非食用玉米變性淀粉的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

鄭明理

浙江益紙淀粉科技股份有限公司 (金華 321016)

非食用玉米變性淀粉的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

鄭明理

浙江益紙淀粉科技股份有限公司 (金華 321016)

當(dāng)前我國(guó)玉米高庫(kù)存問(wèn)題比較嚴(yán)重，生產(chǎn)非食用變性淀粉是去庫(kù)存途徑之一。本文簡(jiǎn)要分析了玉米非食用變性淀粉發(fā)展的現(xiàn)狀及今后的趨勢(shì)，介紹了造紙、紡織行業(yè)所用變性淀粉的研究進(jìn)展，其中復(fù)合變性淀粉具有不可比擬的黏度穩(wěn)定性、冷熱穩(wěn)定性、透明度、剪切穩(wěn)定性、黏度范圍大等優(yōu)良的性能，其用量越來(lái)越大，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。

氧化；酯化；醚化；復(fù)合變性淀粉

2015年我國(guó)玉米總產(chǎn)量達(dá)到22 458萬(wàn)t，比上年增加893.4萬(wàn)t，增幅4.1%，玉米生產(chǎn)取得“十二連豐”，但去除玉米的高庫(kù)存又成為我們的重要課題，由于呼吸作用，糧食在儲(chǔ)存期間不僅存在著自然損耗和減量，而且品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)和食味也逐年下降，時(shí)間長(zhǎng)了還會(huì)失去食用價(jià)值[1]，因此對(duì)儲(chǔ)存期較長(zhǎng)玉米的非食用利用很有必要。

另一方面隨著社會(huì)科技水平不停的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到能源短缺及環(huán)境污染等問(wèn)題的嚴(yán)重性，因此人們對(duì)淀粉類可再生資源的深層次開(kāi)發(fā)及應(yīng)用越來(lái)越重視。天然淀粉在冷水中不易溶解，淀粉糊液放置后易老化，成膜性差。人們依據(jù)淀粉分子的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)開(kāi)發(fā)了淀粉的變性技術(shù)，即對(duì)原淀粉采取物理、化學(xué)或生物的方法進(jìn)行處理，使其具備適合某種特定用途的性質(zhì)，這一過(guò)程稱為淀粉的變性，其產(chǎn)品稱為變性淀粉。經(jīng)過(guò)深加工不僅可改善淀粉的原有性質(zhì)還可賦予其新的特殊功能特性，使其在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，變性淀粉的種類從最初的酸解、氧化變性淀粉逐步向多元化、系列化方向發(fā)展[2]。玉米因含淀粉比例高且價(jià)格便宜，絕大多數(shù)的變性淀粉采用玉米原淀粉經(jīng)深加工而成[3]，非食用玉米變性淀粉主要應(yīng)用于造紙、可降解塑料、紡織等領(lǐng)域。

1 我國(guó)非食用玉米變性淀粉工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 大眾品種相對(duì)飽和，產(chǎn)量略有下滑

20世紀(jì)80年代初，全國(guó)還只有幾家變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)，變性淀粉年產(chǎn)量不足2 000 t，而2015年我國(guó)變性淀粉生產(chǎn)量已達(dá)到135.23萬(wàn)t。經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，單一的氧化淀粉、陽(yáng)離子淀粉、磷酸酯淀粉等應(yīng)用于紡織、造紙等行業(yè)的常用品種目前已相對(duì)飽和，近年來(lái)變性淀粉總產(chǎn)量從2012年171.56萬(wàn)t最高點(diǎn)后已連續(xù)3年下降[3]。大部分企業(yè)已不再建設(shè)新的生產(chǎn)線，考慮更多的是在現(xiàn)有工藝設(shè)備基礎(chǔ)上改進(jìn)工藝或升級(jí)工藝，提高產(chǎn)品的檔次和附加值，附加值較低的產(chǎn)品逐漸減少，一些高附加值產(chǎn)品逐漸涌現(xiàn)出來(lái)，產(chǎn)品系列化程度加大。

1.2 變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)效益滑坡

2016年變性淀粉售價(jià)相對(duì)于2015年普遍低了600～800元/t，雖然玉米原淀粉有一定程度的降價(jià)，但銷售量普遍萎縮。近年來(lái)機(jī)制紙市場(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩導(dǎo)致紙價(jià)低位徘徊，紙廠利潤(rùn)萎縮，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度的下滑，文化印刷用紙需求增長(zhǎng)受限，銅版紙市場(chǎng)需求量下滑；受多媒體、電子產(chǎn)品的廣泛普及影響，新聞紙需求量下降明顯。預(yù)計(jì)2017年紙及紙制品需求量進(jìn)一步下降，導(dǎo)致造紙用變性淀粉行業(yè)受其影響，加上內(nèi)部的惡性競(jìng)爭(zhēng)，互相壓價(jià)。一噸變性淀粉毛利潤(rùn)只有200～300元，變性淀粉贏利水平同比下滑，行業(yè)進(jìn)入微利時(shí)代。這些對(duì)于變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)是一個(gè)很大的負(fù)面影響，普遍處于苦苦支撐階段，小企業(yè)紛紛停產(chǎn)。江西東鄉(xiāng)原有10多家變性淀粉生產(chǎn)廠，現(xiàn)在就剩3家正常生產(chǎn)；浙江原有3家造紙變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)也只剩下2家了。

1.3 變性淀粉研究放緩，近幾年開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品數(shù)量較少

在我國(guó)，通過(guò)30來(lái)年的變性淀粉技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，特別是變性淀粉在各種領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的研究，變性淀粉研究成果不斷增多，變性淀粉的產(chǎn)量不斷增大，品質(zhì)不斷進(jìn)步。提高了玉米的附加值，部分解決農(nóng)民賣糧難問(wèn)題。但近兩年，新的成果相對(duì)有所減少。變性淀粉的生產(chǎn)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)對(duì)生產(chǎn)者和使用者都提出較高的要求，淀粉變性是一項(xiàng)多學(xué)科交叉性的技術(shù)，它集中有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)化學(xué)、流體力學(xué)等各種學(xué)科知識(shí)。因而，變性淀粉產(chǎn)品質(zhì)量好壞和市場(chǎng)推廣程度由技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售人員的素質(zhì)決定的。

1.4 變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，提高生產(chǎn)線自動(dòng)化控制水平

集約化、規(guī)?；亲冃缘矸燮髽I(yè)的方向發(fā)展，單個(gè)企業(yè)年產(chǎn)變性淀粉的能力和實(shí)際產(chǎn)量都明顯增大。如：杭州紙友、廣西明陽(yáng)生化、兗州熙來(lái)生產(chǎn)線的年生產(chǎn)能力已達(dá)10萬(wàn)t以上，但具備特色的小生產(chǎn)企業(yè)將在今后一段時(shí)間內(nèi)與其并存。變性淀粉生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大以后，不但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不同批次之間波動(dòng)小，單位生產(chǎn)成本下降，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有利地位；而且，規(guī)模擴(kuò)大以后，污水處理成本、各項(xiàng)管理費(fèi)用下降，更有利于新產(chǎn)品的研發(fā)，形成良性循環(huán)的道路。

1.5 開(kāi)發(fā)新品種玉米原料，復(fù)合變性淀粉所占的比例逐漸增大

不同種類原料來(lái)源的變性淀粉性能優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ冃缘矸鄣墓δ芤笠膊灰粯?，為了適應(yīng)市場(chǎng)變化的需求，近幾年來(lái)，成功開(kāi)發(fā)特種玉米(蠟質(zhì)玉米和高直鏈玉米)及其變性淀粉生產(chǎn)，滿足了市場(chǎng)的需求。

與此同時(shí)，兩種及兩種以上改性方法生產(chǎn)的復(fù)合變性淀粉所占的比例越來(lái)越高。由于用戶對(duì)變性淀粉性能要求的多樣性，以往采用單一改性方法生產(chǎn)的變性淀粉已不能完全滿足用戶的要求，需對(duì)淀粉進(jìn)行多種改性加工。

2 與國(guó)外的差距

2.1 企業(yè)規(guī)模的差距

我國(guó)絕大部分企業(yè)規(guī)模偏小，平均年產(chǎn)變性淀粉不到1萬(wàn)t，員工不到70人，與國(guó)外相比還有不少的差距。據(jù)中國(guó)淀粉工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2015年產(chǎn)量最大的杭州紙友科技也只有13.5萬(wàn)t。而法國(guó)羅蓋特公司每年加工處理的淀粉類原料達(dá)600萬(wàn)t，變性淀粉產(chǎn)量近80萬(wàn)t。

2.2 研發(fā)創(chuàng)新能力的差距

變性淀粉行業(yè)近十年得到了快速的發(fā)展，但發(fā)展中表現(xiàn)出來(lái)的技術(shù)差距還是相當(dāng)明顯。有的企業(yè)甚至沒(méi)有研發(fā)機(jī)構(gòu)，有研發(fā)機(jī)構(gòu)的企業(yè)搞研發(fā)人數(shù)也普遍只有3～5人。變性淀粉在應(yīng)用技術(shù)方面研究比較少，一般企業(yè)沒(méi)有進(jìn)行變性淀粉的基礎(chǔ)研究。而創(chuàng)建于1889年，總部位于美國(guó)伊利諾斯州西切斯特的美國(guó)國(guó)民淀粉公司在全球范圍內(nèi)擁有35個(gè)技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)的生產(chǎn)基地，10個(gè)配料研發(fā)中心，在二十多個(gè)國(guó)家設(shè)有技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，有300多人直接從事研發(fā)工作。變性淀粉的生產(chǎn)應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要科研、生產(chǎn)、使用單位多部門、多廠家的配合。人才數(shù)量質(zhì)量上的不足是我國(guó)變性淀粉行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品低水平重復(fù)的主要原因，新產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)緩慢，高附加值產(chǎn)品少。

2.3 應(yīng)用領(lǐng)域差距

目前國(guó)內(nèi)使用變性淀粉的非食用領(lǐng)域．主要集中在造紙及紙制品、紡織等行業(yè)，而國(guó)外已在原油開(kāi)采、農(nóng)業(yè)種植、房屋建造、礦石分離等四十多個(gè)行業(yè)中使用變性淀粉。

2.4 工藝設(shè)備的差距

除少數(shù)生產(chǎn)企業(yè)具備了先進(jìn)的生產(chǎn)線和自動(dòng)化控制手段外，絕大部分企業(yè)的設(shè)備和工藝參數(shù)控制還停留在人工控制階段。造成產(chǎn)品波動(dòng)大，從面影響了應(yīng)用效果。外國(guó)大型企業(yè)在上世紀(jì)末已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，對(duì)全部生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行DCS控制，管理過(guò)程實(shí)施MES，生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化，可對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的微小波動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

2.5 環(huán)保意識(shí)的差距

美國(guó)紡織工業(yè)幾乎沒(méi)有公司使用不易降解的PVA漿料，已用接枝淀粉代替，但在國(guó)內(nèi)由于接枝淀粉價(jià)格高，只能部分取代PVA漿料，接枝淀粉漿料要降到與PVA漿料價(jià)格持平還需持續(xù)加大研發(fā)投入與生產(chǎn)改進(jìn)[4]。

3 發(fā)展的趨勢(shì)

3.1 造紙用玉米變性淀粉發(fā)展的趨勢(shì)

3.1.1 大型造紙廠自身建變性淀粉廠

由于淀粉的分子結(jié)構(gòu)與纖維相近，兩者親合性能好，在造紙上所用的化學(xué)品中變性淀粉用量最大，約占造紙化學(xué)品總量的70%，2015年，我國(guó)紙和紙板產(chǎn)量為11 773.89萬(wàn)t，需要變性淀粉近200萬(wàn)t。

對(duì)于用量大，生產(chǎn)比較方便的變性淀粉品種，一些需求大戶(如山東太陽(yáng)紙業(yè))為了降低生產(chǎn)成本，自己建設(shè)變性淀粉附屬工廠。直接使用變性淀粉漿，減少拆包投料環(huán)節(jié)，使用操作方便；生產(chǎn)的變性淀粉不用脫水、干燥的環(huán)節(jié)，有機(jī)廢水排出量少，降低生產(chǎn)成本及對(duì)環(huán)境的污染。

3.1.2 漿內(nèi)淀粉發(fā)展趨勢(shì)

造紙濕部化學(xué)是一個(gè)極其復(fù)雜的體系，通過(guò)控制造紙濕部的表面電荷電位，就可提高紙機(jī)的抄造性與紙張的質(zhì)量。添加變性淀粉，可以優(yōu)化濕部化學(xué)環(huán)境，有效控制濕部Zeta電位。濕部添加用變性淀粉的主要作用有增強(qiáng)、助留、助濾。用于濕部添加的變性淀粉由原來(lái)的單一的陽(yáng)離子淀粉發(fā)展為陽(yáng)離子淀粉與多元變性淀粉共存。

3.1.3 層間噴淋淀粉發(fā)展趨勢(shì)

層間噴淋主要是利用噴霧設(shè)備將淀粉均勻地噴灑在多層紙板的層間復(fù)合處，加熱后膠化，起到黏結(jié)增強(qiáng)作用。對(duì)于廢紙漿和草漿這類雜離子含量較高的漿種，層間噴淋比漿內(nèi)添加其增強(qiáng)效果更明顯，用于層間噴涂的變性淀粉最早是磷酸酯淀粉，現(xiàn)在陽(yáng)離子淀粉，陰離子淀粉(主要是磷酸酯淀粉)及多元變性淀粉都有使用，好多廠家為了降低紙張的生產(chǎn)成本甚至直接使用玉米原淀粉。

3.1.4 表面施膠淀粉發(fā)展趨勢(shì)

目前我國(guó)造紙用變性淀粉中，用量最大的是表面施膠淀粉，最早用于紙張表面施膠的變性淀粉主要有酸解淀粉、氧化淀粉，后來(lái)是乙酰化淀粉、陽(yáng)離子淀粉、陰離子雙變性淀粉，現(xiàn)主要為濕法氧化淀粉與復(fù)配酶解淀粉。由于大型紙廠開(kāi)始使用淀粉連續(xù)蒸煮器，酶解淀粉廣泛使用，近年來(lái)，因白水封閉循環(huán)及環(huán)保的壓力，越來(lái)越多的紙廠轉(zhuǎn)而使用陽(yáng)離子氧化淀粉[5]。

3.2 紡織行業(yè)淀粉發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)字，2015年我國(guó)紡織工業(yè)年用漿料57.2萬(wàn)t，其中65%為淀粉和變性淀粉，17%為PVA，其余18%為丙烯酸和其它漿料，紡織工業(yè)變性淀粉年用量在15萬(wàn)t左右，主要應(yīng)用品種是過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀氧化淀粉。

變性淀粉在紡織工業(yè)中的用量最大是經(jīng)紗上漿，以前主要用化學(xué)漿料，由于造成環(huán)境污染，逐漸被變性淀粉所取代。隨著消費(fèi)者對(duì)紡織品在質(zhì)和量?jī)煞矫嫣岢龈叩囊?，紡織工業(yè)在設(shè)備工藝、原料品種、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面都發(fā)生著劇烈的變革，對(duì)紡織用變性淀粉也提出了更高的要求。

無(wú)梭織機(jī)大量增加，主要用于牛仔布以及細(xì)號(hào)高密的中高檔面料，織機(jī)的轉(zhuǎn)速大幅增加，一般都保持在700 r/min以上。這對(duì)變性淀粉漿料的抗剪切能力提出了很大的挑戰(zhàn)，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)紡織工業(yè)用變性淀粉將以交聯(lián)復(fù)合變性淀粉為主。

面料發(fā)展朝著精細(xì)化、多樣化和功能化方向發(fā)展。細(xì)支高密織物成為發(fā)展主流，有抗靜電、輻射、紫外線等特殊功能的功能性面料，體育專用面料等層出不窮。紡織面料的變化反映了消費(fèi)者追求服飾個(gè)性化、舒適化和專業(yè)化的潮流，給紡織上漿帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。紡織漿料市場(chǎng)將更加細(xì)分，更加專業(yè)化，只有緊跟紡織行業(yè)發(fā)展要求，開(kāi)發(fā)出系列化、專用化的紡織用變性淀粉，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地[6-7]。

3.3 變性淀粉行業(yè)展望

變性淀粉企業(yè)將向原料主產(chǎn)地集中，以節(jié)約成本，變性淀粉企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大；對(duì)變性淀粉的研發(fā)投入尤其是應(yīng)用研發(fā)投入將大大增加。不斷開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，是玉米變性淀粉企業(yè)生存、發(fā)展壯大的必由之路。

[1] 劉笑然. 去除糧食高庫(kù)存是當(dāng)務(wù)之急[J]. 中國(guó)糧食經(jīng)濟(jì)，2015(9)：24-28.

[2] 章毅鵬，廖 建，桂紅星.淺析我國(guó)變性淀粉的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)， 2007，22(6)：179-184.

[3] 佟 毅. 2016中國(guó)玉米市場(chǎng)和淀粉行業(yè)年度分析及預(yù)測(cè)報(bào)告[R]. 北京：中國(guó)淀粉工業(yè)協(xié)會(huì),2016.

[4] 中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì).2015年紡織行業(yè)運(yùn)行情況報(bào)告[EB/OL]. [2016-05-25].http://www.lwzb.cn/pub/gjtjlwzb/sjyfx/201605/t20160525_2794.html.

[5] 鄭明理. 玉米變性淀粉在造紙中的應(yīng)用[J]. 糧食與食品工業(yè), 2013, 20(2):15-17.

[6] 扶 雄,黃 強(qiáng),羅發(fā)興,等.交聯(lián)和羥丙基改性對(duì)玉米淀粉糊穩(wěn)定性的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2007,35(11):91-94.

[7] 陳 杰．淀粉在紡織漿料中的應(yīng)用[J]．廣東化工，2012，39(16)：77-78.

The situation and development tendency of non-edible corn modified starch

Zheng Mingli

Zhejiang Yizhi Starch Technology Incorporate Company (Jinhua 321016)

Currently, the production of non-edible corn modified starch is an effective way to address the problem of high corn stocks in our country. The situation and development of the non-edible corn modified starch were briefly analyzed, with its application in papermaking and textile industry. There are many advantages for the corn modified starch, such as good viscosity stability, hot and cold stability, transparency, shear stability, large viscosity range and other excellent performance. Due to the advantages above, the amounts of its industrial applications have increased considerably recently.

oxidation; esterification; etherification; corn modified starch

2017-01-04

鄭明理，男，1971年出生，研究方向?yàn)樵旒埖矸邸?/p>

TS201

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1672-5026(2017)04-040-03