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目前玉米深加工行业仍然存在着综合利用程度不够,产品收益低,污染大等问题。究其原因是现有玉米加工行业是建立在传统提胚法分离的基础上,关键技术没有根本性突破,难以经济有效地实现组分分离,阻碍了玉米高值化的发展。本论文将汽爆技术用于玉米组分分离,以期探索汽爆玉米组分高值化的新模式。
(1)建立汽爆玉米组分分离工艺体系,确定汽爆对玉米进行组分分离的优化工艺参数为:将含水量大于30％的玉米籽粒用1.0-1.5 MPa的压力维压3-5 min。发现汽爆分离的条件与玉米籽粒的含水量、结构致密程度等因素有关。与干法和湿法提胚相比,汽爆玉米组分分离不仅在玉米组织层面上有很好的分离效果,还可以使组织内部结构松散,且淀粉发生一定的糊化,这些特点为高值化利用提供了基础。
(2)探索汽爆分离的玉米胚乳黄色素的提取过程以及动力学,优化出最佳提取条件为:以95％乙醇为溶剂,液固比为5:1(v/w),原始pH,60℃振荡提取1 h,两次提取。在此条件下,汽爆玉米胚乳黄色素的提取率为96.5％。汽爆玉米胚乳的黄色素提取量是湿法和干法制备的玉米胚乳的三倍以上,且在10 min就能够达到最大提取量的85.7％,且所得黄色素的温度稳定性和光稳定性不受影响。借助黄色素提取动力学研究,进一步揭示出汽爆有利于黄色素的提取。
(3)进一步建立汽爆玉米胚乳醇溶蛋白和黄色素的联合提取工艺,其最佳提取条件为:以70％乙醇为溶剂,液固比10:1(v/w),原始pH,60℃振荡提取1 h,两次提取,醇溶蛋白的提取量为19.27 mg/g,黄色素的提取率达到85.2％。汽爆法的黄色素提取量约为湿法和干法的三倍,而汽爆法醇溶蛋白提取量与湿法和干法的相近。将汽爆法、湿法和干法所得玉米用于乙醇发酵,揭示出汽爆可缩短玉米发酵前高温预糊化的时间,不仅有利于发酵生产乙醇,而且可以降低能耗。
(4)建立玉米醇溶蛋白与粘胶混合纺丝制备新型玉米醇溶蛋白粘胶纤维的新工艺,所制备的玉米醇溶蛋白粘胶纤维的机械性能参数以及标准回潮率(14.1％)均优于纯粘胶纤维。通过电镜及红外光谱分析玉米醇溶蛋白粘胶纤维的微观结构,发现它是以粘胶为骨架,蛋白附着在粘胶上,混纺并未使粘胶以及醇溶蛋白的主要化学键产生变化,因此所制备的纤维兼有二者的优点。
(5)探索了汽爆预处理玉米皮强化纤维素酶解的可行性。在1.5 MPa维压5 min的汽爆条件下,汽爆玉米皮酶解率达到70.7％,比粉碎玉米皮酶解率提高数十倍。进一步通过电镜及玉米皮组分分析发现天然玉米皮结构致密,难以酶解,而汽爆可有效提高纤维素酶对纤维素的可及性,提高酶解效率。
(6)综合上述研究结果,通过技术经济分析比较以汽爆为核心的玉米组分分离高值化产业链集成模式,提出了“汽爆+发酵”、“汽爆+醇溶蛋白和黄色素联产+发酵”玉米高值化的新技术体系,与常规玉米利用方式相比,能耗低、污染小、经济性好,具有广阔的前景。