背景及概述[1][2]
玉米淀粉是以玉米为原料生产的一种淀粉,其生产方法是:玉米除杂、玉米浸泡、玉米粗碎、胚芽分离、玉米磨碎、淀粉筛分、蛋白质分离和淀粉清洗、离心分离和干燥后得到玉米淀粉。玉米淀粉在生产中得到如下副产品:(1)玉米浆:用二氧化硫溶液逆流浸泡玉米,最后泵出浸泡水含干物质6~7%,可以采用三效真空蒸发,将它浓缩到含干物质50%的浓液,称为玉米浆,玉米浆化学成分如下:水分48~50%、还原糖5.5-6.0%、含氨量3.6-4.4%、无机物10-12%、氨氮0.9-1.1%、乳酸9-12%;(2)玉米胚芽;(3)蛋白质水;(4)渣子。玉米浆是生产玉米淀粉的副产物,通常与回收的玉米蛋白质和粗、细渣混合后,作为动物饲料,亦可作为作为抗菌素营养料和制造菲门和肌醇的原料。
玉米浆是玉米浸泡水的浓缩物,玉米浸泡水是玉米湿法加工淀粉过程中产生的废水,是一种酸性高浓度有机废水,废水的pH值为3.5左右,我国每年玉米淀粉产量达2600万吨,产生玉米浸泡水2080万吨,现在国内普遍采用的处理方法是将玉米浸泡水浓缩成玉米浆,将玉米浆作为生物发酵的培养基使用。
玉米浆的特性为:容易发酵变质、不易运输储存、吸湿性强、难于固化。
玉米浆主要营养成分包括蛋白质、氨基酸、还原糖、维生素、乳酸等,固化后的玉米浆的粗蛋白含量为50%左右,可作为高蛋白饲料使用。
理化性质及结构[1]
玉米浆的组成为:水50~60%;干物质40~50%:粗蛋白质45%,还原糖10%,维生素2%,乳酸18%,钾4%,植酸2%,亚硫酸盐0.6%。玉米浆主要营养成分包括蛋白质、氨基酸、还原糖、维生素、乳酸等。玉米浆有毒、抗营养因子包括:过量的钾、植酸、亚硫酸盐、曲霉毒素等。过量的钾会损害畜禽的消化系统,导致畜禽腹泻甚至中毒死亡;植酸是一种有机磷酸类化合物,影响畜禽对食物源中微量元素的利用度,阻碍内源性微量元素的再吸收,降低畜禽对蛋白质的消化率;亚硫酸盐破坏畜禽体内维生素B1辅酶,致使畜禽机体代谢紊乱,产生代谢不完全的有毒物,畜禽长期摄入亚硫酸盐,可造成维生素A、D和E的缺乏症,影响动物的生长、泌乳及繁殖等;玉米浆中的曲霉毒素可导致动物中毒甚至死亡。去除有毒、抗营养因子的固化玉米浆,粗蛋白质含量达到45~60%,可替代豆粕;去除有毒、抗营养因子、添加载体的固化玉米浆,粗蛋白质含量达到28%以上,可替代DDGS。
玉米浆
应用[3]
1.从玉米浆液中提取蛋白和菲汀
取干物含量为5%,pH值4.5的玉米浆为原料,向打入储罐中的玉米浆中加入酸性内切蛋白酶(无锡杰能科生物工程有限公司,酸性蛋白酶GC106),并按以下酶解条件酶解:温度35℃,pH4.5,加酶量为5u/g干物,酶解时间为18h,此时,大分子蛋白的水解程度为5%。酶解后的玉米浆通过过滤器除去浆中的较大的固体颗粒杂质后;再使用截留分子量190kDa的聚偏氟乙烯平板膜对玉米浆酶解液进行过滤,其中,该过程操作温度为25℃,pH为4.5,运行压力2Bar,时间2.5h。膜分离平均通量为55LMH。玉米浆被分为截留液和透过液两部分。膜过滤的透过液经过先加入10%的氢氧化钙溶液。其中,钙与干物质的质量比为1:40。再由10%的氢氧化钠溶液调节pH至7.1后,通过板框过滤得到粗菲汀,在经过精制、烘干、粉碎步骤得到纯度为81%的菲汀成品,收率为92%。板框滤过液经过调酸后浓缩用于纤维饲料喷浆。膜分离的截留液经过渗滤、干燥等步骤制得干基蛋白含量45%的蛋白产品。
2.玉米浆制备生物复合液体肥料
在200r/min的搅拌转速下,向玉米浆中加入饱和石灰水,直至玉米浆pH值达到9,过滤,除去硫酸钙和过量的氢氧化钙。
取过滤后的玉米浆,在65℃条件下,按45000U/g(按照玉米浆中的蛋白质含量计算)加入碱性蛋白酶,恒温酶解3h。然后用5mol/L的盐酸调节酶解液的pH至7,酶解液温度为60℃时,按15000U/g(按照玉米浆中的蛋白质含量计算)加入木瓜蛋白酶,恒温酶解4h。在此条件下玉米浆的蛋白水解率约为42.67%。
在玉米浆酶解液中依次加入3%的过磷酸钙、1.5%的氯化钾、1.5%的磷酸氢二钾,0.05%钼酸铵,0.015%的硼酸,5%的尿素,混匀。
将酶解液在70℃、20MPa压力的条件下进行一次高压均质,制成玉米浆生物复合液体肥。生物复合液体肥的总养分的质量分数为32.75%。
3.替代豆粕
(一)去除玉米浆中过量的钾。常温下,取玉米浆1000g加入酒石酸30g,得到悬浮液;将悬浮液做固液分离,得到80g滤饼和950g除钾母液;将滤饼洗涤、干燥,得到酒石酸氢钾50g。
(二)去除玉米浆中的植酸。向步骤(一)得到的950g除钾母液中加入氢氧化镁固体物45g,得到悬浮液,测得悬浮液的pH为5.0;将悬浮液做固液分离,得到120g滤饼和875g除植酸母液;将滤饼洗涤、干燥,得到植酸镁92g。
(三)去除玉米浆中的亚硫酸盐、曲霉毒素。向步骤(二)得到的875g除植酸母液中加入工业用过氧化氢3ml进行氧化反应,使亚硫酸盐转化为硫酸盐,同时去除曲霉毒素。
(四)均衡玉米浆营养。向步骤(三)得到的875g除植酸母液中加入赖氨酸6g,得到营养均衡玉米浆。
(五)固化玉米浆。将营养均衡玉米浆脱水固化,得到玉米浆固体物350g,测得玉米浆固体物的粗蛋白质含量为60%,可替代豆粕。
制备[2]
将定量的玉米浆送入阴离子树脂柱吸附罐,搅拌吸附1.0小时后将玉米浆送入阳离子树脂柱吸附罐搅拌吸附1.2小时后结束,阴离子树脂柱吸附和阳离子树脂柱吸附的目的是除杂和脱色。将阴阳离子吸附后的玉米浆送入超滤膜分离器,控制玉米浆在超滤膜分离器的入口处的压强为0.59Mpa,玉米浆在出口处的压强为0.51Mpa,让玉米浆通过超滤膜滤除杂质,杂质通过设置于超滤膜分离器上的杂质出口排出。经超滤膜过滤后的玉米浆送入反渗透膜分离器,调反渗透膜分离器的玉米浆入口压强为3.9Mpa,玉米浆出口压强为3.3Mpa,使玉米浆通过反渗透膜分离器滤除杂质,得到精制玉米浆,滤除的杂质通过设置于反渗透膜。
主要参考资料
[1] 张玉芝, 李玉芳, & 张敏. (2007). 谈影响玉米浆质量的因素. 赤峰学院学报(自然科学版)(4), 91-91.
[2] 李湘丽, & 胡贵勇. (2012). 浑浊型玉米浆玉米须复合饮料的研制. 食品与机械, 28(3), 233-235.
[3] 牛春华, 丁东红, 徐文静, 姜媛媛, 李玉秋, & 王景会. (2010). 用玉米浆发酵生产类胡萝卜素红酵母的紫外诱变选育. 中国酿造, 29(1), 61-63.