氢化改性聚葡萄糖的生产开发及应用研究可行性研究报告Word格式文档下载.docx
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膳食纤维的生理功能在很大程度与其水化作用(如膨胀、持水力等)有关,通常比表面积越大、持水力和膨胀性也大,尤其是水溶性高的膳食纤维水化作用强,生理功能的发挥越显著。
良好的水溶性还可以改善膳食纤维的口感,从而拓宽其在食品工业中的应用范围。
聚葡萄糖是HansRennhand博士在Pfizer公司的中心研究室发明的一种由多个葡萄糖分子之间随机缩聚而成由α-1,6糖苷键连接的产品。
主要以α-1,6糖苷键连接,难为人体消化吸收,热值小于1Kcal/g,远远低于蔗糖和脂肪。
它是一种高活性的水溶性膳食纤维,具有调整胃肠道微生态环境、通便、预防肠道疾病等生理功能。
聚葡萄糖具有良好的保水性、低热量、类似脂肪的口感和质构等特点,不仅被用于低热量食品的代脂材料和膳食纤维填充剂,还广泛应用于冷冻食品和化妆品中防冻剂、水分保持剂,是一种用途广泛的功能性食品和药品添加剂。
自美国食品与药物管理局于1981年批准聚葡萄糖为食品添加剂后,已有许多个国家和地区如日本、新西兰、英国、法国、加拿大、澳大利亚等已准许聚葡萄糖的使用,1994年我国也批准聚葡萄糖作为填充剂使用,由于其被确认为安全无毒,已被广泛用于糖类、果酱、糕点、巧克力、冷冻甜点类等食品生产各行业中,据统计,2004年我国聚葡萄糖的年需求量为4000吨,并且随着使用范围的拓展,需求量还将逐年扩大。
目前在国内仅有上海、河南少数几家厂家刚刚开始生产聚葡萄糖,产量不足1000吨,远不能满足需要,聚葡萄糖市场容量缺口在3000吨以上。
本项目采用生物酶酶解、高温真空熔融缩聚技术缩聚、催化氢化改性、离子交换分离技术纯化等技术,开发出具有自己知识产权的第二代改性聚葡萄糖产品——氢化改性聚葡萄糖,比聚葡萄糖具有更好的溶解性、保水性和类似脂肪的口感和质构,溶解性好,同时具有良好的保水性、低热量、类似脂肪的口感和质构等特点,可作为食品尤其是饮料中的代脂代糖原料、膳食纤维补充剂、药品填充剂、防冻剂和水分保持剂。
本项目利用早米为原料,开发具有自己知识产权的第二代改性聚葡萄糖产品,是聚葡萄糖产业的发展趋势,既适应了国内外市场需求,又符合方便、天然、营养保健的食品发展趋势,同时也可提高农民的收入,符合我国的产业政策。
2、项目所处技术领域技术发展现状:
从2003年开始美日等发达国家,都开始了对聚葡萄糖进行各种改性研究,以获得无色无味且溶解性好,同时具有良好的保水性、低热量、类似脂肪的口感和质构等特点的第二代产品——改性聚葡萄糖。
与聚葡萄糖相比,第二代产品改性聚葡萄糖的苦味、酸度、色度等均大大降低,因而能很好地用于焙烤食品和饮料中。
目前我国国内生产厂家普遍采用是以葡萄糖、山梨醇、柠檬酸的混合物经缩聚反应再排料冷却,直接粉碎,生产聚葡萄糖,工艺简单,与国外产品相比,产品质量也有较大差距,产品不仅平均分子量大,溶解性能差,产品中对人体有害5-羟甲基糠醛严重超标,另外还含有少量山梨醇、柠檬酸,具有微酸味和苦味的微黄白色粉末,限制了它的使用,只能少量用于糖果和冰淇淋中,不能用于饮料这一最大的市场,售价也只有1.5万元/吨左右。
目前我国饮料行业使用的高档改性聚葡萄糖均需从日本和美国等国大量进口,价格昂贵,价格高达5000美元/吨,是我国产品的2倍以上。
因此很有必要进行改性聚葡萄糖生产新工艺研究。
3、项目技术先进性,对相关领域技术进步的推动作用:
本项目采用生物酶酶解、高温真空熔融缩聚技术缩聚、催化氢化改性、离子交换分离技术纯化等技术,开发出具有自己知识产权的第二代改性聚葡萄糖产品——氢化改性聚葡萄糖。
研究中,用生物酶解技术分解早米淀粉原料,获得葡萄糖糖浆,用于生产改性聚葡萄糖,可大大降低成本,原料成本较现技术直接以葡萄糖为原料生产聚葡萄糖降低20%~30%。
高温真空熔融缩聚反应是在近几年发展起来的高新技术,在高温真空状态下,葡萄糖呈熔融状态,更有利于葡萄糖进行分子间脱水反应聚合,生成聚葡萄糖,降低了产品的平均分子量,提高了产品的溶解性,可大大降低主要副产物5-羟甲基糠醛的生成,提高了产品质量。
进行催化氢化改性是本研究的主要技术关键,本项目在国内首次对聚葡萄糖进行催化氢化改性,与聚葡萄糖分子中酸味取代基柠檬酸、苦味取代基山梨醇等发生还原反应,克服了聚葡萄糖呈酸味和苦味的难题;
同时并还原了产品中残留的5-羟甲基糠醛,降低了产品的颜色。
这是本项目解决国产聚葡萄糖呈酸味和苦味、颜色深、5-羟甲基糠醛严重超标等难题的关键技术。
本项目还利用离子交换柱分离技术对氢化改性聚葡萄糖粗产品进行纯化,将副产物5-羟甲基糠醛的含量降低到最低。
这也是国内在聚葡萄糖的生产中,首次利用离子交换纯化产品,是本项目中又一保证产品质量的有力手段。
喷雾干燥是通过离心或压力雾化器将45~50℃的氢化改性聚葡萄糖浓缩液,在干燥室内喷成极细小的雾状液滴,以大大增大其表面积,加速水分蒸发速率。
雾状液滴经与同时鼓入的热空气相接触,水分便在瞬间蒸发除去,从而使细小的液滴在10到30秒内干燥成10~20μm的氢化改性聚葡萄糖粉。
该技术可获得流动性好的氢化改性聚葡萄糖粉状产品,这样可应用到食品的更多领域,拓宽了聚葡萄糖产品的应用范围。
4、项目目前进展情况:
申请者和课题组于2000年开始聚葡萄糖制备的小试和应用研究,并主持了南昌大学2002年校基金项目“新型功能性食品和药品添加剂——聚葡萄糖的研制及其应用”,前期相关研究工作取得了初步进展,完成了每次1公斤的小试制备工作和部分应用研究;
并利用获得的聚葡萄糖,进行了聚葡萄糖的应用,将聚葡萄糖用于糖果、冷冻乳甜食、富中国特色的小食品果蔬糕中,从各种产品的外观、质构、口感等方面进行研究,实验结果表明,聚葡萄糖具有良好的保水性及代糖代脂效果。
相关研究成果,在国家核心刊物发表论文2篇《新型功能性食品添加剂聚葡萄糖的制备研究》和《水溶性膳食纤维的合成研究》,为本项目的顺利完成打下了基础。
为本项目的顺利完成打下了基础。
二、技术方案论述
1、项目技术关键点或创新点论述,项目完成时达到的技术水平:
项目技术关键点:
(1)在国内首次以早米淀粉为原料,采用生物酶技术生产的氢化改性聚葡萄糖,原料成本较以葡萄糖为原料降低20%~30%。
(2)在国内首次采用高温真空熔融缩聚技术进行葡萄糖的缩聚反应,降低了产品的平均分子量,提高了产品的溶解性,也减少了主要副产品——5-羟甲基糠醛的生成量。
(3)在国内首次对聚葡萄糖进行催化氢化改性,还原副产物5-羟甲基糠醛和酸味取代基柠檬酸、苦味取代基山梨醇,降低了产品的颜色、酸味和苦味,这是本研究的主要技术关键,
(4)在国内利用离子交换分离技术对产品进行纯化,去除残留5-羟甲基糠醛等副产物,保证了产品质量。
通过查新,国内尚未见采用生物酶酶解、高温真空熔融缩聚技术缩聚、催化氢化改性、离子交换分离技术纯化等技术生产的氢化改性聚葡萄糖的研究报道。
项目完成时本项目生产新工艺成果水平达到国内领先水平,高纯度氢化改性聚葡萄糖项目成果通过鉴定,产品各项指标达到国际同类产品标准。
预期将在国内重要学术期刊上发表较高水平的学术论文2-3篇。
2、项目技术方案论述:
生产技术、工艺流程、主要技术参数;
本项目采用生物酶酶解、高温真空熔融缩聚技术缩聚、催化氢化改性、离子交换分离技术纯化等技术,开发研制第二代聚葡萄糖产品——氢化改性聚葡萄糖。
在小试和中试的基础上,进行应用研究。
工艺流程:
原料→预处理→淀粉原料→生物酶解→过滤→浓缩→高温真空熔融缩聚反应→氢化改性聚葡萄糖粗品→纯化→喷雾干燥→氢化改性聚葡萄糖产品→应用研究
主要技术参数:
产品为白色,无甜味,溶解度大于95%。
平均分子量为2000~3000,其中氢化改性聚糖含量大于90%,残余葡萄糖含量小于4%,组分最高分子量不超过22000,水分含量小于4%。
3、项目技术质量指标:
项目产品达到的主要技术性能指标、执行的质量标准、通过的国家相关行业许可认证等:
项目成果通过省级鉴定,产品各项指标达到国际同类产品的FCCⅣ标准。
氢化改性聚葡萄糖产品为白色,无甜味,溶解度大于95%。
平均分子量为2000~3000,其中氢化改性聚糖含量大于90%,残余葡萄糖含量小于4%,组分最高分子量不超过22000,水分含量小于4%,5-羟甲基糠醛含量在0.5%以下。
氢化改性聚葡萄糖产品得率大于50%(以淀粉原料计)。
产品符合国家食品添加剂卫生标准GB/T2760-1996;
执行的质量标准为:
FCCⅣ标准。
4、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标:
07年01月—07年05月查阅国内外相关资料,制定实验方案,准备实验材料。
07年06月—08年09月进行氢化改性聚葡萄糖的最佳小试和中试生产新工艺条件和纯化条件的优化。
08年10月—08年12月分析产品理化性质和功能实验。
09年01月—09年04月进行产品的应用研究。
09年04月—09年05月对研究结果进行整理和总结,进行成果鉴定。
5、项目经费预算情况:
项目投资总额、项目已完成投资、项目须新增投资及投资构成和投资预算、申请科技三项经费的使用预算(见附表)。
三、项目实施支撑条件
1、项目技术来源:
本项目技术来源为南昌大学自有技术的研究开发。
2、项目实验、检测条件:
本项目所在单位南昌大学食品科学国家教育部重点实验室,实验条件齐备,具备本项目研究所需的大部分仪器设备如恒温酶解装置、真空反应釜、喷雾干燥塔等,分析检测所需气相色谱、高效液相色谱等仪器,能保证本项目的研究顺利进行。
3、项目申请单位人才资源情况:
项目申请单位拥有一批高素质的专业科研技术队伍,其中教授、研究员21人,副教授、副研究员5人,讲师4人,实验员4人,技术力量雄厚。
本项目组人员共有10人,其中教授1人、副教授3人、讲师1人、工程师4人、助教1人,均为食品开发或检测专业,组成人员梯队的专业和知识结构合理。
5、项目新增投资筹集情况。
项目总研究经费8万元,已完成自筹资金投资2万元,部分设备购买和前期实验;
项目新增研究经费6万元,其中自筹资金1万元,申请科技三项经费5万元,见附表1。
四、项目预期经济效益
1、预期市场需求:
自美国食品与药物管理局于1981年批准聚葡萄糖为食品添加剂后,已有许多个国家和地区如日本、新西兰、英国、法国、加拿大、澳大利亚等已准许聚葡萄糖的使用,1994年我国也批准聚葡萄糖作为填充剂使用,由于其被确认为安全无毒,已被广泛用于糖类、果酱、糕点、巧克力、冷冻甜点类等食品生产各行业中。
在日本,1998年聚葡萄糖的用量达到6000吨,其中4000吨用于饮料生产,其余1000吨用于糖果,巧克力和冰淇淋行业用量为600吨。
2004年日本聚葡萄糖的用量已超过10000吨,其中80%为改性聚葡萄糖。
据统计,2004年我国聚葡萄糖的年需求量为4000吨,其中1200吨为改性聚葡萄糖均为进口产品,主要应用于饮料行业。
并且由于改性聚葡萄糖性能的改进,使用范围的拓展,改性聚葡萄糖的市场需求量和所占比例还将逐年扩大。
具有自己知识产权的氢化改性聚葡萄糖,因其性能优良,完全可以替代进口产品,改变高档改性聚葡萄糖市场长期被外国产品占据的格局,提高我国食品药品添加剂的核心竞争力和自主创新能力。
2、预期盈利水平:
项目结束时,应用生产新工艺,生产的氢化改性聚葡萄糖产品成本低于12000元/吨,预计市场上市场售价为25000元/吨,若项目产业化,以年产1000吨氢化改性聚葡萄糖计,年销售收入2500万元,年增税收580万元,年增利润7
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