CN101607218B - 一种用蒸汽爆破技术对玉米进行提胚及胚乳多联产利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是针对现有的玉米深加工中湿法脱胚过程复杂，能耗高，污染大的特点，发明了一种利用蒸汽爆破技术对玉米脱胚并且对其玉米胚乳进行深加工的多联产技术。将玉米粒用蒸汽爆破技术处理，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者分离。将汽爆后的玉米胚乳通过乙醇萃取、蒸馏、沉淀等方式，可以分别得到醇溶蛋白和黄色素的制品。提完醇溶蛋白和黄色素的胚乳可以用来发酵乙醇，发酵效果略好于湿法脱胚制得的玉米胚乳，并且还省略了糖化液化前的糊化环节，降低能耗。

Description

一种用蒸汽爆破技术对玉米进行提胚及胚乳多联产利用的方法

技术领域

本发明属于农副产品深加工的领域，特别涉及用蒸汽爆破技术来对玉米进行提胚以及对其胚乳的综合利用。 

背景技术

玉米是一种价值很高的经济作物，玉米的种子包括果皮、种皮、胚和胚乳，但果皮和种皮紧密连结，不易分开。胚位于籽粒基部一侧，占籽粒总重的10-15％，胚乳占80-85％，果皮和种皮占6-8％。玉米籽粒中含有70-75％的淀粉，10％左右的蛋白质，4-5％的脂肪，2％左右的多种维生素。胚中脂肪占全粒脂肪的77％～89％，蛋白质占30％以上，并含有大量的可溶性糖。玉米淀粉主要集中在胚乳中，此外胚乳中还含有丰富黄色素、醇溶蛋白。种皮中纤维素和半纤维素的含量较高。而目前对玉米的综合利用程度不高。 

玉米深加工前要进行提胚取皮，即把果皮种皮、胚以及胚乳分开。玉米深加工前脱胚可减少营养物的损失，这是因为玉米胚含油很高，进入液化糖化发酵时会在液面产生一厚油层，使CO₂不能及时排放造成发酵液酸度增加，使发酵不彻底。所以加工前提胚既减少了营养资源的浪费和对环境的污染，又减少了油渍皮质对管路的污染和堵塞，延长了液化，糖化，发酵设备的使用寿命。用含胚的整粒玉米加工食品其口味会含有胚油味，且口感粗糙。并且，玉米胚中脂肪可作为生产珍贵的食用玉米油的原料。 

传统的玉米提胚的方法有湿法提胚、干法提胚以及半湿法提胚。湿法提胚是将玉米用大量含亚硫酸的水浸泡后进行研磨脱胚，这种方式投资大，操作费用高，能耗高，污染严重，所得的蛋白和胚芽只能用作饲料原料，不能食用； 该法普遍被淀粉行业及葡萄糖行业用来生产99％以上纯度的淀粉，此外还常被用于发酵酒精。干法提胚法的胚芽破损严重，造成出率低和纯度低，这种工艺主要应用于玉米联产提胚生产玉米片类食品，玉米珍珠米等及脱脂玉米粉，部分万吨以下小型酒精厂或饲料用能量饲料厂。半干法提胚在一定程度上克服了干法提胚培养破损率低的现象，但由于脱胚需要机械破碎的方式，也具有很大的能耗。 

玉米的蒸汽爆破技术是将玉米放入密闭的汽爆罐中，然后通水蒸汽。干玉米的皮脆，不易脱落，胚的韧性也差、易碎。在经水蒸气增湿后，玉米皮吸水膨胀，与胚乳的连结强度降低，且韧性大，胚吸水后，韧性显著增加，脱胚时不易破碎。随着水蒸气量的不断加大，汽爆罐中的温度和压力也在升高，当达到某一压力值时，快速打开罐体，使罐内压力迅速降低，此事水蒸气所产生的压力会将玉米瞬时打出。玉米增湿后机械强度降低，在相互挤压、摩擦、碰撞中容易脱皮破碎，从而完成了玉米粒的初步粉碎。由于胚的韧性增加，不易破碎，所以在初步破碎的过程中部分玉米可以同时脱胚。 

玉米黄色素的成分是玉米黄素(3，3′-二羟基-β-胡萝卜素)和隐黄素(3-羟基-β-胡萝卜素)，是一种黄色粉末、糊状及液体或(溶合于油脂中的)黄色油状液体，从禾本科植物玉蜀黍黄粒种子中的角质胚乳中提取而得。用于人造奶油、鱼糜制品、面条、冷饮、氢化植物油、糖果和焙烤制品等的着色，为黄色着色剂。玉米黄色素是天然色素，无毒害作用，因此具有很高的经济价值和非常广阔的市场。 

玉米醇溶蛋白(zein)是玉米中主要的贮藏蛋白，约占玉米总蛋白含量的40％～50％。玉米醇溶蛋白可溶于60％～95％的乙醇水溶液中，具有良好的耐水、 阻氧和易成膜性，被广泛用于食品、造纸、印刷、纺织以及医药卫生等方面，尤其是作为果蔬食品的保鲜膜、可食性包装、生物可降解塑料和黏合剂。 

提取完黄色素和醇溶蛋白玉米胚乳，可以继续用来发酵乙醇、谷氨酸等，蒸汽爆破技术的糊化作用可以减少发酵前预处理的糊化时间，降低能耗。并且由于除去了色素，可有效改善发酵液的颜色，减轻提炼工序脱色的压力。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的玉米的深加工中脱胚能耗高，具有污染性，玉米深加工的综合利用程度不高的情况，用蒸汽爆破技术对玉米进行脱胚，提取玉米的附加价值高的成分，实现玉米的综合利用。 

本发明的构思如下：用蒸汽爆破技术对玉米进行处理，汽爆爆破的过程实现胚芽、胚乳、种皮的分离。将蒸汽爆破技术分离的玉米胚乳提取黄色素和醇溶蛋白，提取完的胚乳用来发酵乙醇和谷氨酸。分离的玉米胚芽用来提取玉米油，玉米皮用来酶解制取低聚糖。 

本发明的方法和步骤包括： 

一、玉米的蒸汽爆破处理 

(1)将玉米籽粒放在清水中浸泡一段时间(2h-72h)，具体浸泡时间视籽粒大小、籽粒的干燥过程、浸泡时的水温等而定，让浸泡后的含水量在30％以上。含水量越高，所需要的汽爆条件越低，分离效果也越好。 

(2)将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0-1.5Mpa，维压3-6分钟，瞬间减压释放，实现胚乳、胚芽和种皮的三者分离。 

(3)汽爆后胚乳、胚芽和种皮的比重不同，用筛分机将三者分开。 

(4)将汽爆后的胚乳和胚芽在湿的状态下分别研磨成细粉末。 

二、汽爆玉米胚乳黄色素、醇溶蛋白的提取以及发酵 

(1)将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳按照1∶5到1∶10的比例加入浓度60％～100％的乙醇，不调节pH或者用碱调节pH在7-12之间，在20℃～60℃下提取1h-2h，即得到黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。可以进行二次提取，先在95％-100％的乙醇浓度下提取一到两次，提取出大量的黄色素和少量的醇溶蛋白，再在60％-75％的乙醇浓度下再提取一次，提取出剩下的黄色素和大量的醇溶蛋白。 

(2)将95％-100％乙醇浓度下提取的混合液在不高于60℃的温度下减压蒸馏，浓缩提取液，浓缩到原体积的1/4-1/10之后，冷却，离心浓缩液，得到含有少量醇溶蛋白的固形物以及含有黄色素的液体，将含有黄色素的液体喷雾干燥，得到黄色素的粉末，将醇溶蛋白的固形物洗净，干燥，得到醇溶蛋白制品。 

(3)将在60％-75％的乙醇浓度下提取的溶液在不高于60℃的温度下减压蒸馏，浓缩提取液，浓缩到原体积的1/3-1/10之后，冷却，将离心浓缩液，黄色素和醇溶蛋白同时沉降下来。将沉降物洗净，用丙酮、无水乙醇或者食用油对沉降物萃取，可以将黄色素从醇溶蛋白中萃取出来。 

(4)将取一定量的提完黄色素和醇溶蛋白的玉米胚乳，将其残留乙醇完全蒸发掉，按照传统的发酵酒精的办法进行发酵乙醇，在进行原料的预处理的时候，可省略糊化这一环节。 

本发明的方法具有的特点： 

(1)采用蒸汽爆破技术对玉米脱胚，因为无需亚硫酸浸泡，所以没有酸性废水，保护环境； 

(2)蒸汽爆破技术可以直接将胚芽、胚乳和种皮三者分离，一步工序即可，无需其他脱胚方法的多步工序，并且蒸汽爆破技术对玉米脱胚时间短，减少了工序和生产时间。 

(3)蒸汽爆破技术的能耗低于机械粉碎的能耗，节约能源； 

(4)在蒸汽爆破的同时，可以将玉米内部结构变得疏松，有利于黄色素的提取。 

(5)汽爆过程的高温湿热作用使淀粉糊化，可以省去玉米胚乳发酵前的糊化环节。 

附图说明

图1不同浓度的乙醇提取的黄色素的含量 

图2不同浓度的乙醇提取的醇溶蛋白的含量 

具体实施方式

下面结合一些实验数据对本发明进一步说明。 

一、玉米的蒸汽爆破处理 

实施例一： 

取玉米样品1(大粒)，浸泡72h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.5Mpa，维压6分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者很好的分离，并且无焦化现象出现。 

实施例二： 

取玉米样品2(中粒)，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。 

实施例三： 

取样品玉米3(小粒)，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.5Mpa，维压3分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。 

实施例四： 

取玉米样品3(小粒)，浸泡2h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.3Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。 

二、汽爆玉米胚乳黄色素、醇溶蛋白的提取以及发酵 

实施例一： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用筛分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入10mL无水乙醇，在20℃摇床下提取1h。取上清液，过滤，得到7.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白含量为，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测定黄色素的OD值为0.522。提取第二次的OD值为0.200，第三次的OD值为0.130。实验测得黄色素的含量跟446nm下的OD成过原点的线性关系，OD值的大小可以表示溶液中黄色素浓度的高低。用无水乙醇提取，提出来的物质主要是黄色素，提取液中含有微量醇溶蛋白。 

实施例二： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用筛分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入10mL不同浓度的乙醇，在60℃摇床下提取1h。取上清液，过滤，分别得到7.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白含量为，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测定黄色素的OD值以及醇溶蛋白含量如图1与图2所示。 

实施例三： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入20mL 95％乙醇，在60℃下提取1h。取上清液，过滤，得到17.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白含量，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.381。提取液中含有微量醇溶蛋白。 

实施例四： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备 中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入14mL 95％乙醇，在60℃下提取1h。取上清液，过滤，得到11.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白含量，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.745。提取液中含有微量醇溶蛋白。用跟2g湿态汽爆玉米胚乳干重相同的传统湿法以及干法获得的玉米胚乳在相同情况下在446nm下测得的OD值分别是0.233，0.307。 

实施例五： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入10mL 70％乙醇，在60℃下提取2h。取上清液，过滤，得到7.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白提取量为11.09mg/g干底物，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.813。 

实施例六： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、 以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入20mL 70％乙醇，调节pH至12，在60℃下提取1h。取上清液，过滤，得到17.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白含量为17.16mg/g干底物，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.490。同样条件下提取第二次的醇溶蛋白含量为6.56mg/g干底物，446nm下的OD值为0.236，同样条件下提取第三次的醇溶蛋白的含量为5.07mg/g干底物，446nm下的OD值为0.009。 

实施例七： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入20mL无水乙醇，在60℃下提取2h。取上清液，过滤，得到17.5mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白提取量为1.42mg/g干底物，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.396。将过滤后的滤渣加入20mL pH12的70％的乙醇，在60℃下提取2h。取上清液，过滤，得到19mL黄色素与醇溶蛋白的混合提取液。考马斯亮蓝染色法测定其蛋白提取量为13.1mg/g干底物，将上清液离心在4000r/min下离心10min，在446nm下测得的OD值为0.120。 

实施例八： 

取玉米样品2，浸泡24h，将浸泡好的玉米装入汽爆罐设备中，汽爆罐设备 中的工作压力1.0Mpa，维压5分钟，瞬间减压释放，可实现胚乳、胚芽和种皮的三者的分离，并且无焦化现象出现。用梳分机将汽爆后的玉米胚芽、胚乳、以及种皮分离。将研磨好的湿态汽爆玉米胚乳含水量调节至50％左右，取2g，加入10mL 70％乙醇，在60℃下提取2h。将取一定量的提完黄色素和醇溶蛋白的玉米胚乳，将其残留乙醇完全蒸发掉，按照1∶6加入水，按照10U/g干物料加入α-淀粉酶，90℃水浴30min，冷却到60℃之后用硫酸调pH至4-4.5，然后加入按照200U/g干物料加入糖化酶，糖化1h，冷却到室温。加入0.05％活化的干酵母活化液，加发酵栓，置35℃培养60h。测得其淀粉出酒率为48.8％，略高于同样条件下作为对照的传统湿法玉米胚乳发酵的44.6％。 

Claims (3)

1.一种用蒸汽爆破技术对玉米进行提胚及胚乳多联产利用的方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)玉米汽爆分离：利用蒸汽爆破技术对玉米的胚芽、胚乳、种皮进行组分分离；

(2)汽爆玉米胚乳多组分联产利用：将分离的汽爆玉米胚乳在用来发酵乙醇之前提取黄色素、醇溶蛋白，发酵之前可以不再进行糊化处理，直接糖化液化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)所述的玉米汽爆分离，其特征是：

A、玉米在蒸汽爆破之前进行清水浸泡处理，让浸泡后的玉米含水量在30％以上；

B、蒸汽爆破处理的压力是1.0-1.5Mpa，维压3-6分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)所述的汽爆玉米胚乳多组分联产利用，其特征是：

A、汽爆玉米胚乳的磨细以及黄色素和醇溶蛋白的提取在胚乳湿态下进行的；

B、用湿态汽爆玉米胚乳先提黄色素和醇溶蛋白，剩余的淀粉再发酵；

C、用湿态汽爆玉米胚乳提取黄色素和醇溶蛋白是用60％-100％的乙醇提取的。

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