕷皂苷元一?-脲醛樹脂增董劑\ \低聚糖保健食品提取蘆巴油提取蛋白圖2胡蘆巴的綜合利用示意圖提膠后的胡蘆巴下腳料中含有近1%的薯蕷皂 音元,可以作為醫藥中間體薯蕷皂苷的替代性原料; 制膠下腳料含有豐富的可消化蛋白質和碳水化合 物,蛋白質含量在30%以上,氨基酸組成比較平 衡[8],添加到飼料中既可替代餅粕,又起到調味增 香和抑菌作用。由于制膠工藝采用純物理方式,蛋 白質沒有變性和污染,因而可以進行食用濃縮蛋白 或分離蛋白的加工,以獲取更高的利用價值,如作為 膠合板粘合劑,壓制的板子干強、濕強、回潮變形等 物理指標均符合同類商品標準,長期存放后板子不 開裂、不變形、不變色、無霉點,不含甲醛類有毒物 質,是室內裝潢用的理想環保材料。
       
      胡蘆巴也是一種香料植物,歐美各國以胡蘆巴 籽作為調味香料,目前仍是美國紐約香料市場中常 見品種。用乙醇提取的胡蘆巴酊已具有悠久生產 史,它作為一種煙草調香劑,被廣泛應用在歐美的髙 檔卷煙中。
       
      5結語胡蘆巴膠是我國特色半乳甘露聚糖膠品種,其 資源培育和產業開發有助于降低我國對進口植物膠 的依賴程度,作為一種新型優質的天然多糖膠,可為 眾多下游應用產業提供創新發展的動力。盡管目前 胡蘆巴在資源發展上面臨著很大挑戰,但只要抓住制 約胡蘆巴膠發展的關鍵問題,選擇好切實可行的對策 加以實施,加大品種復壯和改良工作,并通過資源的 集約化加工和綜合利用,提高產業綜合效益,就能充 分調動農民種植的積極性,就能增強胡蘆巴膠的市場 競爭力,并使胡蘆巴膠產業邁人良性發展軌道。
       
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