玉米淀粉渣开发利用及研究进展

张 琪，华惠敏

（银川能源学院 生物与农业工程系，宁夏 银川 750105）

玉米淀粉渣是玉米淀粉经酸水解或酶解后压滤所得的残渣。玉米淀粉渣中含有约2%的葡萄糖、25%的蛋白和28%的脂肪。我国每年产生的玉米淀粉废渣约在30万t以上。长期以来，玉米淀粉渣一直作为饲料直接进行饲喂，但由于玉米淀粉在生产过程中要使用亚硫酸水浸泡，长期大量饲喂含有亚硫酸的玉米淀粉渣可使末梢神经产生脱鞘性变，导致一系列神经症状，如跛行、截瘫、便血、乳房炎及流产等中毒症状和维生素A、D、E的缺乏症[1-5]。此外，玉米淀粉渣中的蛋白大多是醇溶蛋白，其不溶于水且缺乏赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸，将其直接作为饲料虽有一定的效果[6-7]，但玉米淀粉渣产量大，饲喂消耗的玉米淀粉渣有限，直接饲喂利用率较低，饲喂价值并不高，到目前为止仍未得到合理的开发利用。大量淀粉渣在贮存过程中极易变质，造成环境污染和资源的严重浪费。因此，传统的玉米淀粉渣的利用方式备受质疑。近几年，玉米淀粉渣综合开发利用逐渐受到重视。本文对目前国内玉米淀粉糖渣的综合利用情况进行综述，以期为玉米淀粉渣的进一步开发提供参考。

1 主要成分提取方面

1.1 玉米黄色素的提取

玉米淀粉渣中的黄色素主要是极性较小的玉米黄色素。玉米黄色素属于类胡萝卜素，是以β-胡萝卜素、玉米黄素（3，3′-二羟基-β胡萝卜素）、隐黄素（3-羟基-β胡萝卜素）、叶黄素为主要组成的类胡萝卜素的混合物[8-9]。玉米黄色素易溶于石油醚、酯类和乙醇等有机溶剂，不易溶于水。玉米黄色素既是一种天然色素，又是生产保健食品的添加剂，作为天然色素已被欧美等许多国家批准为食用色素。玉米黄色素的提取目前主要采用有机溶剂法和超临界二氧化碳萃取法。有机溶剂法大都采用乙醇作为提取剂，黄新辉等[10]对玉米淀粉渣中玉米黄色素的提取条件研究发现，以体积分数为95%的乙醇为提取剂，在料液比1∶10，pH值3、温度60℃时提取1.5h，提取效果最佳。且以热乙醇的提取率最高，提取玉米黄色素后的废渣仍有很高的利用价值[11]。目前天然色素的提取大都采用化学溶剂萃取法，但溶剂残留毒性影响了天然色素的应用。孙丽丽等[12]以玉米蛋白粉为原料探讨了超临界二氧化碳萃取玉米黄色素的工艺条件，但以玉米淀粉渣为原料采用超临界法提取玉米黄色素目前尚未见报道。超临界萃取法虽然无毒、无残留、提取效果较好，但因其生产设备价格昂贵，并且产量较低、不太适用于工业化生产。

1.2 玉米醇溶蛋白的提取

近年来，环境问题日益突出，玉米醇溶蛋白由于其环境友好性、原料来源丰富、可持续生产等诸多优点，再一次成为研究热点。玉米醇溶蛋白作为一种天然的优质生物可降解材料，在生物材料领域有着广阔的应用前景。

玉米淀粉渣中约含有25%左右的蛋白质，其主要是醇溶蛋白。由于醇溶蛋白不溶于水，易溶于乙醇、异丙醇等有机溶剂。以玉米淀粉渣为原料提取醇溶蛋白的方法主要有4种，即异丙醇提取法、乙醇提取法、超声提取法和超临界提取法。其中乙醇提取法法由于工艺简单，溶剂回收容易，是目前最常见的提取方法。郑喜群等[13]利用体积分数90%的乙醇，在55℃条件下将玉米淀粉渣中的醇溶蛋白、脂肪和色素溶解，又用正己烷将脂肪和色素萃取25min。最终玉米醇溶蛋白的产率达到97.46%。由于在同样的溶剂溶质比时，醇溶蛋白在异丙醇中的浓度要高于在乙醇中的浓度，因此，国外工业化提取醇溶蛋白大多采用异丙醇在较高的pH和较高的温度（50℃～60℃）分批或连续萃取30min～2h提取醇溶蛋白[14]。这种方法的主要缺陷是溶剂回收成本较高。此外，超声波提取法和超临界提取法都能有效提高目标物的提取率并能大大缩短提取时间，节省溶剂用量，从而降低成本，具有产业化前景。但要达到工业化生产水平，批量处理原料仍需要不断的探索。

国外已开始利用玉米渣生产醇溶蛋白，但我国尚没有形成生产规模。目前，世界上有两家规模较大的公司生产玉米醇溶蛋白。即美国的Freeman公司和日本的昭和产业株式会社，总产量也不超过500t。我国已有一些公司生产玉米醇溶蛋白，但产量很少，主要应用于药用辅料。综合来看，目前制约玉米醇溶蛋白应用的主要问题在于生产成本。从现有的报道来看，玉米醇溶蛋白的提取大都以玉米蛋白粉为原料。玉米醇溶蛋白约占玉米蛋白的40%左右，这些蛋白约有60%存在于玉米蛋白粉，其他则主要存在于玉米淀粉渣中，玉米蛋白粉可以被高效利用，但玉米渣中的醇溶蛋白则被作为废渣被浪费掉。如果能提高这些废渣的附加值，就能大幅提高玉米淀粉企业的生产效益，降低生产成本。既能解决环境污染问题，又能获得高附加值的工业产品。但要发挥其自身的性质，还需要克服柔韧性、耐水性差等问题。

2 微生物发酵方面

利用微生物发酵法是实现糖渣综合开发利用的理想途径，也是目前较为关注的方向。

2.1 单细胞蛋白的生产

单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中蛋白含量达到40%～80%，比大豆高10%～20%，比鱼、肉、奶酪高20%以上；氨基酸组成较为齐全，含人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物含量较少的赖氨酸。单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物等。近年来，有关利用废渣发酵生产单细胞的报道很多。其中利用玉米淀粉渣作为单细胞蛋白的重要生产原料，增加玉米深加工副产品的附加值，也符合国家发展循环经济的产业政策。郭维列等[15]通过研究证明利用玉米淀粉厂的废渣生产菌体蛋白饲料可行。赵建国[16]以糖化酵母为出发菌，固体发酵玉米淀粉渣，产物酵母菌Y9601为菌种，固体发酵玉米淀粉渣，经过适当的工艺条件优化后，产物酵母数可达74.5亿个/g，粗蛋白增加12.7%，真蛋白增加9.59%，真蛋白净增加5.46%。以玉米淀粉渣发酵生产单细胞蛋白饲料的关键是菌种。目前应用与生产单细胞蛋白的微生物类群主要包括4大类群，即非致病和非产毒的酵母菌、细菌、真菌和藻类。淀粉糖渣中含有少量的淀粉和纤维素，由于根霉菌能分泌糖化酶把淀粉转化为葡萄糖，曲霉能分泌纤维素酶将纤维素转化为葡萄糖，而酵母菌可利用葡萄糖、尿素、硫酸铵迅速转化为酵母蛋白质、酶和维生素等活性物质，从而提高淀粉糖渣饲料的营养成分[17]。因此菌种也由单一菌种趋向于复合菌种。淀粉渣发酵多以细菌和酵母菌组成复合菌。吴绵斌等[18]利用产朊假丝酵母和黑曲霉混合菌种固态发酵玉米淀粉渣，经过60h固态通风培养后，真蛋白增加量达到6.23%，干基中蛋白含量提高了3.34倍，此外发酵后产物中还含有较高活力的纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶，是一种很好的饲料来源。据有关资料报道，国内采用混菌固体发酵72h，每克发酵物细胞数15亿个～40亿个，粗蛋白增幅为15.46%～29.69%，真蛋白净增2%～5%。

从发酵方式来看，既有液体深层发酵也有固体发酵。对于玉米淀粉渣的发酵过程中，由于固体发酵具有易干燥、低能耗、综合利用率高等优点。因而固体发酵更加受到重视。赵建国等[16]以糖化酵母菌Y9601为菌株进行固态发酵取得了较好的结果。

利用玉米淀粉渣生产单细胞蛋白饲料是目前受到关注的较为经济合理的糖渣利用方式[19-20]。但其生产成本过高制约了其产业化的实现，因此，降低生产成本，提高发酵产物酵母数量和真蛋白含量是今后利用玉米淀粉渣进行固态发酵的关键。

2.2 燃料

利用生物质原料发酵法生产燃料乙醇是目前解决“能源危机”和“石油危机”最有效的途径之一。据报道，我国山东龙力公司利用糖渣为原料生产燃料乙醇，并已建成6万吨燃料乙醇项目，年“吞噬”功能糖废渣29.4万t，被国家发改委列为重点循环经济工程。有报道称英国科学家利用废弃的糖渣稀释后培养大肠杆菌，用于生产氢气，将这些氢气收集后，可以作为燃料电池的燃料[21]。张贺等[21]以深黄被孢霉M2为菌种高密度发酵生产微生物油脂。发酵产物化学组成成分与植物油相似。同时转酯化制备的微生物柴油各项指标符合国家相关标准，具有工业化应用前景。

2.3 酿造

从理论上来说，玉米淀粉渣中所含的营养成分基本满足微生物生长代谢的条件。高东宁[22-23]尝试利用玉米淀粉渣为原料采用多菌种制备米曲酿造酱油，产品中氨基态氮质量浓度、总氮质量浓度和还原糖含量等各项理化指标达到国家二级酱油标准。玉米淀粉渣除可作为酱油的优质原料外还可作为食醋酿造的主料。采用50%以上的玉米渣替代麸皮作食醋生产的主料，酿造的产品质量均达到颁部标准，可生产特级、一级等各级别食醋[24]。生产食醋后的醋渣仍能作饲料，使下脚料得到充分利用。这些成果从小试结果来看，都可以大幅降低生产成本，经济效益显著，但要实现规模化生产还需要进一步探索。

3 其他

由于含有有机质原料和丰富的无机盐离子，玉米淀粉渣还是加工生物有机肥料的理想原料。也可利用多种微生物分解氧化淀粉糖渣中的有机物质生产浓缩生物肥料[25]。研究表明，玉米淀粉渣经过处理后含有的碳酸钙可以用来中和土壤中的酸性物质，改善土壤环境，促进农作物的生长，对改善环境污染意义重大[26-29]。除此之外，在食品应用方面也有一些尝试，翟瑞文等[30]利用玉米淀粉渣制作酸溶性蛋白饮料。但这方面的报道较少。

总之，对玉米淀粉渣的开发不仅有利于资源的综合利用，而且有利于减少环境污染，顺应构建节约型社会的趋势。最重要的是，其具有较高的经济效益。对玉米淀粉渣的综合开发利用既可提高玉米的综合利用率还可以提高企业的经济效益。

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