河北經濟日報記者 吳新光 石鵬飛 冀偉 通訊員 李衛國
肥嫩的葉片,嬌柔的花瓣,金秋時節,遍布我國大江南北的甜葉菊,迎來收獲的季節。10月10日,記者在位于河北省曲周縣的晨光生物科技集團股份有限公司(以下簡稱“晨光生物”)看到,一輛輛滿載甜葉菊的大貨車、三輪農用車魚貫而入。
這種神奇的植物葉片富含的甜菊糖苷(也稱“甜菊糖”),是一種低熱量、高甜度的天然甜味劑,被譽為“世界第三大糖源”。晨光生物科研人員徐美利博士帶領團隊,首創甜葉菊短鏈醇混合溶液同步提取甜菊糖苷和綠原酸、異綠原酸關鍵技術,打破了國外企業的技術壟斷,使我國甜菊糖苷在國際市場上實現了彎道超車。
“天選甜妹”,一朵花開分三枝
酸甜苦辣,這四個味道當中,“甜”是最有誘惑力的味道。隨著人們健康意識的不斷增強,人工合成的甜味劑如安賽蜜、阿斯巴甜等逐漸被打入“冷宮”,“0”糖的天然甜味劑被廣泛應用于食品、飲料、藥品等產品的生產當中。
晨光生物科研人員徐美利博士(左四)與團隊成員在討論技術問題。河北經濟日報記者 吳新光 攝
據了解,甜菊糖苷的甜度是蔗糖的200~300倍,熱量卻只有蔗糖的1/300,因其高甜度、低熱量、純天然的特點而被稱為“天選甜妹”。
2013年,看好甜菊糖苷的發展前景,晨光生物建成了一條年產量上千噸的甜菊糖苷生產線。但是,由于生產線采用的是傳統的甜菊糖苷水提工藝,生產弊端開始逐漸顯現為了去除提取液中的雜質,在甜菊糖苷生產過程中,加工一噸原料需要消耗160公斤硫酸亞鐵和60公斤氫氧化鈣進行絮凝,另外還需要用45噸至50噸水沖洗包裹在渣泥中的甜菊糖苷等,耗水量大不說,大量的鐵、硫等成分進入廢水、廢渣中,處理起來難度很大。
2017年,由于產品透光度等指標不達標,甜菊糖苷生產“走不下去了”。
如何優化提升甜菊糖苷的提取工藝呢?這讓晨光生物科研人員徐美利陷入深深的思考。憑著專業知識和工作經驗,徐美利首先找到了其中的癥結,“水提工藝在甜菊糖苷生產過程中很容易滋生微生物堵塞吸附柱,加之樹脂吸附能力逐漸減弱,這是造成問題的主要原因。”
此外,徐美利還意識到另一個問題: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、抗炎、抗病毒能力更強。“在甜菊糖苷生產過程中,這些物質作為雜質進入渣滓或廢水里,白白扔掉,實在可惜。同時,由于在水提取過程中會發生降解等因素,異綠原酸的穩態化問題也無法解決。”
“能不能創新出一種用醇綜合提取、靶向分離技術,以替代傳統的水提取工藝?將提取的產品一個變三個,一勞永逸地解決微生物堵塞吸附柱問題,還能節省資源。”一個大膽的想法在徐美利腦海中閃現。
綠色提取,提一得三世界首創
2018年春節前,一次集團公司項目研發調度會上,晨光生物董事長盧慶國讓徐美利闡述這項技術的可行性,然后大家討論、論證。
“必須改,在技術上我們不能老跟在人家后頭跑,要想實現彎道超車就必須創新。”盧慶國非常支持研發人員的創新精神。
盧慶國此刻想得更為長遠——這個項目要是成功了,可以提一得三,把植物中有效成分一塊提取出來,然后再一個個分離出來,成本更低、效率更高。這為國內外植物提取行業打開了一個全新的思路,影響深遠,意義重大。
晨光生物科研人員徐美利博士(右)在生產現場解決技術難題。李衛國 攝
于是,一項有別于傳統甜菊糖苷提取理論和工藝的試驗開始了。
根據甜菊葉所含物質成分、性質,徐美利研發團隊制定了一條工藝、成本可控的最優路線,隨后便緊鑼密鼓地進行小試、中試。
振奮人心的消息傳來:小試結果表明,用醇溶劑綜合提取甜菊糖苷有效成分基本不損失,提取率能達到98%以上。
然而到了中試階段,由于水和溶劑不能像試驗室小試那樣分離得非常徹底,一些溶劑進入水層,造成試驗失敗。
隨后,徐美利帶領研發團隊啟動備用方案,小試、中試疊加進行,小試驗證完必要的參數后就開始中試。“第一條工藝路線是用樹脂把提取液中的異綠原酸等拿走,現在換成一種極性更大的溶劑直接把異綠原酸等物質溶在里邊。”徐美利說,提取、濃縮、萃取等十幾道工序幾乎每一步都需要反復論證、實驗求證。
“難點是綠原酸、異綠原酸與甜菊糖苷的分離。”徐美利坦稱,綠原酸、異綠原酸與甜菊糖苷的分離就是兩種分離方式,一種是在萃取車間用溶劑分離,具體是什么溶劑,得經過大量篩選;一種是在精制車間,進行水溶綠原酸分離,用的是樹脂分離法,具體什么樹脂也需經過大量篩選。
研發雖很煎熬,但成功帶來的卻是喜悅。經過四年多時間的刻苦攻關,2022年8月,徐美利研發團隊成功完成了項目小試、中試、放大中試、生產轉化,全球首創綠色高效綜合提取甜菊糖苷新技術。
盧慶國表示,此項技術使得甜菊糖苷提取率大幅上升,同時生產成本降低,加工一噸原料節省硫酸亞鐵160公斤、氫氧化鈣60公斤,水資源節省一半以上,有效解決了甜菊糖苷生產消耗高、污染嚴重問題,同時還多產出綠原酸和異綠原酸兩個新產品,使我國一躍成為甜菊糖苷的生產大國和出口大國。
徐美利主導完成的“甜葉菊綠色高效加工關鍵技術創新及產業技術”,被農業農村部評為2023年10項農業農村重大新技術之一。
駛向“藍海”,提取“大王”建起智慧工廠
2024年6月,晨光生物甜菊糖事業部MES(制造執行)系統正式運行。
記者看到,改造后的甜菊糖苷生產線,投料、萃取、濃縮、分離,再到吸附、解析、脫鹽脫色……一整條數字化生產線自動運轉。萃取車間、精制車間,3000余平方米的車間內,映入眼簾的只有大型的萃取、精制設備,基本沒有工人。
晨光生物科研人員徐美利博士在進行科研試驗。河北經濟日報記者 吳新光 攝
晨光生物甜菊糖事業部經理侯麗娟介紹,隨著近兩年甜菊糖苷生產線不斷升級優化,特別是自動化、信息化、數字化水平的不斷提高,生產參數得到精準把控,產品質量風險大幅降低,甜菊糖苷提取率由原來的不到80%提升到現在的95%以上,產能也由過去的每天3.5噸提升到現在的7噸。
“徐美利研發團隊為我國植物提取行業闖出了一片‘藍海’。”業內人士認為,在植物提取產業和技術上,我國長期以來一直跟著西方走,甜葉菊綠色高效綜合提取技術的突破,是一次成功實踐,為綠原酸和異綠原酸開發應用提供了廣闊的前景。
“公司制定了綠原酸和異綠原酸產品的開發思路,我們正在驗證其生理功效,開發功能性保健食品、藥品,目前正在謀劃新食品原料的申報。”徐美利告訴記者。
“晨光生物依靠自主創新,攻克了一大批關鍵核心技術,掌握全部主流技術路線,研發了上百種產品的提取工藝。我們有自己的核心技術,還有自己的生產設備制造工廠,這是晨光生物發展的底氣。”盧慶國信心滿滿。