王 婷，張德志，蔡檸勻，陳 寧，徐慶陽(yáng)

（1．天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院，天津300457；2．天津科技大學(xué) 代謝控制發(fā)酵技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，天津300457）

玉米漿（Corn steep liquer，CSL）是玉米淀粉制備的副產(chǎn)物，可通過(guò)濕磨法制備。玉米漿含有大量的亞硫酸、肽、多糖、蛋白質(zhì)和各種氨基酸，如精氨酸、谷氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸和β－苯乙胺。玉米漿的主要用途有：用作水溶性植物蛋白及水溶性維生素、復(fù)合肥料添加劑、發(fā)酵氮源和纖維飼料。玉米漿中的大多數(shù)化學(xué)成分是通過(guò)發(fā)酵法合成的氨基酸前體，占玉米漿干質(zhì)量的25%。用鹽酸水解18h，肽和蛋白質(zhì)水解成氨基酸，且含量可達(dá)到干質(zhì)量的50%以上［1］。目前，僅有很少一部分玉米漿用于氨基酸發(fā)酵。玉米漿在氨基酸發(fā)酵中被用作有機(jī)氮源和生長(zhǎng)因子的供應(yīng)者，它富含的生物素和限制性氨基酸對(duì)各種氨基酸的發(fā)酵有很大影響［2－4］。作為廉價(jià)高效的發(fā)酵氮源，增加氨基酸發(fā)酵中玉米漿的使用量，以減少或代替一部分有機(jī)氮源，如豆粕水解液、酵母粉和毛發(fā)粉等［5－8］，可以提高玉米漿價(jià)值，降低氨基酸生產(chǎn)成本。在青霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中，玉米漿的含量對(duì)菌絲、氨氮代謝、糖代謝、發(fā)酵周期和發(fā)酵效價(jià)等工藝參數(shù)影響很大。

1 玉米漿的基本化學(xué)組成

通常，用于氨基酸發(fā)酵的玉米漿約20°Be′，質(zhì)量濃度1．08～1．15kg／L，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%～50%，還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞5．5%，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞3．6%，無(wú)機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10%，氨氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞0．9%，乳酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%～12%。

1．1 氨基酸

測(cè)定玉米漿的組成成分，顯示含有組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸；檢測(cè)三氯乙酸的提取物，發(fā)現(xiàn)了氨基酸化合物，如羥基脯氨酸、γ－氨基丁酸和天門(mén)冬酰胺等［9］。

1．2 維生素

玉米漿含有維生素B25μg／mL，尼克酰胺89μg／mL，泛酸22．5μg／mL，生物素0．125μg／mL。在玉米漿所含的11種維生素中，膽堿（0．2%）和肌醇（0．35%）所占比例最高，而維生素B12與葉酸含量相對(duì)較少［10］。

1．3 礦物質(zhì)元素

陳逸琚等［11］利用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）檢測(cè)到玉米漿干粉中存在砷、鎘、鉻、銅、鉛和鋅。研究結(jié)果表明，玉米漿干粉中還含有微量金屬元素銅、鋅和鉛［12］，含量如表1所示。

表1 玉米漿干粉中微量金屬質(zhì)量濃度Table 1 Trace elements contents in dry CSL

2 玉米漿主要營(yíng)養(yǎng)成分及特點(diǎn)

濃縮后的玉米浸漬液為黏稠狀，帶有芳香氣息的糊味，呈黃棕色。玉米浸漬液富含玉米的可溶性養(yǎng)分，具有營(yíng)養(yǎng)豐富和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的特點(diǎn)。玉米漿的營(yíng)養(yǎng)成分包括：可溶性蛋白質(zhì)、乳酸（LA）、糖類(lèi)和淀粉等，并富含多種氨基酸、礦物質(zhì)、微量元素和維生素，其中膽堿含量為6．99×103IU／kg，肌醇含量為1．20×103IU／kg。

3 玉米漿生產(chǎn)工藝

玉米深加工的第一步為玉米浸泡。在浸泡過(guò)程中，有大量的浸泡水產(chǎn)生，玉米浸泡水被直接排放至污水處理廠，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了變廢為寶，鼓勵(lì)企業(yè)深度開(kāi)發(fā)玉米漿及其生產(chǎn)工藝顯得尤為重要。

呂滿(mǎn)霞等［13］研究了玉米漿的生產(chǎn)工藝。采用中溫α－淀粉酶和糖化酶的雙酶法進(jìn)行分段酶解，獲得生產(chǎn)甜玉米汁的最佳條件為：料液比為m（玉米）∶V（水）＝14g／mL，中溫α－淀粉酶0．35%，55℃液化25min，糖化酶0．15%，55℃糖化20min。最終測(cè)定玉米汁中可溶性固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．9%。

郭成宇等［14］用速凍玉米研究了玉米漿生產(chǎn)的新工藝。該工藝中，沒(méi)有過(guò)濾和糊化過(guò)程，玉米的利用率為100%。通過(guò)檢測(cè)玉米漿的顆粒直徑、沉降速率、懸浮物的穩(wěn)定性和感官評(píng)價(jià)來(lái)確定玉米漿最優(yōu)的工藝參數(shù)為：磨漿2次；均質(zhì)壓力30MPa；均質(zhì)溫度40℃；均質(zhì)2次；滅菌121℃，25min。最終，產(chǎn)品保質(zhì)期達(dá)6個(gè)月。工藝流程為：蔗糖和復(fù)合穩(wěn)定劑→混合均勻→化膠→新鮮速凍糯玉米→緩凍→磨漿→定容→攪拌→均質(zhì)→灌裝→滅菌→檢測(cè)和感官評(píng)定。

4 玉米漿的應(yīng)用

4．1 在氨基酸發(fā)酵工藝中的應(yīng)用

玉米漿是最廉價(jià)的氮源，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，是微生物合成代謝的促進(jìn)劑，目前，在生物制藥、氨基酸發(fā)酵和酶制劑等領(lǐng)域中，作為氮源被廣泛利用［15］。左瑩等［16］研究表明：在氨基酸發(fā)酵時(shí)，為了降低發(fā)酵成本，可以使用玉米漿替代或部分替代其他氮源，如豆粕水解液、酵母粉和蛋白胨。向夢(mèng)雄［17］優(yōu)化了發(fā)酵培養(yǎng)基，采用堿法對(duì)玉米漿預(yù)處理，并將玉米漿作為唯一氮源，使Blakeslea trispora的β－胡蘿卜素的積累量達(dá)到60．36mg／L。丁涓等［18］報(bào)道在用玉米漿為氮源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)嗜熱乳酸鏈球菌并進(jìn)行L－乳酸發(fā)酵，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：用41g／L的玉米漿代替牛肉膏作為氮源是可行的，L－乳酸的積累量為11g／L。對(duì)比其他乳酸發(fā)酵培養(yǎng)基，可以在很大程度上降低生產(chǎn)成本。張俊剛［19］比較了有機(jī)氮源在氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中的作用，與豆粕、毛發(fā)水解液和毛發(fā)粉溶液相比，使用玉米漿水解液生產(chǎn)絲氨酸、脯氨酸、胱氨酸、精氨酸和蘇氨酸，產(chǎn)量顯著高于其他氮源。

4．2 在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

在加工玉米副產(chǎn)物及農(nóng)副產(chǎn)品的過(guò)程中，可通過(guò)提高玉米利用率降低發(fā)酵飼料的生產(chǎn)成本。同時(shí)，玉米漿含可溶性蛋白、糖分、生長(zhǎng)素和一些前體物，其中可溶性蛋白和糖分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為16%～30%和11%，為微生物生長(zhǎng)提供了優(yōu)質(zhì)有機(jī)氮源和碳源。所以，在生物發(fā)酵過(guò)程中，可以用玉米漿作為營(yíng)養(yǎng)成分的補(bǔ)充劑；還可以利用乳酸桿菌和玉米漿，與葡萄糖釀酒渣一起發(fā)酵生產(chǎn)乳酸；也可以使用酵母與低乳糖的玉米漿和蔗糖蜜，進(jìn)行乳糖酶工業(yè)化生產(chǎn)。李紅宇等［20］的研究指出：通過(guò)玉米漿與秸稈不同比例混合發(fā)酵，在黃貯玉米秸中添加25%～30%玉米漿，制成纖維發(fā)酵飼料，增加了飼料的能量、蛋白質(zhì)含量及其他營(yíng)養(yǎng)成分，提高了適口性。

目前，微生物發(fā)酵飼料相關(guān)的研究報(bào)道很多。李泳寧［21］等報(bào)道了微生物發(fā)酵飼料在飼養(yǎng)仔豬中的作用。該研究通過(guò)分組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，研究了微生物發(fā)酵飼料對(duì)仔豬的生長(zhǎng)和預(yù)防腹瀉中的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)微生物發(fā)酵飼料的用量為1．0%時(shí)，料肉比下降，仔豬腹瀉率減少，糞便中大腸桿菌危害降低，直腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌增多。該研究有力證明：微生物發(fā)酵飼料是一種安全、高效、綠色的產(chǎn)品，并且可以減少獸用抗生素在畜牧養(yǎng)殖中的使用。也有研究按照一定比例混合以下副產(chǎn)品：木薯酒精糟、濕法糖渣、DDS、檸檬酸糟、玉米漿和玉米芯，在加入輔料后，再進(jìn)行復(fù)合菌種的微生物發(fā)酵，制備出高能量或高蛋白質(zhì)的微生物飼料［22］。該研究對(duì)生物發(fā)酵副產(chǎn)品的有機(jī)整合、變廢為寶以及提高廉價(jià)原料的附加值產(chǎn)生積極意義，同時(shí)也可解決大型氨基酸生產(chǎn)企業(yè)的玉米浸泡液過(guò)剩的問(wèn)題。

4．3 在生物制藥中的應(yīng)用

在生物反應(yīng)器中，微生物發(fā)酵的過(guò)程受各種因素影響，如基因的遺傳特性、細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)以及反應(yīng)器的傳遞混和等。在發(fā)酵過(guò)程中，某個(gè)因素的影響常常會(huì)對(duì)全局產(chǎn)生負(fù)面作用。在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)中，玉米漿的添加比例不僅影響菌絲最大濃度、菌絲生長(zhǎng)、菌絲結(jié)構(gòu)和菌體代謝，還影響發(fā)酵周期和發(fā)酵效價(jià)。龐巧蘭等［23］研究了玉米漿的添加比例在青霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的影響。當(dāng)玉米漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．6%～4．0%（以玉米漿干物質(zhì)計(jì)）時(shí)，可在最大程度上提高發(fā)酵液質(zhì)量和降低發(fā)酵成本。

4．4 應(yīng)用中存在的問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)中，不同批次的玉米漿品質(zhì)差異較大，影響其作為氮源的穩(wěn)定性。為了在谷氨酸的發(fā)酵過(guò)程中避免此問(wèn)題，叢澤峰等［24］在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加了玉米漿水解液（10g／L），把玉米漿進(jìn)行水解，并優(yōu)化了發(fā)酵工藝，提高了發(fā)酵水平。有研究表明玉米漿中的天冬氨酸和蘋(píng)果酸是谷氨酸棒桿菌中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpyruvate carboxylase，PPC）的強(qiáng)抑制劑，解決該問(wèn)題時(shí)可將該菌株進(jìn)行基因組改造，獲得PPC酶營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，降低玉米漿中PPC酶抑制劑的作用，增加氨基酸的積累和轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)收益［25］。

5 結(jié) 論

由于玉米漿富含氨基酸、維生素、生長(zhǎng)因子和氨基酸的前體物，尤其是其中的VH和限制性氨基酸對(duì)菌體細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)酵和產(chǎn)酸、糖酸轉(zhuǎn)化率提高有積極作用。在調(diào)整生產(chǎn)工藝后，玉米漿可代替昂貴的有機(jī)氮源，如豆粕水解液、酵母粉和蛋白胨。玉米漿穩(wěn)定性差的問(wèn)題可以通過(guò)添加水解液和使用前嚴(yán)格檢測(cè)的方式解決，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮玉米漿在微生物發(fā)酵過(guò)程中積極作用。在微生物制藥產(chǎn)業(yè)中，大多數(shù)藥物都是通過(guò)發(fā)酵獲得，但長(zhǎng)期服用抗生素，會(huì)對(duì)機(jī)體造成損傷，并使機(jī)體產(chǎn)生耐藥性。獸用抗生素在畜牧養(yǎng)殖中應(yīng)用廣泛，開(kāi)發(fā)不含抗生素的微生物發(fā)酵飼料，可以在很大程度上解決抗生素濫用、藥物殘留和抗藥性問(wèn)題，為生產(chǎn)無(wú)抗生素的、富含多種氨基酸的飼料開(kāi)辟新的經(jīng)濟(jì)道路。