明膠工業化起始於1818年法國,至今已有200的年歷史,長期以來,骨明膠一直採用傳統鹼法工藝製備。該工藝存在三大缺陷:一是生產周期長,二是用水量大,三是環保壓力大,產生大量汙水和固體廢渣,處理成本高,易造成周邊環境汙染。改變明膠製備工藝早已是國際上明膠大公司關注的焦點。很多明膠公司投入大量的人力物力進行研究,希望可以縮短傳統明膠製備工藝周期,從而你達到節約水源、保護環境、提高效益、提升產品質量的最終目的。
從20世紀50年代起,世界各國紛紛開展酶法明膠製備技術開發,其主要原理是採用生物酶作用於動物的骨和皮,降解其中的膠原大分子進行明膠生產。雖然2000年以來出現較多關於酶法明膠製備工藝實驗室研究的報導,但由於酶法明膠生產技術涉及多學科技術交叉,比如工業酶製劑研製、動物膠提取、純化、原料處理以及反應特種裝備製造,新工藝廢物處理回收,以及酶法膠下遊產品的應用適配性等一系列問題,因而世界上一直未能實現酶法明膠技術的工業化實施。由於明膠生產製造處於產業鏈的中間環節,因而該技術的開發與推廣應用需要上、下遊行業的技術調整與配合,完全稱得上是一次複雜、全面、深刻的行業技術創新革命。
我國明膠企業多集中於內蒙古、青海、甘肅、寧夏等骨資源豐富地區,但這些地區的淡水資源十分缺乏。地區資源與傳統工藝的局限限制了明膠工業的發展,對明膠工藝的革新提出了迫切要求。
21世紀初,明膠研究室的負責人——郭燕川,他及其他的團隊率先提出研究生物酶法工藝。經過十幾年的技術開發,2014年郭燕川作為項目負責人帶領的團隊率先實現了生物酶法骨明膠生產關鍵技術突破。酶法骨明膠生產技術屬生物工程領域,歷經技術方案提出與流程設計、小試、中試和工業化生產實驗等四個階段,主要包括以下6個方面內容:
1)採用基因重組和工程菌選育技術開發原膠原端區肽水解特異性蛋白酶, 並對酶的底物結合區域位點和酶活穩定性影響位點進行優化,得到酶法明膠製備專用高活性、低成本蛋白酶;
2)物理破碎+化學處理聯用的骨原料預處理工藝設計、優化,工業級配套設備開發與選型,提高酶可及度,提高出膠率;
3)酶解工藝過程系統設計、裝備設計與開發及反應過程的控制參數優化,有效控制明膠產品品質和一致性;
4)酶法明膠分離、純化、濃縮、乾燥等製造過程輔助生產系統的工藝流程設計、控制參數優化,完善酶法的生產過程,使明膠達到國家、國際質量標準;
5)酶法明膠副產品鈣磷酸鹽的製造工藝開發與生產過程控制,形成了副產品的有效回收,提高了明膠的生產收益,並大大減少了汙水處理難度;
6)探究了明膠成膜的基本原理,通過酶法明膠硬膠囊生產工藝的改造與生產過程控制,解決了明膠膠囊生產的產品適配問題。
新工藝與傳統明膠工藝相比,酶法工藝的噸膠用水減少50%,汙水排放減少50%,固體廢渣從每噸明膠2-3噸減少為100公斤以內;生產周期從70天減少為3天;同等規模的固定資產投資減少50%;產品質量主要指標――凍力提高20%以上;用工數量減少30%;產品成本降低10%;80%以上明膠產品質量達到藥用明膠要求。
酶法明膠生產技術工業化徹底解決了新型生物酶製劑、酶解關鍵工藝和工程等問題,形成了完整技術工藝包,2014年建成世界首條1000噸的酶法骨明膠工業生產線,並實現了商業化運營,產品達到國家藥典膠囊用明膠標準,銷售到食品\藥品行業,得到市場普遍認可。2016年,在寧夏鑫浩源生物科技股份有限公司建成3000噸酶法明膠生產線,並順利投產。
該技術是我國自主研發的工業化生產技術,是對傳統化學技術的一次重大變革,徹底改變了沿用200年的鹼法骨明膠製造工藝,減少了汙水排放50%,噸膠固廢從2-3噸降低至100公斤以內,每噸明膠生產節水250噸以上(約50%),將明膠生產周期從70天縮短至3天,同時生產成本減少約10%,產品的優質率從原來的50%提高到了80%。
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