1. 研究目的与意义
研究葡萄糖酸钠在各个行业上的用途，让人类生活更加方便快捷。研究成果对各行各业来说有一定的指导意义，也可以对以后葡萄糖酸钠项目投资做预测。
1.用作钢铁表面清洗剂： 钢铁表面如需要镀钵、镀铬、镀锡、镀镍以适应特殊用途时，如制造马口铁，镀锌板，表面镀铬（电度）等，其钢坯表面均需经过严格清洗，使镀层物与钢铁表面牢固结合，这时候其清洗药剂中添加葡萄糖酸钠将会达到十分理想的效果。这一点已经被国际上制造马口铁的大公司所证实。2.用作水泥掺合剂： 水泥中添加一定数量葡萄糖酸钠后，可增加混凝土的可塑性和强度，且有阻滞作用，即推迟混凝土的最初与最终凝固时期，例如添加0.15%的葡萄糖酸钠,可将 混凝土的初凝 固时间延长10倍以上,也就是将混凝土的可塑时间从几小时延长至几天,而不影响其牢 度。可塑性与延缓最初凝固时间在混凝土作业中是非常重要的问题，如在高温度季节施工及大型的工程作业中，延缓最初凝固时间则是个难题，葡萄糖酸钠可圆满解 决这个问题。另外高温时胶接油井是比较困难的，添加了葡萄糖酸钠后的混凝土在170℃高温下，在几个小时内可塑，因此也能圆满解决上述问题。因此葡萄糖酸 钠作为水泥掺合剂在国外已大量应用于重要的建筑工程，如中东的大量桥梁工程中。但是我们国内在这方面应用也还未推广应用，据说有在造纸废水中提炼纤维素磺 酸钠，其效果与葡萄糖酸钠根本是不可相提并论的。3.还可在电镀，胶卷制造工业中应用。 作为一种多羟基羧酸型优良的缓蚀阻垢剂葡萄糖酸钠，由于具有上述诸多特异性质，如能在应用技术上肯下功夫，必将会被开发成一个很大的产业。4.葡萄糖酸钠在建筑工业中的应用 混凝土是一种组合物料，由水泥、集料、掺合剂和水制成。混凝土是所有人工制造的物料中最大量的。混凝土中四分之三是集料，然而在混凝土中最具活性的成分是 水泥浆。混凝土的性质和性能主要决定于水泥浆的性质。混凝土中的掺合剂能提供一些有益的作用如加速凝固，延缓凝固，使空气成气泡状存在，减少用水量和增加 塑性等等。通常在水泥中同时使用数种掺合剂，各种不同的掺合剂在一些应用中能互相强化。葡萄糖酸钠可以作为掺合剂用在混凝土中，它在混凝土中的功能如下： 减水剂 和 缓凝剂葡萄糖酸钠一般是单独使用，但是也可以与其它缓凝剂如碳水化合物和磷酸盐配合起来使用。葡萄糖酸钠是一种结晶的粉末。是在妥善规定和控制的条件下生产出来的。此化合物是化学纯的并且无腐蚀性。质量是恒定的。这些特点能保证它在应用中有可靠的和重复性的结果。5.葡萄糖酸钠作为减水剂 通过加入减水剂，水对水泥比（W/C）能够减小。 通过加入葡萄糖酸钠能够获得如下的效果： 1、 增进工作性 在水对水泥比（W/C）不变的情况下，加入葡萄糖酸钠能增进工作性。这时，葡萄糖酸钠是起增塑剂的作用。在葡萄糖酸钠加量在0.1%以下时，其改进工作性 的程度与加入量成正比。 2、 增进强度 当水泥含量保持不变而混凝土中的水含量可降低（即W/C降低）。当葡萄糖酸钠的加入量为0.1%时，加水量可减少10%。 3、 降低水泥含量 水和水泥含量以同比例降低，W/C比保持不变。此时，葡萄糖酸钠作为水泥减量剂。 一般情况下，下列两方面对混凝土的性能说很为重要：收缩和产生热量。6.葡萄糖酸钠作为缓凝剂 葡萄糖酸钠能够显著延缓混凝土的起始的和终了的凝固时间。在用量为0.15%以下时，起始凝固时间的对数与配加量成正比例关系，即配加量加一倍，起始凝固 的时间延迟到十倍，这就使能工作的时间从很少几个小时延长到几天而无损于强度。 特别是在热天和需要放置的时间较长时，这是一项重要的优点。7.用作玻璃瓶专用清洗剂： 饮料工业，食品工业，酿造工业的日数以亿万计的玻璃瓶，如汽水瓶，啤酒瓶，牛奶瓶，罐头瓶，酱油瓶，酒瓶等，其清洗工作是一项十分重要的事情，清洗剂的药 剂配方是一项难度较高的技术工作。目前国内尚未出现一种比较理想的药剂。主要存在问题有：去垢力不强，易堵塞洗瓶机的喷咀及管路；对瓶贴及瓶颈铁锈去染力 不理想；洗后微量残留物对食用安全性不理想（如磷酸盐残留）；洗涤水排放成公害（不能符合国家规定之标准）。如在其玻璃瓶清洗剂的药剂配方中改用葡萄糖酸 钠为主体，则上述问题均能迎刃而解。（八十年代已在上海汽水厂，上海啤酒厂做大型试验，有鉴定证明）这方面的应用国内尚未开发，若形成市场，潜力很大。8.用作水质稳定剂： 由于葡萄糖酸钠具有优异的缓蚀阻垢作用，所以被广泛用于水质稳定剂，例如作为石油化工企业循环冷却水系统，低压锅炉，内燃机冷却水系统等处理药剂。因为它 有以下特异优点： ⑴具有明显的协调效应。适用于钼、硅、磷、钨、亚硝酸盐等配方，由于协调效应影响，缓蚀效果大大提高。 ⑵缓蚀率随温度升高而增加。一般缓蚀剂随着温度升高而缓蚀率下降，甚至完全失去作用。但葡萄糖酸钠恰恰相反，缓蚀率在一定范围内随温度升高而提高，例如对 炭钢等材质的试验中，温度从77℃F于上升到120℃F，其缓冲率平均提高5%以上。所以葡萄糖酸钠这种奇异的特性，对较高温度的体系或从低温到高温的变 温体系 ，作缓蚀剂使用 是十分理想。 ⑶阻垢能力强：对钙，镁，铁盐具有很强的络合能力，所以阻垢能力很强，特别对Fe3 有极好的螯合作用，甚至在全PH范围内部有作用。 ⑷灭公害。使用葡萄糖酸钠作为循环冷却水缓蚀阻垢剂，达到灭公害，这是目前所使用的其他缓蚀阻垢剂无法比拟的优点。9.用于医药方面： 调节人体内酸碱平衡，以恢复神经正常作用，亦可基于同样目的， 用于食品添加剂。
2. 国内外研究现状分析
目前葡萄样酸钠已经被开发的方面有酸碱平衡剂、水质稳定剂、表面清洗剂、水泥掺和剂、食品添加剂等等，对于生产葡萄糖酸钠也有具体的方法和体系，目前葡萄糖酸钠的生产方法主要有生物发酵法、均相化学氧化法、电解氧化法以及多相催化氧化法等。
近日，国内专业市场研究机构西美信息发布了全新的《中国葡萄糖酸钠行业市场研究报告》，葡萄糖酸钠作为一个新兴行业，市场需求大，欧盟新近出台关于中国葡萄糖酸钠行业出口的反倾销制裁，中国两家企业配合调查，其中山东凯盛仍获MET，税率为5.6%；青岛科海仍获IT，税率由初裁的27.3%略微下调为27.1%；其他企业税率为由初裁的53.4%略微下调为53.2%。欧盟于2009年8月11日对我上述产品发起反倾销调查， 2010年5月4日初裁实施临时反倾销措施，影响我对欧出口约588万美元。报告重点阐述了欧盟及国内相关政策对中国葡萄糖酸钠行业的影响。 报告显示，葡萄糖酸钠价格最近几年一直比较稳定，主要受原材料玉米淀粉及蔗糖价格的影响；蔗糖是葡萄糖的竞争性替代产品，蔗糖的价格波动对于以采购葡萄糖为生产原材料的葡萄糖酸钠生产企业会有严重的冲击；今年玉米和蔗糖价格涨势明显，从而最近几个月拉高了萄糖酸钠出厂价，另外由于葡萄糖酸钠主要应用于水泥外加剂，所以葡萄糖酸钠价格也有明显的季节性，在消费旺季的夏天比其他季节要高一些。八月份报价平均在每吨RMB5000-5200之间。 本报告对中国葡萄糖酸钠行业最近两年发生的巨大变革以及最新欧盟反倾销仲裁对中国葡萄糖酸钠产业的影响进行了全面的论述和分析，报告指出：欧盟针对中国葡萄糖酸钠产业反倾销仲裁措施将会在未来几年提高国内葡萄糖酸钠生产企业进入欧盟市场的门槛。 在对中国葡萄糖酸钠行业未来投资机会中报告指出： 首先，为了降低经营风险和提高企业竞争力，建议未来其中一个投资方向是建立完整的葡萄糖酸钠产业链，形成玉米加工到葡萄糖酸钠加工一条龙生产，从而形成规模效益，最大化的降低生产成本和增加投资收益。由于河北，山东，吉林等玉米主产区具有非常丰富的玉米资源，所以建议投资者在这些地区兴建葡萄糖酸钠生产线，以便最大限度的利用当地丰富的玉米资源。 其次，投资者应积极主动的开拓葡萄糖酸钠海外业务；中国作为全球最大的葡萄糖酸钠供应国，凭借其整体价格优势必将吸引更多的海外客户。所以为了降低运输成本，建议投资选择北方沿海地区特别是靠近港口的城市兴办葡萄糖酸钠企业。 西美信息研究员谢淼波表示：中国葡萄糖酸钠行业在中国发展将近三十年的时间，现在已经步入快速发展期，从2003至2009中国葡萄糖酸钠行业产量保持了33.14%复合增长率，现在中国已经成为全球最重要的的葡萄糖酸钠生产国和出口国。2010年中国中国葡萄糖酸钠总产能在57万吨左右。中国目前有超过四十家葡萄糖酸钠生产企业，大部分分布在玉米主产区，山东西王生化科技有限公司是国内最大的葡萄糖酸钠生产企业，设计产能在20万吨以上。值得注意的是截止2010年，中国葡萄糖酸钠行业没有任何外资企业参与。 世界上国外主要生产厂家有法国的罗盖特和日本的扶桑化学(01年收购美国PMP公司)，两公司均为100000吨。国内主要有浙江金商河年产30000吨（浙江工厂、济南商河工厂、天津工厂为发酵法，浙江工厂主要为化学法），河南焦作兴发30000吨，河南新乡华幸10000吨，沪赣制药10000吨，浙江原素高清10000吨，浙江金龙10000吨，浙江金田10000吨，浙江桐乡海纳10000吨，青岛科海生物有限公司年产30000吨，山东凯翔生物化工有限公司20000吨，济南华明生化有限公司20000吨，山东元明生物10000吨。 中国葡萄糖酸钠行业中，以山东西王集团为例。山东西王集团冠有中国糖都的称号，从2009年开始西王集团利用本身的发酵设备，生产葡萄糖酸钠，如今已成为全国最大的生产商，年产能达到100000吨，其产品广泛用于做建筑中水泥掺合剂、减水剂、缓凝剂等。西王葡萄糖酸钠2009年的平均售价为3813.74元/吨，而2010年1-5月的平均售价约为4200元/吨，葡萄糖酸钠在西王所生产的糖类衍生产品中，毛利率占居首位。 正是在中国经济发展迅速以致大量建筑规划发展的背景下，葡萄糖酸钠的需求十分强劲，生产葡萄糖酸钠利润可观。葡萄糖酸钠的生产技术日趋成熟，相信在未来的几年甚至是几十年里，葡萄糖酸钠将更为广泛的应用到各个生产领域。
3. 研究的基本内容与计划
了解葡萄糖酸钠的生产技术和应用。目前葡萄糖酸钠的生产方法主要有生物发酵法、均相化学氧化法、电解氧化法以及多相催化氧化法等四种方法。 （1） 生物发酵法。 该方法包括霉菌发酵和细菌发酵，另外还有固定细胞发酵工艺。目前工业化生产上普遍采用的是黑曲霉菌发酵制葡萄糖酸钠工艺。该工艺是在240-300 g/L的葡萄糖溶液中按比例加入无机盐、氮源等营养物质，灭菌，冷却至适宜温度，接种体积分数为8-10%的黑曲霉种子液，开动搅拌，通风，调整发酵液PH值维持在6.0-6.5，温度保持在30-36℃，进行发酵。发酵过程中采用流加液体氢氧化钠的方法控制发酵液PH在6.0-6.5,通过循环水控制发酵温度在30-36℃。发酵过程中根据需要添加消泡剂，以消除发酵过程中所产生的泡沫。整个发酵过程约需25-35 h，当残糖降至1g／L时发酵结束。 菌体与发酵液分离后，发酵液经真空浓缩、结晶后可得葡萄糖酸钠晶体，或经喷雾干燥后制得葡萄糖酸钠粉状产品。该方法具有发酵速度快、发酵过程易于控制、产品易提取、生产稳定温和、容易大工业化生产、符合目前生物发展的潮流等特点，但同时也有一定的缺陷，如产品色泽不易控制、无菌化要求程度高等。 （2） 均相化学氧化法。 结晶葡萄糖加水溶解后加入催化剂，控制一定的反应温度，滴加次氯酸钠溶液，同时滴加离子膜液碱来控制反应体系的pH值，使平衡向生成葡萄糖酸钠的方向移动。该工艺通过测定残糖量来确定反应终点。反应结束，过滤回收其中催化剂，将反应液浓缩，利用氯化钠溶解度比葡萄糖酸钠溶解度低的特性，浓缩后先析出氯化钠，后析出葡萄糖酸钠来进行提纯，可得葡萄糖酸钠含量在95%(质量分数)以上的产品。采用次氯酸钠氧化法生产葡萄糖酸钠具有转化率高，工艺过程简单，成本低的优点，但是其中间步骤多，副产物多，产物难于分离，成品含有氯化钠，使用尤其在混凝土外加剂方面应用上受到了限制。 （3） 电解氧化法。 该方法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液，再加入适宜的电解质，在一定温度、一定电流密度下恒电流电解。其工业参数的确定因加入电解质的不同而异。例如，以溴化钠为电解质时，葡萄糖浓度为23.5%(质量分数)温度控制在40℃，电流密度为1 A．dm-2，电解质浓度为2%（质量分数)，电解过程中碳酸钠可一次性加入。电解结束后电解液经浓缩、结晶，可得葡萄糖酸钠晶体。电解氧化法虽然克服了生物发酵法和均相化学氧化法的某些缺点，但在工业生产中能耗大，不易控制，因此工业化生产中很少采用。 （4） 多相催化氧化法。 配制一定量的葡萄糖溶液加入反应罐中，称取适量催化剂加入，恒温。向溶液中通入空气，并不断滴加一定浓度的Na0H溶液来维持一定的pH值。反应后的溶液经冷却、抽滤（催化剂回收），滤液减压蒸馏浓缩、结晶，离心干燥后得到葡萄糖酸钠晶体。该法工艺简单，反应平稳，易于控制，反应条件温和，其葡萄糖转化率在95%左右。缺点是所用催化剂在循环使用一定次数后，催化效率下降，使葡萄糖转化率降低，反应时间延长甚至基本无催化活性，催化剂必须报废更新，相应提高了单位产品催化剂耗量，也使葡萄糖酸钠产品生产成本较高。由此可见，催化剂性能的好坏是使用此法的关键。 以上葡萄糖氧化制葡萄糖酸钠的4种方法，目前在中国均有广泛研究。在工业化生产上，生物发酵法和多相催化氧化法应用较多。 其中多相催化氧化法具有工艺过程简单，反应条件温和(各种气-液-固三相混合的反应器在常压均可采用，反应温度一般控制在60℃以下)，反应时间短，三废少且易处理的特点。该技术在80-90年代发展迅速，是我国葡萄糖酸钠当时生产尤其是小工厂生产的主流。但是该技术采用稀有金属钯/碳作为主要催化剂，具有价格昂贵和催化剂循环使用后容易失活的缺点，决定了它的发展空间不可能太大。 微生物发酵法生产葡萄糖酸钠在我国发展于60年代，当时上海微生物研究所上了我国第一家微生物生产该产品技术，当时主要是作为口服葡萄糖酸钙等食品级产品生产，产量不大，以至于在随后的几十年，发酵法生产一直没有形成很大的规模。近几十年以来，尤其是进入90年代，我国机械搅拌深层通风发酵技术取得了长足的进步，同时，葡萄糖酸钠应用技术也取得了很大的突破，该产品形成了一个很大的产业，微生物发酵生产葡萄糖酸钠技术一下子成为该产品工业化生产的主流。微生物技术具有条件温和、稳定，无废水、废气产生，生产成本低，质量容易控制的优点，在近几年发展迅速，成为目前大工业化生产的主流。
4. 研究创新点
葡萄糖氧化制各葡萄糖酸钠的4种方法，目前在中国均有广泛研究。
在工业化生产上，生物发酵法和多相催化氧化法应用较多。
其中多相催化氧化法具有工艺过程简单，反应条件温和(各种气-液-固三相混合的反应器在常压均可采用，反应温度一般控制在60℃以下)，反应时间短，转化率高，三废少且易处理的特点，此法的关键是催化剂的性能及循环使用的次数。
