打破國外壟斷實(shí)現“彎道超車(chē)” 甜菊糖苷生產(chǎn)走上綠色之路
發(fā)布時(shí)間:2024-10-09 09:47:59
金秋時(shí)節，是甜葉菊的收獲上市季節。甜葉菊富含甜菊糖苷，是一種低熱量、高甜度天然甜味劑，廣泛應用于食品和飲料工業(yè)中。值得一提的是，我國是甜菊糖生產(chǎn)和出口大國，甜葉菊種植面積在20萬(wàn)畝左右，甜菊糖苷出口連年在植物提取物產(chǎn)品中排名。在這個(gè)行業(yè)中，晨光生物科技集團（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“晨光生物”）科研人員徐美利博士帶領(lǐng)團隊首創(chuàng )的甜葉菊短鏈醇混合溶液同步提取甜菊糖苷和綠原酸、異綠原酸關(guān)鍵技術(shù)，打破了國外企業(yè)的技術(shù)壟斷，使我國在甜菊糖生產(chǎn)上實(shí)現了“彎道超車(chē)”。
創(chuàng )新思路源于生產(chǎn)實(shí)踐
甜菊糖苷甜度是蔗糖的300倍，熱量卻只有蔗糖的1/300，因其高甜度、低熱量的特點(diǎn)而成為行業(yè)研究的重點(diǎn)。
傳統的甜菊糖苷水提工藝，為去除提取液中的雜質(zhì)，加工一噸原料需要消耗160公斤硫酸亞鐵和60公斤氫氧化鈣進(jìn)行絮凝，另外還需要用45噸—50噸水沖洗包裹在渣泥中的糖苷等，導致大量的鐵、硫等成分進(jìn)入廢水、廢渣中，處理起來(lái)難度很大。
畢業(yè)于天津大學(xué)的徐美利，2014年入職晨光生物。這家企業(yè)建有一條年產(chǎn)能2000噸的甜菊糖苷生產(chǎn)線(xiàn)，由于設備逐漸老化，到2017年，因透光度等指標不合格，生產(chǎn)“實(shí)在走不下去了”。“水提工藝在甜菊糖生產(chǎn)過(guò)程中易滋生微生物堵塞吸附柱，加之樹(shù)脂能力逐漸衰減，這是造成問(wèn)題的主要原因。”靠著(zhù)深厚的理論功底，徐美利找到了癥結所在，并采用“酸堿洗”的方法解決了這一問(wèn)題。
但是，徐美利知道，這種方法治標不治本，因為問(wèn)題出在萃取環(huán)節，而解決卻是在精制環(huán)節。
另外，徐美利還意識到另一個(gè)問(wèn)題。“甜菊葉中含有6%—7%的綠原酸和異綠原酸，這也是傳統中藥材金銀花、杜仲的重要成分，但單體組成稍微有差別，抗氧化性、、抗病毒能力更強。”徐美利說(shuō)，在甜菊糖苷生產(chǎn)過(guò)程，這些物質(zhì)作為雜質(zhì)進(jìn)入渣滓或廢水里，實(shí)在可惜。
徐美利曾做過(guò)從生產(chǎn)甜菊糖苷廢水中提取綠原酸和異綠原酸研究，由于在水提取過(guò)程中會(huì )發(fā)生降解等因素，異綠原酸的穩態(tài)化問(wèn)題一直找不到解決辦法，而在醇中其成分能保持不變，和葉子里的保持一致。能不能創(chuàng )新出一種用醇綜合提取、靶向分離技術(shù)，以替代傳統的水提取工藝，將提取的產(chǎn)品一個(gè)變三個(gè)，還能一勞永逸地解決微生物堵塞吸附柱問(wèn)題，也能節省大量資源？徐美利覺(jué)得這個(gè)思路理論上可行，經(jīng)公司組織論證，一項有別于傳統甜菊糖提取理論和工藝的試驗開(kāi)始了。
反復試錯中終成“正果”
根據甜菊葉所含物質(zhì)成分、性質(zhì)，徐美利研發(fā)團隊制定了一條工藝、成本可控的優(yōu)路線(xiàn)。他們緊鑼密鼓地進(jìn)行小試、中試，和公司里的領(lǐng)導和專(zhuān)家一起分析試驗中出現的問(wèn)題，探討解決方案。
小試結果表明，用醇綜合提取甜菊糖苷，有效成分基本可以不損失，收率能達到98%以上。
然而，到了中試階段，液液分離中，由于水和醇不能像試驗室小試那樣分離得很好，一些醇進(jìn)入水層，糊在樹(shù)脂上，并使其漂浮，難以發(fā)揮應有的作用。
啟動(dòng)備用方案后，研發(fā)團隊小試、中試疊加進(jìn)行，小試驗證完必要的參數后就開(kāi)始中試。“條工藝路線(xiàn)是用樹(shù)脂把提取液中的異綠原酸等分離，現在換成一種極性更大的醇直接把異綠原酸等物質(zhì)溶在里邊……”徐美利說(shuō)，通過(guò)反復試驗，問(wèn)題解決了。
半年時(shí)間，徐美利研發(fā)團隊完成了項目的小試、中試和放大中試，用這種短鏈醇混合溶液同步提取甜菊糖苷和綠原酸、異綠原酸的新技術(shù)，甜菊糖苷產(chǎn)品收率比原技術(shù)高出10%以上，同時(shí)還得到了綠原酸和異綠原酸兩個(gè)新產(chǎn)品。而且利用這項新技術(shù)生產(chǎn)甜菊糖苷可以不再使用硫酸亞鐵、氫氧化鈣等化學(xué)試劑，用水量減少了一半以上，減少了消耗、保護了環(huán)境，為甜菊糖苷生產(chǎn)開(kāi)辟了一條綠色之路。
新工藝優(yōu)勢在生產(chǎn)中得以體現
2018年，晨光生物投資3000萬(wàn)元對甜菊糖生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改造，但新工藝試生產(chǎn)并不順暢。
傳統水提工藝是直接用甜菊葉片提取甜菊糖苷，而新工藝需要將葉片粉碎，這樣可更充分地提取有效成分。但這帶來(lái)了一個(gè)新問(wèn)題，過(guò)濾時(shí)小渣滓堵塞濾網(wǎng)，不得不十幾分鐘清理一次。為攻克這一“堵點(diǎn)”，徐美利團隊每天都在解決這些生產(chǎn)過(guò)程中出現的問(wèn)題，通過(guò)調整優(yōu)化系統，從而把綜合提取工藝的優(yōu)勢體現出來(lái)。“像在提取環(huán)節，換過(guò)好幾種設備，后來(lái)改為拖鏈讓液體可以滲下去順暢地進(jìn)行交換。”徐美利說(shuō)，從實(shí)驗室到中試、生產(chǎn)線(xiàn)，直到走通、到優(yōu)，幾乎每個(gè)工序都經(jīng)過(guò)了反復調整。
隨著(zhù)近兩年甜菊糖生產(chǎn)線(xiàn)的不斷整改優(yōu)化，特別是自動(dòng)化、信息化、數字化水平的不斷提高，生產(chǎn)參數得到了更加精準把控，產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險大幅降低，甜菊糖苷收率由原來(lái)的不到80%提升到現在的95%以上，產(chǎn)能也由過(guò)去的每天3.5噸提升到現在的7噸。
業(yè)內人士認為，在植物提取產(chǎn)業(yè)和技術(shù)上，我國長(cháng)期以來(lái)一直在跟著(zhù)西方走，做的都是從“1到10”的事，甜葉菊綠色綜合提取技術(shù)的突破，是一次成功實(shí)踐。徐美利團隊為我國的植物提取行業(yè)闖出了一片藍海。
去年，徐美利主導完成的“甜葉菊綠色加工關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新及產(chǎn)業(yè)技術(shù)”被農業(yè)農村部評為10項農業(yè)農村重大新技術(shù)之一。 目前，晨光生物制定了綠原酸和異綠原酸產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)思路，徐美利團隊正在驗證其生理功效，并開(kāi)發(fā)功能性保健食品以及藥品，目前正在謀劃新食品原料的申報。（記者? 楊曉晶? 通訊員? 李衛國）
轉自：中國食品報
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