非食用玉米变性淀粉的现状与发展趋势

郑明理

浙江益纸淀粉科技股份有限公司 (金华 321016)

非食用玉米变性淀粉的现状与发展趋势

郑明理

浙江益纸淀粉科技股份有限公司 (金华 321016)

当前我国玉米高库存问题比较严重，生产非食用变性淀粉是去库存途径之一。本文简要分析了玉米非食用变性淀粉发展的现状及今后的趋势，介绍了造纸、纺织行业所用变性淀粉的研究进展，其中复合变性淀粉具有不可比拟的黏度稳定性、冷热稳定性、透明度、剪切稳定性、黏度范围大等优良的性能，其用量越来越大，工业应用领域不断拓宽。

氧化；酯化；醚化；复合变性淀粉

2015年我国玉米总产量达到22 458万t，比上年增加893.4万t，增幅4.1%，玉米生产取得“十二连丰”，但去除玉米的高库存又成为我们的重要课题，由于呼吸作用，粮食在储存期间不仅存在着自然损耗和减量，而且品质、营养和食味也逐年下降，时间长了还会失去食用价值[1]，因此对储存期较长玉米的非食用利用很有必要。

另一方面随着社会科技水平不停的发展，人们逐渐认识到能源短缺及环境污染等问题的严重性，因此人们对淀粉类可再生资源的深层次开发及应用越来越重视。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。人们依据淀粉分子的微观结构和理化性质开发了淀粉的变性技术，即对原淀粉采取物理、化学或生物的方法进行处理，使其具备适合某种特定用途的性质，这一过程称为淀粉的变性，其产品称为变性淀粉。经过深加工不仅可改善淀粉的原有性质还可赋予其新的特殊功能特性，使其在许多领域获得了广泛的应用，变性淀粉的种类从最初的酸解、氧化变性淀粉逐步向多元化、系列化方向发展[2]。玉米因含淀粉比例高且价格便宜，绝大多数的变性淀粉采用玉米原淀粉经深加工而成[3]，非食用玉米变性淀粉主要应用于造纸、可降解塑料、纺织等领域。

1 我国非食用玉米变性淀粉工业发展的现状

1.1 大众品种相对饱和，产量略有下滑

20世纪80年代初，全国还只有几家变性淀粉生产企业，变性淀粉年产量不足2 000 t，而2015年我国变性淀粉生产量已达到135.23万t。经过30年的发展，单一的氧化淀粉、阳离子淀粉、磷酸酯淀粉等应用于纺织、造纸等行业的常用品种目前已相对饱和，近年来变性淀粉总产量从2012年171.56万t最高点后已连续3年下降[3]。大部分企业已不再建设新的生产线，考虑更多的是在现有工艺设备基础上改进工艺或升级工艺，提高产品的档次和附加值，附加值较低的产品逐渐减少，一些高附加值产品逐渐涌现出来，产品系列化程度加大。

1.2 变性淀粉生产企业效益滑坡

2016年变性淀粉售价相对于2015年普遍低了600～800元/t，虽然玉米原淀粉有一定程度的降价，但销售量普遍萎缩。近年来机制纸市场产能过剩导致纸价低位徘徊，纸厂利润萎缩，随着国内经济增长速度的下滑，文化印刷用纸需求增长受限，铜版纸市场需求量下滑；受多媒体、电子产品的广泛普及影响，新闻纸需求量下降明显。预计2017年纸及纸制品需求量进一步下降，导致造纸用变性淀粉行业受其影响，加上内部的恶性竞争，互相压价。一吨变性淀粉毛利润只有200～300元，变性淀粉赢利水平同比下滑，行业进入微利时代。这些对于变性淀粉生产企业是一个很大的负面影响，普遍处于苦苦支撑阶段，小企业纷纷停产。江西东乡原有10多家变性淀粉生产厂，现在就剩3家正常生产；浙江原有3家造纸变性淀粉生产企业现也只剩下2家了。

1.3 变性淀粉研究放缓，近几年开发新产品数量较少

在我国，通过30来年的变性淀粉技术研究、开发和生产，特别是变性淀粉在各种领域应用技术的研究，变性淀粉研究成果不断增多，变性淀粉的产量不断增大，品质不断进步。提高了玉米的附加值，部分解决农民卖粮难问题。但近两年，新的成果相对有所减少。变性淀粉的生产和市场开发对生产者和使用者都提出较高的要求，淀粉变性是一项多学科交叉性的技术，它集中有机高分子、无机化学、流体力学等各种学科知识。因而，变性淀粉产品质量好坏和市场推广程度由技术开发、生产、销售人员的素质决定的。

1.4 变性淀粉生产企业规模扩大，提高生产线自动化控制水平

集约化、规模化是变性淀粉企业的方向发展，单个企业年产变性淀粉的能力和实际产量都明显增大。如：杭州纸友、广西明阳生化、兖州熙来生产线的年生产能力已达10万t以上，但具备特色的小生产企业将在今后一段时间内与其并存。变性淀粉生产企业规模扩大以后，不但产品质量稳定，不同批次之间波动小，单位生产成本下降，在市场竞争中占有利地位；而且，规模扩大以后，污水处理成本、各项管理费用下降，更有利于新产品的研发，形成良性循环的道路。

1.5 开发新品种玉米原料，复合变性淀粉所占的比例逐渐增大

不同种类原料来源的变性淀粉性能优缺点各不相同，不同的应用领域对变性淀粉的功能要求也不一样，为了适应市场变化的需求，近几年来，成功开发特种玉米(蜡质玉米和高直链玉米)及其变性淀粉生产，满足了市场的需求。

与此同时，两种及两种以上改性方法生产的复合变性淀粉所占的比例越来越高。由于用户对变性淀粉性能要求的多样性，以往采用单一改性方法生产的变性淀粉已不能完全满足用户的要求，需对淀粉进行多种改性加工。

2 与国外的差距

2.1 企业规模的差距

我国绝大部分企业规模偏小，平均年产变性淀粉不到1万t，员工不到70人，与国外相比还有不少的差距。据中国淀粉工业协会的数据，2015年产量最大的杭州纸友科技也只有13.5万t。而法国罗盖特公司每年加工处理的淀粉类原料达600万t，变性淀粉产量近80万t。

2.2 研发创新能力的差距

变性淀粉行业近十年得到了快速的发展，但发展中表现出来的技术差距还是相当明显。有的企业甚至没有研发机构，有研发机构的企业搞研发人数也普遍只有3～5人。变性淀粉在应用技术方面研究比较少，一般企业没有进行变性淀粉的基础研究。而创建于1889年，总部位于美国伊利诺斯州西切斯特的美国国民淀粉公司在全球范围内拥有35个技术领先、设备先进的生产基地，10个配料研发中心，在二十多个国家设有技术应用实验室，有300多人直接从事研发工作。变性淀粉的生产应用是一项系统工程，需要科研、生产、使用单位多部门、多厂家的配合。人才数量质量上的不足是我国变性淀粉行业内产品低水平重复的主要原因，新产品技术开发缓慢，高附加值产品少。

2.3 应用领域差距

目前国内使用变性淀粉的非食用领域．主要集中在造纸及纸制品、纺织等行业，而国外已在原油开采、农业种植、房屋建造、矿石分离等四十多个行业中使用变性淀粉。

2.4 工艺设备的差距

除少数生产企业具备了先进的生产线和自动化控制手段外，绝大部分企业的设备和工艺参数控制还停留在人工控制阶段。造成产品波动大，从面影响了应用效果。外国大型企业在上世纪末已实现了自动化控制，对全部生产过程实行DCS控制，管理过程实施MES，生产自动化、管理信息化，可对产品质量的微小波动实时调节。

2.5 环保意识的差距

美国纺织工业几乎没有公司使用不易降解的PVA浆料，已用接枝淀粉代替，但在国内由于接枝淀粉价格高，只能部分取代PVA浆料，接枝淀粉浆料要降到与PVA浆料价格持平还需持续加大研发投入与生产改进[4]。

3 发展的趋势

3.1 造纸用玉米变性淀粉发展的趋势

3.1.1 大型造纸厂自身建变性淀粉厂

由于淀粉的分子结构与纤维相近，两者亲合性能好，在造纸上所用的化学品中变性淀粉用量最大，约占造纸化学品总量的70%，2015年，我国纸和纸板产量为11 773.89万t，需要变性淀粉近200万t。

对于用量大，生产比较方便的变性淀粉品种，一些需求大户(如山东太阳纸业)为了降低生产成本，自己建设变性淀粉附属工厂。直接使用变性淀粉浆，减少拆包投料环节，使用操作方便；生产的变性淀粉不用脱水、干燥的环节，有机废水排出量少，降低生产成本及对环境的污染。

3.1.2 浆内淀粉发展趋势

造纸湿部化学是一个极其复杂的体系，通过控制造纸湿部的表面电荷电位，就可提高纸机的抄造性与纸张的质量。添加变性淀粉，可以优化湿部化学环境，有效控制湿部Zeta电位。湿部添加用变性淀粉的主要作用有增强、助留、助滤。用于湿部添加的变性淀粉由原来的单一的阳离子淀粉发展为阳离子淀粉与多元变性淀粉共存。

3.1.3 层间喷淋淀粉发展趋势

层间喷淋主要是利用喷雾设备将淀粉均匀地喷洒在多层纸板的层间复合处，加热后胶化，起到黏结增强作用。对于废纸浆和草浆这类杂离子含量较高的浆种，层间喷淋比浆内添加其增强效果更明显，用于层间喷涂的变性淀粉最早是磷酸酯淀粉，现在阳离子淀粉，阴离子淀粉(主要是磷酸酯淀粉)及多元变性淀粉都有使用，好多厂家为了降低纸张的生产成本甚至直接使用玉米原淀粉。

3.1.4 表面施胶淀粉发展趋势

目前我国造纸用变性淀粉中，用量最大的是表面施胶淀粉，最早用于纸张表面施胶的变性淀粉主要有酸解淀粉、氧化淀粉，后来是乙酰化淀粉、阳离子淀粉、阴离子双变性淀粉，现主要为湿法氧化淀粉与复配酶解淀粉。由于大型纸厂开始使用淀粉连续蒸煮器，酶解淀粉广泛使用，近年来，因白水封闭循环及环保的压力，越来越多的纸厂转而使用阳离子氧化淀粉[5]。

3.2 纺织行业淀粉发展趋势

据中国纺织工业联合会、中国棉纺织行业协会、国家统计局的数字，2015年我国纺织工业年用浆料57.2万t，其中65%为淀粉和变性淀粉，17%为PVA，其余18%为丙烯酸和其它浆料，纺织工业变性淀粉年用量在15万t左右，主要应用品种是过硫酸铵、过硫酸钾氧化淀粉。

变性淀粉在纺织工业中的用量最大是经纱上浆，以前主要用化学浆料，由于造成环境污染，逐渐被变性淀粉所取代。随着消费者对纺织品在质和量两方面提出更高的要求，纺织工业在设备工艺、原料品种、产品结构等方面都发生着剧烈的变革，对纺织用变性淀粉也提出了更高的要求。

无梭织机大量增加，主要用于牛仔布以及细号高密的中高档面料，织机的转速大幅增加，一般都保持在700 r/min以上。这对变性淀粉浆料的抗剪切能力提出了很大的挑战，可以预见，未来纺织工业用变性淀粉将以交联复合变性淀粉为主。

面料发展朝着精细化、多样化和功能化方向发展。细支高密织物成为发展主流，有抗静电、辐射、紫外线等特殊功能的功能性面料，体育专用面料等层出不穷。纺织面料的变化反映了消费者追求服饰个性化、舒适化和专业化的潮流，给纺织上浆带来了更多的挑战。纺织浆料市场将更加细分，更加专业化，只有紧跟纺织行业发展要求，开发出系列化、专用化的纺织用变性淀粉，才能在市场竞争中立于不败之地[6-7]。

3.3 变性淀粉行业展望

变性淀粉企业将向原料主产地集中，以节约成本，变性淀粉企业生产规模不断扩大；对变性淀粉的研发投入尤其是应用研发投入将大大增加。不断开发出新产品，开拓新的应用领域，是玉米变性淀粉企业生存、发展壮大的必由之路。

[1] 刘笑然. 去除粮食高库存是当务之急[J]. 中国粮食经济，2015(9)：24-28.

[2] 章毅鹏，廖 建，桂红星.浅析我国变性淀粉的应用现状[J]. 中国粮油学报， 2007，22(6)：179-184.

[3] 佟 毅. 2016中国玉米市场和淀粉行业年度分析及预测报告[R]. 北京：中国淀粉工业协会,2016.

[4] 中国纺织工业联合会.2015年纺织行业运行情况报告[EB/OL]. [2016-05-25].http://www.lwzb.cn/pub/gjtjlwzb/sjyfx/201605/t20160525_2794.html.

[5] 郑明理. 玉米变性淀粉在造纸中的应用[J]. 粮食与食品工业, 2013, 20(2):15-17.

[6] 扶 雄,黄 强,罗发兴,等.交联和羟丙基改性对玉米淀粉糊稳定性的影响[J].华南理工大学学报：自然科学版,2007,35(11):91-94.

[7] 陈 杰．淀粉在纺织浆料中的应用[J]．广东化工，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

郑明理，男，1971年出生，研究方向为造纸淀粉。

TS201

A

1672-5026(2017)04-040-03