玉米浸泡液的綜合利用

張 云，楚 杰，何秋霞，郭敬蘭，韓利文，劉可春

(山東省科學(xué)院生物研究所/山東省生物檢測(cè)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室/山東省生物傳感器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省科學(xué)院藥物篩選技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250014)

玉米浸泡液的綜合利用

張 云，楚 杰，何秋霞，郭敬蘭，韓利文*，劉可春*

(山東省科學(xué)院生物研究所/山東省生物檢測(cè)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室/山東省生物傳感器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省科學(xué)院藥物篩選技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250014)

概述了玉米浸泡液的開發(fā)現(xiàn)狀，綜述了玉米浸泡液的綜合利用研究進(jìn)展，為玉米浸泡液更深層次的高值化利用提供科學(xué)依據(jù)。

玉米浸泡液；營(yíng)養(yǎng)成分；綜合利用

我國是玉米加工產(chǎn)業(yè)大國，每年全國玉米淀粉產(chǎn)量達(dá)2 600萬t，其加工過程每年產(chǎn)生高達(dá)2 080萬t的玉米浸泡液[1]。玉米浸泡液是玉米淀粉加工的副產(chǎn)物，含有一定氮源、可發(fā)酵糖、生長(zhǎng)素、核酸、無機(jī)鹽等物質(zhì)，能為微生物生長(zhǎng)代謝提供營(yíng)養(yǎng)[2]。但由于玉米淀粉生產(chǎn)工藝導(dǎo)致產(chǎn)生的玉米浸泡液含有過量的亞硫酸鹽，不能直接飼喂動(dòng)物，大多數(shù)工廠不能充分利用其中的組分，把其當(dāng)成廢水直接排放到環(huán)境中，而且玉米浸泡液是酸性高濃度有機(jī)廢水，其處理難度大、成本高，這樣當(dāng)作廢水排放不僅浪費(fèi)了資源并且對(duì)環(huán)境造成很大的污染。如何對(duì)玉米浸泡液進(jìn)行開發(fā)利用已成為現(xiàn)如今企業(yè)和社會(huì)面臨的重大問題。近年來，人們?cè)谟衩捉菀旱木C合利用方面做了大量的研究，本文對(duì)玉米浸泡液的綜合利用情況進(jìn)行綜述。

1 玉米浸泡液的營(yíng)養(yǎng)成分

玉米浸泡液是玉米在濕法生產(chǎn)淀粉時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物。玉米籽粒在制取淀粉前需經(jīng)過浸泡處理，浸泡后得到的液體就是玉米浸泡液。通過浸泡可降低玉米籽粒的機(jī)械強(qiáng)度，減弱皮層、胚芽和胚乳之間、淀粉與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)結(jié)，同時(shí)玉米籽粒吸水后膨脹，其更容易分離開來[3]。目前工業(yè)上的浸泡工藝一般采用含0.2%二氧化硫的水溶液作為浸泡劑，50℃浸泡玉米50 h左右[4]。

玉米浸泡液中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要包括蛋白質(zhì)、生長(zhǎng)素和一些前體物質(zhì)等，其化學(xué)耗氧量(COD)濃度高達(dá)10 000 mg/L、氨氮含量在1 900 mg/L左右，pH為3.5～4.5。蛋白質(zhì)主要分為白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，其中谷蛋白在玉米蛋白中所占比例最高為40%，其次為醇溶蛋白占玉米蛋白的30%，而白蛋白和球蛋白生物活性最高，其含量分別為玉米蛋白的8%和9%[5]。

2 玉米浸泡液的利用現(xiàn)狀

由于玉米浸泡液中含有大量的有機(jī)物，大多可以回收再利用。目前處理玉米浸泡液的方法主要有：①蒸發(fā)濃縮制玉米漿；②分離提取植酸鈣(也稱菲汀)；③將其作為原料發(fā)酵生產(chǎn)各種產(chǎn)物，如肌醇、乳酸、單細(xì)胞蛋白等[6-9]。但上述處理方法存在產(chǎn)品附加值較低、市場(chǎng)相對(duì)飽和等缺點(diǎn)，因此國內(nèi)大多數(shù)工廠仍將其當(dāng)成廢水直接排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。玉米浸泡液的處理已成為制約玉米加工業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸[10]。

3 玉米浸泡液的綜合利用途徑

近年來，隨著糧價(jià)的上漲及飼料業(yè)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到提高農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用、低附加值產(chǎn)品向高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)變是提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，對(duì)玉米浸泡液的綜合利用的研究越來越受到科研工作者的重視。玉米浸泡液的綜合利用途徑主要有以下幾方面：

3.1 玉米浸泡液在微生物發(fā)酵中的應(yīng)用

微生物發(fā)酵需要氮源和碳源，而玉米浸泡液可為微生物發(fā)酵提供氮源、碳源和無機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[11]。從自然界經(jīng)稀釋涂布分離得到的菌種，由于生產(chǎn)能力較低，不能滿足工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。曲波等[12]利用玉米浸泡液進(jìn)行產(chǎn)酸性蛋白酶菌株的誘變育種研究，以玉米浸泡液中篩選獲得一株產(chǎn)蛋白酶的菌株Y-5.0為出發(fā)菌株，經(jīng)過紫外-化學(xué)三輪交替誘變處理，篩選出一株高產(chǎn)蛋白酶的突變株N3-15，其大大高于原始菌株Y-5.0的酶活，而且該菌株N3-15傳代5次產(chǎn)量穩(wěn)定，為進(jìn)一步提高蛋白酶的活力奠定良好基礎(chǔ)。

玉米漿為玉米浸泡液的濃縮物，其營(yíng)養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)很適合乳酸菌生長(zhǎng)繁殖的需要[13]。朱克衛(wèi)等[14]對(duì)以玉米漿為基礎(chǔ)的發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化研究，大幅度提高菌株的 L-乳酸產(chǎn)量。L-乳酸的聚合物——聚L-乳酸為無毒、可降解的、具有生物相容性的高分子材料，廣泛應(yīng)用于制造生物可降解塑料、綠色包裝材料和藥用修復(fù)材料。利用玉米浸泡液高效生產(chǎn)聚L-乳酸應(yīng)用前景非常廣闊。

3.2 玉米浸泡液在生產(chǎn)抗生素及抗生素替代品中的應(yīng)用

用于醫(yī)藥領(lǐng)域的各種抗生素發(fā)酵均離不開玉米浸泡液[15]，但抗生素長(zhǎng)期使用帶來的副作用，嚴(yán)重威脅人類的健康。益生素作為新的抗生素替代品，引起世界各國的廣泛重視和研究[16]。孫紅梅等[17]選用布拉酵母菌、植物乳桿菌和地衣芽孢桿菌為益生菌株，以玉米浸泡液為飼料益生菌的培養(yǎng)提供碳源、氮源和無機(jī)鹽，成功制備了含活菌數(shù)較高的復(fù)合益生素。開發(fā)利用玉米浸泡液生產(chǎn)飼料益生素不僅給淀粉加工企業(yè)帶來效益，使資源得到充分利用，減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且還大大降低了益生素的生產(chǎn)成本。

3.3 玉米浸泡液在飼料工業(yè)中的應(yīng)用

徐凱等[18]利用玉米浸泡液做氮源發(fā)酵生產(chǎn)紅酵母增色功能飼料。紅酵母富含抗氧化劑類胡蘿卜素，使傳統(tǒng)的酵母類飼料在有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)，增加了抗氧化和消除自由基能力，可提高宿主的免疫功能。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)包含類胡蘿卜素的紅酵母用在飼料行業(yè)還具有能使雞鴨蛋著色的功能。研究應(yīng)用玉米浸泡液發(fā)酵生產(chǎn)含類胡蘿卜素功能飼料有利于豐富市場(chǎng)上增色飼料添加劑的種類和提高禽蛋品質(zhì)及風(fēng)味，同時(shí)也為玉米浸泡液的利用找到新的突破口。

3.4 玉米浸泡液在制備調(diào)味品中的應(yīng)用

玉米浸泡液可為谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)提供有機(jī)氮源促進(jìn)菌體生長(zhǎng)[19]。以玉米浸泡液為原料，利用谷氨酸生產(chǎn)菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取即可制得味精。叢澤峰等[20]在玉米浸泡過程中添加一定量的嗜熱乳酸菌后，明顯縮短了玉米浸泡周期，提高了玉米浸泡液的質(zhì)量。在以此玉米漿為原料發(fā)酵谷氨酸過程中，保證了穩(wěn)定性高的谷氨酸發(fā)酵的產(chǎn)酸水平和轉(zhuǎn)化率，為后續(xù)的味精生產(chǎn)提供保障。

劉井權(quán)等[21]以齊齊哈爾大學(xué)玉米研發(fā)中心QU3601-3和QU3.873成曲為發(fā)酵劑，對(duì)玉米浸泡液中的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，生產(chǎn)植物蛋白調(diào)味液。該工藝采用多菌種發(fā)酵，微生物酶系全，既提高了玉米浸泡液有效成分的充分利用，又杜絕了普通酸法生產(chǎn)容易產(chǎn)生氯丙醇等會(huì)引起癌變的不利因素，取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 玉米浸泡液在發(fā)酵生產(chǎn)生物殺蟲劑中的應(yīng)用

盧娜等[22]以玉米淀粉生產(chǎn)過程中的浸泡液作為原料培養(yǎng)基，制備蘇云金桿菌生物殺蟲劑，為玉米浸泡液的資源化利用提供了新途徑，同時(shí)降低了殺蟲劑的生產(chǎn)成本。

3.6 玉米浸泡液在獲得清潔能源中的應(yīng)用

化石燃料消費(fèi)的增加造成了嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問題，尋求替代能源非常必要。張婷等[23]將玉米浸泡液作為氮源發(fā)酵產(chǎn)氫，利用其實(shí)驗(yàn)室自主篩選的兩株高效產(chǎn)氫菌Bacillus.sp和Brevumdimonas.sp通過混合培養(yǎng)發(fā)酵富含有機(jī)質(zhì)的玉米浸泡液產(chǎn)氫，不僅降低了發(fā)酵底物成本，而且實(shí)現(xiàn)了處理廢水和獲得清潔能源的雙重功效。盧娜等[24]以玉米浸泡液作為接種液和基質(zhì)，研制了微生物燃料電池，成功地利用玉米浸泡液獲得電能，對(duì)玉米浸泡液進(jìn)行有效處理的同時(shí)，為其再利用提供了一條嶄新的途徑。

4 結(jié)論與展望

我國玉米淀粉產(chǎn)業(yè)處在飛速發(fā)展階段，在玉米深加工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品玉米浸泡液的產(chǎn)品利用價(jià)值高，如果不能得到很好的處理，反而成為企業(yè)環(huán)保的壓力與包袱。不斷尋求玉米浸泡液的再利用途徑，深度挖掘玉米浸泡液的利用價(jià)值，通過精深加工提高產(chǎn)品附加值，不僅可以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本，還能降低能耗、減少污染，使企業(yè)朝著高效、節(jié)能、綠色的方向發(fā)展，為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供不竭動(dòng)力?！?/p>

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(責(zé)任編輯 李婷婷)

Comprehensive Utilization of Corn Soaking Water

ZHANG Yun，CHU Jie，HE Qiu-xia，GUO Jing-lan，HAN Li-wen，LIU Ke-chun

(Biology Institute of Shandong Academy of Sciences/Shandong Provincial Engineering Laboratory for Biological Testing Technology/Key Laboratory for Biosensor of Shandong Province/Key Laboratory for Drug Screening Technology of Shandong Academy of Sciences，Jinan 250014，China)

This paper summarized the present status of the use of corn soaking water，and reviewed the research progress of comprehensive utilization of corn soaking water to provide scientific basis for the high value utilization of corn soaking water.

corn soaking water；nutritional component；comprehensive utilization

國際合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014DFR30840)。

張?jiān)?1982— )，女，博士，助理研究員，研究方向：藥理學(xué)、生物技術(shù)。

*共同通信作者：劉可春(1964— )，男，博士，研究員，研究方向：藥物活性篩選、生物技術(shù)；韓利文(1980— )，男，博士，副研究員，研究方向：藥物活性篩選、生物技術(shù)。