甘蔗廢糖蜜生產功能性多糖系列產品的探討

周 民

（安徽廣序生物科技有限公司，安徽 合肥 238000）

隨著糖鏈生物學功能的揭示與認識，糖生物學正成為一個新科學前沿，繼基因工程、蛋白質工程之后，糖工程已成為引人注目的新生物技術學科，功能性多糖的研制是糖工程中的主要組成部分。低聚糖是由2~10個單糖分子通過糖苷鍵構成的聚合物，功能性多糖由多種菌體含有胞外多糖和單糖與聚糖，根據糖苷鍵的不同而有不同的名稱，功能性多糖對人體具有有益功能。因此，稱為功能性多糖，作為新生理活性物質，在疾病診斷與防治、營養與保健、植物生長與抗病和畜禽養殖等方面的應用倍受關注。在國際上已經成為一個利用基因工程、蛋白工程和糖工程等現代生物技術手段，并涉及醫學、化學、工程學、獸藥學和飼料營養學等學科，既是醫藥原料、食品添加劑、工業原料、農業生長與病蟲害防治原材料，又是飼料抗生素替代品、飼料添加劑和飼料預混料。功能性低聚糖和多糖是糖工程的前沿技術產品，具有無耐抗、無殘留和無毒副的綠色環保作用。

1 甘蔗廢糖蜜生產功能性多糖

1.1 功能性多糖生產的制品

甘蔗廢糖蜜可以生產很多產品，包括醫藥原料、食品添加劑、化妝品原料、化工原料、工業原料、農藥原料和飼料添加劑等。

甘蔗廢糖蜜具體的可以生產功能性多糖、菌種、菇蕈菌多糖、酵母多糖、雙歧桿菌多糖、乳酸菌多糖和菌絲多糖等。

功能性多糖主要分為醫藥級功能性多糖、食品級功能性多糖和飼料級功能性多糖。

1.2 功能性多糖的生產原料

1.2.1 碳源

甘蔗廢糖蜜是微生物發酵生產功能性多糖的廉價碳源，廢糖蜜濃度90%，含糖分50%，其中蔗糖35%~36%、還原糖13%~15%。還原糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖和麥芽糖，一般的情況下還原糖是指具有還原性的糖類。在糖類中，只要分子中含有游離醛基的二糖都具有還原性。因此，甘蔗廢糖蜜在生產前需要技術處理，使蔗糖轉化為還原糖，方便各類微生物菌株代謝和轉化產物。廢糖蜜作為微生物發酵碳源，通過微生物發酵、合成和轉化為功能性聚糖、單糖及多糖，廢糖蜜用量占配方總量的60%~80%。

1.2.2 氮源

以小麥胚芽粉、玉米漿干粉、動植物蛋白胨、酵母浸粉、豆粕粉、進口優質魚粉和牛肉浸膏為有機氮，并添加微量無機氮和微量元素。氮源用量占配方總量的20%~40%。

1.2.3 發酵原料的市場價格和預算

廢糖蜜市場價格約1200元/噸，發酵配方的原料廢糖蜜總量價值約為840元/噸；各種有機氮平均8000元/噸，發酵氮源配方的總量價值約為2400元/噸，則原料成本為3240~3500元/噸。

1.3 甘蔗廢糖蜜發酵產功能性多糖

1.3.1 甘蔗廢糖蜜發酵前處理

1.3.1.1 廢糖蜜稀釋絮凝沉淀法

甘蔗廢糖蜜是微生物發酵廉價的原料，發酵前必須稀釋、酸化、澄清和滅菌處理。由于廢糖蜜含糖量較高、多種成分復雜，并含有酚和黃酮類等抗氧化性成分，嚴重影響糖蜜深加工產品品質。為了充分利用和研制出高附加值的新產品。需要有針對性地進行澄清處理和去除膠體、雜質。廢糖蜜澄清處理分為稀釋、絮凝和酸解等工藝流程。廢糖蜜經5~6倍稀釋后，添加稀酸和絮凝劑進行絮凝沉淀，再用高速離心機離心分離，收集上層清液。上層清液調整含固量20%~30%，然后在100℃條件下水浴，調整pH值至2~4.5進行酸解90min，使甘蔗廢糖蜜中蔗糖轉化為還原糖。最后，測定廢糖蜜澄清處理前后組分含量變化，并采用質譜（GC/MS）檢測分析糖蜜澄清處理前后揮發性物質組分變化。根據發酵碳氮正交配方設計參數，有計劃性選用廢糖蜜質量為依據，使微生物發酵制品質量具有穩定性和保障性。

1.3.1.2 糖化酶酶法制造還原糖

糖化酶制還原糖法，發酵前將甘蔗廢糖蜜稀釋，高速離心機分離，取離心液，設定含固量、調整pH值和滅菌后，直接進入發酵和生產。為了發揮微生物發酵力學原理，選用產糖化酶的菌種將甘蔗廢糖蜜雜多糖轉化還原糖，使微生物菌株在發酵過程中更好的利用雜多糖，促進發酵產物轉化率提高，節省廢糖蜜發酵前的處理成本。以糖化酶法制造還原糖的技術，是在發酵同時進行，發酵技術條件要求嚴格。這種糖化酶酶法轉化還原糖的技術工藝，適合生產飼料級添加劑的制品，該種生產技術能夠提高發酵底物轉化率、回收率。

1.3.2 液態深層發酵技術

廢糖蜜生產功能性多糖是微生物液態深層發酵技術，是較為先進的生產技術，其特點是發酵周期短、勞動和生產效率高、勞動強度低、占地面積少和不用填充料等。它使我國古老的發酵工業朝著機械化、管道化、電子化和自動化生產方向前進了一大步，為實現發酵自動化創造了條件，也使我國發酵技術跟上了國際先進水平。

1.3.3 發酵后處理技術

1.3.3.1 分離脫水

液態發酵投入原料干物質20%~30%，投入無離子水70%~80%，發酵結束時用離心機進行固液分離，將固渣和發酵液分開，分離渣干燥后即是粗蛋白飼料，發酵分離液即是功能性多糖，分離液需要后處理、脫水和干燥。

1.3.3.2 精提取

生產醫藥原料、食品添加劑、化學產品和農藥原料等，需要精提取，要求發酵液精提取設備加以處理。

1.3.3.3 粗提取

生產飼料級抗生素、添加劑，發酵液不需要精提取，直接濃縮、干燥、粉碎和包裝即是飼料級抗生素替代品。

1.3.4 功能性多糖發酵回收率

1.3.4.1 醫藥級或食品級功能性多糖發酵回收率

醫藥級或食品級功能性多糖是單株菌種發酵，單株菌發酵產一個品種功能性多糖，發酵原料轉化率、回收率，配方原料總量的4%~8%。因為發酵后處理、分離提取和純化工藝中，消耗許多其它的有效物質。所以，單株菌發酵產單一品種多糖的轉化率、回收率較低，但是，醫藥級或食品級功能性多糖市場附加值較高。

1.3.4.2 飼料級復合功能性多糖發酵回收率

一個產品含有多種功能性多糖，基本是3~8株菌種以上，混菌發酵產3~8種功能性多糖的產品，混菌發酵原料轉化率和回收率比單株菌種發酵回收率高一倍以上。這種發酵生產的功能性多糖適用于飼料級添加劑，統稱為飼料級復合功能性多糖，其功效與作用是飼料抗生素替代品。飼料級復合功能性多糖的發酵和生產后處理不需要純化，其中蛋白質、多種酶成分、小肽、雜多糖、多種維生素及其它有效物質保留下來，使發酵回收率達到20%~50%，因此，飼料級復合功能性多糖市場附加值很高，不亞于醫藥級市場價格。

1.4 功能性多糖生產工藝流程

功能性多糖生產工藝流程圖，如圖1所示。其中飼料級功能性多糖生產工藝流程短，成本低、能耗低、回收率高、產能回報高而且市場附加值也很高。高純度功能性多糖是單一品種功能糖，生產工藝流程長、工藝復雜、成本高、能耗高和回收率低等。

圖1 功能性多糖生產工藝流程圖

1.5 環保型生產技術工藝

1.5.1 環境無污染

系列制品為微生物液態深層發酵工藝，發酵原料要求高溫121℃，滅菌30min，環境無污染。

1.5.2 無廢水排放排出廢水通過3次膜過濾、脫鹽、活性炭過濾和濃縮，均為無色、無離子的純水，可循環利用，無廢水排放。

1.5.3 無廢渣排放

每批次液態發酵出罐液料通過離心機分離，濾渣進入干燥設備干燥粉碎后就是粗蛋白飼料，無廢渣排放。

1.5.4 無廢汽排放

每批次液態發酵和生產所用的鍋爐蒸汽排出的余汽，進入循環供熱干燥設備內，供熱干燥利用，無廢汽排放。

1.5.5 無毒副作用

系列制品無耐抗、無殘留和無毒副作用，是綠色環保型生產技術工藝。

1.6 功能性多糖生產質量

1.6.1 醫藥級功能性多糖質量

醫藥級功能性多糖，基本無致害重金屬和致病菌，純度99%以上，為無色、透明晶體或者白色粉狀。

1.6.2 食品級功能性多糖質量

食品級功能性多糖，基本無致害重金屬和致病菌，純度80%~90%，有棕色、淡棕色、微棕紅色和淺灰色粉狀等。

1.6.3 飼料級功能性多糖質量

飼料級功能性多糖，基本無致害重金屬和致病菌，純度70%~80%，有棕紅色、棕黃色粉狀等。

1.7 功能性多糖的生產技術定位

1.7.1 單一功能性多糖

我國市場功能性多糖都是單一品種，凡是單一品種的功能性多糖是選用1株菌種，發酵產一種功能糖，或用2~3株菌種發酵產一種功能糖，統稱為單一功能糖產品。一般的發酵產一種功能性多糖的制品，適用于醫藥原料、食品添加劑和農藥原料。雖然產品市場附加值高，但是，發酵后處理工藝復雜、設備投資大、生產成本高且產品回收率低，市場需求量不確定，市場營銷壓力大。

1.7.2 飼料級復合功能性多糖

根據功能性多糖的功效與作用，甄選3~5株菌種或5~8株菌種發酵，產3~5種或5~8種功能性多糖，統稱為復合功能性多糖，這種復合功能性多糖適合飼料級抗生素替代品的用途，我國市場處于空白狀態。由于復合功能性多糖成分多、功效多和互補性強，其功效性與作用得在實踐中體現。因此，飼料級復合功能性多糖市場附加值不亞于醫藥級抗生素。

1.7.3 混菌發酵

我國科研院所和高等院校相關專業，針對混菌發酵技術論文和理論基礎相對空白。國內許多重點醫藥生產企業相關混菌發酵產品市場極少。廢糖蜜生產飼料級復合功能性多糖是混菌發酵制品，生產技術的定位決定了產品市場、生產科技、企業技術隊伍、市場發展和企業發展的定位。

2 飼料級復合功能性多糖

2.1 飼料抗生素市場發展形勢

我國飼料級抗生素市場年需求量突破10萬噸以上，在2020年飼料行業全面“禁抗”的政策得到落實執行后，中草藥制成的飼料級抗生素年生產量不足10%的允許繼續生產銷售外，90%的飼料級抗生素有耐抗、有殘留和有毒副作用將被嚴禁生產上市。因此，我國無耐抗、無殘留和無毒副作用的飼料級抗生素市場空前緊缺。無毒副作用的飼料級抗生素進入“后抗生素時代”。

甘蔗廢糖蜜是微生物發酵碳源的原料，根據甘蔗廢糖蜜所含成分和質量，可以生產醫藥原料、食品添加劑、化工產品、工業原料和農藥制品等。特別是生產無毒副作用的飼料級復合功能性多糖替代抗生素的市場看好。

2.2 飼料級復合功能性多糖適用性

飼料級復合功能性多糖應用在飼料添加劑即預混料上，功能性多糖純化度70%以上，其中有蛋白質、小肽、氨基酸、酶制劑、維生素、雜多糖、微量元素、生物素以及其它有效成分占比20%~30%。作為飼用抗生素替代品，這些有機成分未被處理，具有多種功效性、互補性、綜合性和適用性。

2.3 畜禽水產動物疾病防治問題

目前，我國養殖生產面臨的一個主要問題，畜禽水產動物疾病沒有得到有效的預防和控制，以致不能最大限度地發揮動物品種和飼料的生產潛力。據統計，我國畜禽的死亡率在8%~20%，遠遠高于世界平均水平。其中細菌及病毒性疾病是危害養殖業的大敵。近年來流行的豬、雞的免疫抑制性病毒感染使得這一問題更加復雜化。以養豬生產為例，豬繁殖與呼吸道綜合癥PRRS病毒，豬Ⅱ型圓環病毒等免疫抑制性病毒感染，導致的斷奶后多系統衰竭綜合癥，使得繼發性的感染此起彼伏。禽業馬立克MD、傳染性法氏囊IBD和雞傳染性貧血CIA等免疫抑制性病毒的普遍感染，已成為影響養雞生產的重要疾病。對于免疫抑制性病毒病，如何選擇合適的藥物治療一直是令養殖業者頭疼的問題。飼料級復合功能性多糖是一種新型綠色飼料級添加劑，其功能與作用是抗生素替代品。功能性多糖耐溫優勝于酶制劑。飼料級復合功能性多糖是“后抗生素時代”飼料抗生素替代品。

2.4 種類和作用

2.4.1 飼料級復合功能性多糖種類

飼料級功能性多糖含有核糖、半乳糖、低聚半乳糖、低聚葡萄糖、低聚糖、胞外多糖、海藻糖和糖苷等。

2.4.2 防病治病的作用

在畜禽水產動物體內消化代謝的途徑，飼料級功能性多糖有改善動物消化道菌群結構、提高機體免疫力、促進消化道發育和增強動物消化吸收能力四個方面的作用，在家禽、豬、反芻動物和水產生產中的應用效果顯著，為精粗飼料添加復合功能性多糖的未來提供了發展方向，根據飼料級復合功能性多糖的功效特性，具有抗菌、抗病毒、抗炎癥、抗癌和抗腫瘤的功效，對畜禽水產動物呼吸道疾病、消化道疾病和腸道傳染性疾病有防治作用，對飼料營養轉化、提高料肉比和料蛋比效果顯著。我國已有許多專家應用實驗對比記錄的報道，取得可喜的進展。飼料級復合功能性多糖在國內市場應用是空白的，需要更多的應用、試驗、對比和驗證與科學的鑒定。

2.4.3 飼料添加劑的作用

第一，降解重金屬、氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫和藥物殘留等有毒物質，減少其對養殖動物的毒害。

第二，強力誘食，增加食欲，補充魚必須的營養物質，促進魚健康生長。

第三，增強機體的抗病力和免疫力，提高飼料利用率。

第四，預防應激，提高免疫力，增強對臺風、暴雨、氣溫驟變、轉池和運輸等環境脅迫時的抗應激能力。

第五，保護肝臟，促進營養轉化率。減少體內病原菌，減輕肝臟負擔，增強肝臟營養代謝功能。

第六，功能性多糖具有增強動物免疫力、降低疾病死亡率和促進生長等作用。

2.5 飼料級復合功能性多糖的市場情況

2.5.1 部分功能性多糖市場價格動態信息

部分功能性多糖市場價格動態信息表，如表1所示。

表1 部分功能性多糖市場價格動態信息表

2.5.2 飼料級復合功能性多糖市場預算定價

保守預算銷售定價3萬元/噸，銷售定價空間很大。

2.5.3 飼料級復合功能性多糖差異化優勢

每一種糖為單一品種的產品，將多個單一品種生產菌種混合發酵，即是飼料級復合功能性多糖，適用于飼料抗生素替代品。飼料級復合功能性多糖功效與作用互補性強，比單一品種功能糖的功效提高一倍以上，飼料級復合功能性多糖市場附加值也提高一倍以上。

3 菇蕈菌多糖

3.1 菇蕈菌多糖種類

菇蕈菌多糖包含有香菇多糖、靈芝多糖、松茸菌多糖、羊肚菌多糖、牛肝菌多糖和蛹蟲草菌多糖等。

3.2 菇蕈菌多糖的功效與前景

菇蕈菌多糖具有預防疾病、抗菌、抗病毒、消炎、抗癌、抗氧化、抗自由基、益腎和護肝等多種功效。

應用在醫藥、食品、農藥、獸藥和飼料抗生素等多種領域，我國動物養殖應用研究剛起步。菇蕈菌多糖是飼料級“后抗生素時代”替代品，市場應用前景廣闊。

4 其它多種功能糖

4.1 其它多種功能糖種類

其它功能多糖包含有酵母多糖、雙歧桿菌多糖、乳酸菌多糖、真菌多糖和菌絲多糖等。

4.2 飼料級微生態制劑的作用

其它功能性多糖具有防治腹瀉的作用，動物腹瀉時腸道菌群會發生紊亂，雙歧桿菌的數量明顯下降，并且還會使腸道內失去厭氧菌的屏障和拮抗作用，利于外襲病原的侵襲。無論是急性或慢性腹瀉，還是病毒性或細菌性腹瀉，都會使存在于腸道中的有益厭氧菌群明顯減少，腸道菌群嚴重失衡。微生態制劑功能性多糖采用雙歧桿菌、多糖的乳酸桿菌和酵母多糖等微生態調節劑療法，可迅速提高腸道厭氧菌數量，促進腹瀉治愈。

4.3 綜合作用

第一，抑制腸道有害菌，促進有益菌的繁殖。飼喂后，糞便中大腸桿菌等有害菌的數量減少至原來的5%~15%，雙歧桿菌等有益菌的數量增長8~10倍。海參、蝦蟹等育苗和保苗過程潑水外用，可明顯促進苗種開胃、攝食。

第二，保護動物肝臟，促進機體生長。飼喂后，腸道內毒素含量減少47.5%~73%，從而降低了肝臟的解毒負擔，動物的增重可提高15%~20%。

第三，增強免疫，提高免疫力。畜禽水產動物飼喂后，能增加機體免疫細胞的數量并提高其免疫活性。

第四，減少糞便臭味，減少氨氣和磷元素的排放，改善水環境。

第五，調節動物腸道微生態平衡、有益菌代謝產生的未知促生長因子，加快生長速度，提高產量。

第六，提高飼料報酬。多種維生素與有益菌的配伍，提高腸道消化體系，使飼料得以徹底分解和充分吸收，可大幅節省飼料，提高料肉比和料蛋比。

5 結束語

“十四五”發展規劃，從國家層面，到省、市、縣各級政府都高度重視制糖行業發展，加大資金投入，組織技術攻關，延長制糖行業產業鏈，實現產品多元化，增加產品附加值，提高企業市場競爭力，把制糖企業做強做大。其中在廢蜜深加工方面，可生產醫藥原料、食品添加劑和化妝品原料等多種產品，產品技術含量高，市場廣闊，將是制糖企業“第二次創業”創新的優選項目。