利用提取菲汀后的玉米浸泡水发酵生产谷氨酸

白长胜

(黑龙江省农业科学院 畜牧兽医分院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

湿法生产玉米淀粉的预处理阶段会产生大量的玉米浸泡水。玉米浸泡水含有丰富的氨基酸、蛋白质、植酸、脂多糖，还有微生物进行生命活动所需的生物素、核黄素、维生素B1等物质[1]。通常每处理1吨玉米会产生0.8 m3的玉米浸泡水，传统方法是将其蒸发浓缩成玉米浆或浓缩后喷浆生产玉米浆粉。玉米浆喷到玉米纤维中，提高纤维饲料的蛋白质含量；直接制备植物蛋白调味液[2]、玉米肽[3]，用来生产单细胞蛋白或作为生产氨基酸、抗生素、维生素、酱油、鸟苷酸等产品的发酵氮源[4-8]。

玉米浸泡水中含有1%左右的菲汀，菲汀即植酸钙，是植酸与钙、镁、钾等金属离子形成的一种复盐。植酸在食品、医药、日化、金属加工、纺织及水处理等领域有极广泛的应用[9]。在食品行业中，常用于食用油及油脂食品、酒类、饮料罐头、水产品、果蔬、发酵品作为抗氧化剂、螯合剂、稳定剂、护色剂、保鲜剂、发酵促进剂等[10]。玉米浸泡水除了可提取菲汀以外，还可以直接作为发酵原料生产丁醇[11]、酵母菌[12]、赖氨酸等。

在发酵生产谷氨酸的过程中，玉米浆是普遍应用的有机氮源，玉米浸泡水浓缩过程中消耗大量能源，同时产生的冷凝水氨氮含量高，直接排放会严重污染环境；发酵配料时需要大量的新鲜水；连消时玉米浆中的干物质会堵塞板式换热器，还会对发酵和提取产生负面影响。本研究利用提取菲汀后的玉米浸泡水作为发酵生产谷氨酸的原料，通过调整原料配比，与使用玉米浆为原料的发酵指标对比，探讨提取菲汀后的玉米浸泡水代替玉米浆的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 菌种

谷氨酸生产菌CorynebacteriumglutamicumS9114。

1.1.2 发酵培养基(g/L)[13]

采用优化后的发酵培养基。

1.1.3 试剂

葡萄糖为淀粉酶法水解糖；玉米浆、糖蜜均为工业用规格；Na2HPO4、MgSO4、KCl、MnSO4、FeSO4、VB1均为国药集团分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

SBA-40E生物传感器 山东省科学院生物研究所；YXQ-LS-100SⅡ立式压力蒸汽灭菌器 上海博迅实业有限公司；721N可见分光光度计 上海精密科技有限公司；BIOTECH-10JS型10 L发酵罐 上海保兴生物设备公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺条件[14]

采用优化后的发酵控制条件。

1.3.2 试验方法

本试验采用单因素对照试验，分别用玉米浆、玉米浸泡水和去菲汀玉米浸泡水(根据测得的干物质和总氮含量，见表1，玉米浸泡水和去菲汀玉米浸泡水的用量均为玉米浆的6倍)配料发酵谷氨酸，其余培养基成分和工艺条件一致。

表1 不同试验组所用不同发酵原料的理化指标Table 1 The physical and chemical indexes of different fermentation materials used in different experimental groups

1.3.3 分析方法

菌液浓度测定：采用分光光度计于1 cm光程测定OD620 nm；还原糖：采用斐林试剂滴定法测定；谷氨酸含量：采用生物传感器测定。

1.3.4 统计分析

ANOVA和邓肯氏方差检验(Duncan＇s)在p<0.05的水平下，利用SPSS 16.0软件(SPSS Inc.,USA)对所有数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 试验结果

按设计的试验方案进行发酵试验，发酵过程中主要参数变化趋势见图1。各试验组的最终发酵结果见表2。

图1 不同试验组谷氨酸发酵过程中主要参数的变化Fig.1 The changes of main parameters during glutamic acid fermentation in different experimental groups

由图1可知，各个试验方案发酵产酸和OD值变化趋势保持一致，说明用去菲汀玉米浸泡水和玉米浸泡水代替玉米浆作为发酵原料，在整个发酵过程中对菌体生长和谷氨酸代谢未产生显著影响。

表2 各试验组最终发酵结果Table 2 The fermentation results of different experimental groups

由表2可知，各试验方案发酵的产酸水平、OD值净增值均无显著性差异。

综合以上试验结果可以得出以下结论：采用去菲汀玉米浸泡水代替玉米浆作为发酵原料，谷氨酸发酵生产的各项指标没有明显差异，证明去菲汀玉米浸泡水代替玉米浆作为谷氨酸发酵原料不会对原有发酵水平产生影响。

2.2 成本分析

以年加工玉米60万吨计算，最高可提取菲汀4200吨。处理1吨浸泡水可产生0.2吨玉米浆，消耗电20 kW，蒸汽0.1，年生产味精10万吨需要玉米浆2500吨，若使用玉米浸泡水代替玉米浆配料，可节约电2.5×105kW，蒸汽1250吨，节约新鲜水1万吨。

3 结论

国外一些国家对玉米的综合利用率很高，如美国对玉米的整体利用率已达到了99%，玉米加工副产品的经济效益高于主产品(如淀粉)。与发达国家相比，我国玉米深加工研究较为落后，某些大型玉米淀粉生产企业原料利用率也只有80%，而广大中小企业只有50%～55%[15]。因此综合利用玉米浸泡水，提高玉米的综合利用率，不但可以节约能源，减少环境危害，更能进一步提高其附加值，增加玉米加工企业的经济效益，对我国粮食加工业的发展具有重要意义。

玉米浸泡水中营养物质种类与玉米浆相同，可以从玉米浸泡水中回收菲汀，再经深加工制备附加值更高的植酸和肌醇，用去菲汀玉米浸泡水代替玉米浆发酵生产谷氨酸，在满足工艺要求的同时，提高了玉米浸泡水的附加值，同时可以节约能源和用水，减少环境污染，去除对生产不利的因素。该工艺操作方便，适合在生产中推广，拓展了玉米浸泡水的资源化利用途径，提高了玉米的综合利用率，能使淀粉生产和发酵产品联产的玉米深加工企业获得良好的经济效益和社会效益。