β-胡萝卜素生产与市场

秦伟程

(中石化南京化工厂210038)

摘要

简要介绍了β-胡萝卜素的合成技术、生产现状、应用与市场。认为国内开发生产β-胡萝卜素具有较好的前景。针对我国生产与消费状况,建议我国生产企业加快技术进步,重视国内市场的开发;加强β-胡萝卜素制剂,复配和营养保健品的生产。

关健词 β-胡萝卜素合成技术生产应用市场

β-胡萝卜素是维生素A前体,广泛存在于植物、藻类和真菌中,动物和人体不能合成β-胡萝卜素,是联合国粮农组织和世界卫生组织联合专家委员会认定的A类优秀的营养性食品添加剂。目前世界上已有52个国家和地区批准使用,我国也批准使用,并被我国国家药品监督管理局公布为第一批非处方药物。β-胡萝卜素作为维生素A的前体,起到维生素A的作用;作为抗氧化剂,能起到消除有毒的氧游离基作用;提高免疫力,减轻致癌病变;预防缺血性心脏病,预防皮肤斑点变性,预防恶性肿瘤的病变。目前世界市场供应严重不足,市场紧俏,价格高昂。

一、合成技术

目前可以工业化或具有发展前景的β-胡萝卜素制备方法主要有三条路线:

1.化学合成法

化学合成法是最早生产方法,由三分子的乙酸辅酶A缩合成3一甲基一3,5一二羟基戊酸,在酶的作用下磷酸化形成焦磷酸醋,脱梭后形成异戊二烯焦磷酸,缩合为牛儿焦磷酸,再缩合成为拢牛儿焦磷酸(GGPP),二分子GGPP缩合成八氢番茄红素,经脱氢、环化得到β-胡萝卜素。合成技术难度较大,该技术首先由瑞士罗氏公司开发并工业化生产,尔后德国BASF公司也采用合成法建有规模化的β-胡萝卜素装置。

2.盐藻提取法

通过大面积培养盐生杜氏藻可以提取β-胡萝卜素,目前我国最大的湖盐场一内蒙古吉蓝泰盐场,就利用地理优势,大面积种植盐藻,并提取β-胡萝卜素,该地区是目前我国天然β-胡萝卜素生产基地之一。该法受外界环境影响特别大,要有盐湖场,还需要是极其干旱地区才能养殖盐藻。

3.生物发酵法

以淀粉为碳源培养三抱布拉霉菌,进行发酵生物法合成β-胡萝卜素,生物发酵法选择性高、不受环境影响、并且产量高、无污染,是最具发展前景的β-胡萝卜素制备路线。20世纪80年代至90年代关于生物发酵法制备β-胡萝卜素的专利多达数百篇,形成研究与开发热潮,但是采用此法进行规模化工业化的还比较少,在多个环节上还有待完善。国内多家科研机构开发出生物发酵法,并进行过试生产,目前技术攻关集中在高效菌种的筛选上。

二、生产现状

β-胡萝卜自本世纪初发现以来,逐步受到人们重视,五十年代瑞士罗氏公司申请工业化生产专利,六十年代申请微生物生产专利。八十年代末期以来β-胡萝卜倍受青睐,许多新的用途和生理功能被发现,瑞士的罗氏公司于1993年在美国得州弗里波特建有350t/a的生产装置;BASF公司是世界β-胡萝卜素的另一大生产企业,目前在德国路易希维港窟建年生产能力约为150t/a的装置,另外匈牙利的Darius公司,美国Natrilite公司、Marlyn公司、Solgar公司,西班牙Penestier公司,澳大利亚西方生物技术公司也有规模大小不等的β-胡萝卜素生产装置,除罗氏和BASF公司采用化学合成法外,其他多采用天然提取或生物发酵法。目前全球年产量约为600t左右。

我国β-胡萝卜素研究开发较晚,20世纪80年代中期由上海第六制药厂试制成功,生产少量β-胡萝卜素用于医药工业,尔后东北制药总厂与北京制药工业研究院合作于90年代初也成功试制出β-胡萝卜素;同时期原轻工业部制盐科学研究所承担国家“七五”科技攻关项目从盐藻中提取β-胡萝卜素也取得突破,并在内蒙古吉兰泰盐湖区建设12万m3盐藻养殖基地和β-胡萝卜提取加工车间,目前该盐场是我国较大的天然β-胡萝卜素生产地之一,年产量在0.5t/a左右;南京天舒生物工程有限公司采取天然提取技术,并与南京林业大学植物研究所合作,采用超临界二氧化碳萃取的先进设备,目前已经具备年产近千公斤的系列β-胡萝卜素能力,是我国β-胡萝卜素又一主要生产厂家,并在此基础上开发出系列化的β-胡萝卜素产品;由武汉星辰现代生物工程有限公司、武汉病毒所和江苏微生物所共同完成了“2t/a发酵法生产天然β-胡萝卜素”的项目于2001年通过鉴定,其技术在国际上处于领先地位,2001年武汉星辰现代生物工程有限公司利用该技术开始试生产天然β-胡萝卜,近年来该企业发展迅速,2003年将生产能力扩大到16比,成为国内最大的生产厂。另外国内对生物发酵技术进行大量的研究,有的取得很好效果,如上海微生物研究所研究的,采用三抱布拉霉发酵法生产β-胡萝卜素技术,菌种三抱布拉霉菌属于真菌门,毛霉目,莽霉科,为有’}生繁殖,通过60C0等诱变育种后用于发酵,专家们对提取纯化工艺进行研究,开发出”细胞破壁技术及提取结晶技术’‘的新工艺,将国外的三氯甲烷萃取、丙酮洗涤及氯仿溶解三步简化为一个萃取过程,采取自配的价廉性能好的专用萃取剂将两步结晶简化为一步结晶新技术,完善工艺,提高收率,目前已经申请国家发明专利;武汉抗菌素厂也对发酵法生产β-胡萝卜素进行技术研究,并通过鉴定;部分专家认为上述单位开发的生物发酵法合成β-胡萝卜素工艺技术成熟可行,是可以进行工业化生产的。表1是我国主要β-胡萝卜素生产厂家和生产能力。

胡萝卜素生产与市场

近年来随着我国发酵法合成β-胡萝卜素的技术日趋成熟,国内β-胡萝卜素生产能力增加很快,20世纪90年代末期国内β-胡萝卜素生产能力仅为3一4比,年产量约为2比左右,2003年国内β-胡萝卜素生产能力增加到20比,2002年产量达到11t/a,其中国内发酵法生产能力占总生产能力的90%左右。由于国内外市场供不应求,另外国内发酵法合成技术成熟和拥有丰富的盐藻资源也给我国发展β-胡萝卜素提供有利的条件,因此国内多家企业计划新建或扩建β-胡萝卜素生产装置,如内蒙古吉兰泰实业股份有限公司投资上亿元,计划建设20t的1%一8%β-胡萝卜素水分散型干粉,按含量5%计算,新增加生产能力约1t/a左右,河南天冠酒精化工集团采取发酵法,计划投资2亿元,建设6t/a的β-胡萝卜素生产装置,南京天舒生物工程有限公司也计划扩建发酵法装置,业内人士预计2005年我国β-胡萝卜素的总生产能力将接近30t/a左右。

三、应用与市场

胡萝卜素异构体有a一、β-、y一胡萝卜素3种,其中β-胡萝卜素含量在80%以上,β-胡萝卜素异构体还含有全反式、9一顺式和15一顺式3种,天然胡萝卜素为反式和顺式的混合构型,而化学合成的β-胡萝卜素全部为反式构型。这种单一结构使得产品的生物利用率较低,在人体内的吸收率仅为天然产品的10%,因此目前市场需求95%以上为天然β-胡萝卜素产品。

β-胡萝卜素作为性能优异的功能性营养强化剂,具有抗氧化、清除体内有毒氧游离基、防癌、抗衰老、防辐射、防心血管疾病、提高肌体免疫能力等功效,应用范围非常广泛,随着工业发展带来的严重环境污染和生活快节奏,使多数人身体处于亚健康状态,世界营养学专家纷纷建议人们服用维生素来阻产止体内有害因素的产生,目前在国外食品、饮料和一些保健药物里边添加维生素是非常普遍的事情,而且越来越受到消费者的认可,许多发达国家和地区的人们已经养成每天定量服用一定剂量的维生素的习惯,β-胡萝卜素与维生素E和维生素C是医学专家推荐的三大维生素品种,建议每日服用量是15~25mg,目前全球β-胡萝卜素的年需求量需求量约为1200一1500比,目前全球产量约为600比,年销售额为2亿一2.5亿美元左右,产量远远不能满足市场需求,缺口较大,权威机构预计未来5年全球β-胡萝卜素的需求量仍将保持年均10%左右的高速度增长,因此β-胡萝卜素的生产巨头罗氏公司和BASF公司纷纷计划扩大其生产装置,以满足日益增长市场的需求。

我国β-胡萝卜素消费主要集中在食品添加剂、医药、化妆品助剂等领域,我国β-胡萝卜素近年来的消费也逐渐从食品着色和医药工业应用扩展到营养食品和保健品中。2002年国内生产11t的β-胡萝卜素40%左右用于出口,主要出口到欧美、日本和东南亚等国家和地区,国内消费占60%,主要用于食品行业,占国内总消费量的70%;保健品占20%、医药占ro%。目前我国β-胡萝卜素市场正在不断拓展,国内开发生产β-胡萝卜素非常具有前景,其主要依据如下:

第一：

国内市场潜力巨大,以前由于宣传力度不够,加上国内保健品规范无序列竞争,我国消费者对此认识不全面,因此国内β-胡萝卜素市场尚没有完全打开,但是我国人口众多,随着生活水平提高和今年突如其来的非典带给国人一些观念的转变,而且科学证实β-胡萝卜素具有防止或延缓癌症或心脏病等疾病的发生,将会越来越得到重视。据业内专业人士预测我国β-胡萝卜素的潜在市场约在50-60t/a之间,即使到2005年国内总生产能力也不足30t/a,缺口较大,随着国内食品添加剂和保健品工业的迅速发展,国内市场将逐渐启动,将为我国大力发展β-胡萝卜素提供良好空间与市场。

第二：

国际市场持续走俏,目前全球β-胡萝卜素的产需缺口较大,加上国内部分主要生产企业是采用化学合成法生产,然而随着毒理学和分析技术的不断发展,大量研究表明,尽管化学法合成的β-胡萝卜素纯度相对较高,生产成本低,但它的缺点是β-胡萝卜素合成技术复杂,步骤繁多,在合成产品,容易掺入少量有毒化学物质,有致染色体突变作用,而且与天然β-胡萝卜素相比吸收效果太差,而天然β-胡萝卜素具有抗癌防癌效果,不存在致癌物质,随着认识的不断提高,天然β-胡萝卜素将在未来市场中占据主动地位,因此国外一些规模较大的化学法合成β-胡萝卜素不具备竞争力,面临淘汰。因此我国β-胡萝卜素出口前景非常看好。

第三：

国内天然β-胡萝卜素发酵法生产技术成熟,经过多年攻关,目前我国发酵法合成天然β-胡萝卜素技术日趋成熟,国内有近十家科研单位拥有发酵法合成β-胡萝卜素技术,而且这些技术多数已达到国际先进水平,而且许多科研单位仍在不断研究与完善生物发酵法合成技术,国内近年来有大量关于生物发酵法合成β-胡萝卜素技术的文献报道和专利报道,为我国建设规模化生物发酵法合成β-胡萝卜素提供可靠的技术保证。

第四：

我国β-胡萝卜素天然提取原料丰富,我国西部的盐湖较多,为我国采用盐藻提取天然β-胡萝卜素提供原料保障,而且天然β-胡萝卜素在国际市场上价格要远远高于合成产品,β-胡萝卜素属于国家食品行业管理部门鼓励发展建设项目,国内在资金和税收等方面都将给予较大的优惠政策,将极大刺激和促进我国蓝藻提取制备β-胡萝卜素工业的发展。

基于上述依据国内外β-胡萝卜素的市场潜力巨大,发展前景看好,针对我国生产与消费状况,对我国β-胡萝卜素工业提出以下简要的建议:我国现有生产企业要加快技术进步与完善,首先要加强国内外市场的开拓,在加快出口的前提下,不要忽视国内巨大市场的开发,加强宣传力度;其次要加强其他小吨位维生素的开发与建设工作,做到产品系列化,形成以生产β-胡萝卜素为龙头,并具有小吨位亚待开发的多种维生素生产能力的精细化工集团,这样可以增加装置生产能力,规避投资风险;最后由于β-胡萝卜素是一种直接面向广大消费者的精细化学品,在生产出高质量β-胡萝卜素同时,特别要加大各种方式β-胡萝卜素的制剂、复配和营养保健品的生产工作,将产品真正走向市场、走向广大消费者。