玉米蛋白资源的开发

玉米子粒的蛋白质总量一般约为10%。其中胚芽中含20%，胚乳中含76%。玉米的蛋白质可分为4种，即白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白。根据其溶解度的不同，可分别从玉米中分离出来。首先用水浸提，溶出的是白蛋白，再用盐水浸提，溶出的是球蛋白，再用70%的酒精浸提，溶出的是醇溶蛋白，最后用稀碱浸提，得到的是谷蛋白。

在湿法玉米淀粉的加工过程中，玉米中所含蛋白质分别存在于3种副产品中。

水溶性的蛋白质在第一工序浸泡过程，进入了浸泡液，浸泡液浓缩后，得到商品玉米浆，主要用于抗生素生产的营养源。玉米浆的干物质，约为玉米总重的6.5%～7%，其中除了可溶性蛋白质以外，还有在浸泡过程中溶出的其他可溶物，如糖分、灰分、乳酸等物质，一般玉米浆的干物质浓度为70%左右，其中蛋白质44%～45%，灰分15%，植酸3%，糖分3%。

经分离出的胚芽榨油后，获得的胚芽饼胚芽一般亦为玉米子粒的10%左右，但在玉米湿法加工中，从胚芽分离器中获得的干胚芽，约为玉米重的7%～8%。干胚芽经榨油后，其胚芽饼含蛋白质25%。胚芽饼蛋白质是玉米蛋白中生物学价值最高的蛋白质，目前也主要用作饲料。国外有研究利用低温浸出胚芽的胚芽粕，制取玉米胚芽蛋白乳饮料。

玉米蛋白粉是从淀粉乳分离蛋白质时得到的黄浆水，经过滤得到的不溶于水的蛋白质，俗称黄粉子。玉米蛋白粉含蛋白质60%以上，有的达到70%，其余是20%的淀粉和约13%的纤维。玉米蛋白粉中所含的蛋白质主要是醇溶蛋白。

玉米醇溶蛋白水解后含有较多的谷氨酸和亮氨酸，但缺少甘氨酸和赖氨酸。水解玉米醇溶蛋白所得氨基酸的构成见表3-2。

表3-2 玉米醇溶蛋白中氨基酸的构成（%）

玉米醇溶蛋白的等电点于pH值5.6～6.4之间。

玉米谷蛋白占玉米蛋白质的40%，它的水解产物和醇溶蛋白不同，其构成如下表3-4。

表3-4 玉米谷蛋白中氨基酸的组成（%）

谷蛋白的等电点在pH值6.45。

醇溶蛋白在玉米中含量约4%，是谷物类所共有的一种蛋白质。其特点是不溶于水，而溶于醇类水溶液，如70%～80%的酒精，也溶于十二烷基硫酸钠水溶液。醇溶蛋白分为α-玉米醇溶蛋白和β-玉米醇溶蛋白两种。α-玉米醇溶蛋白能溶于95%的酒精，占醇溶蛋白的80%，其余的为β-玉米醇溶蛋白，能溶于60%的酒精，但不溶于95%的酒精。玉米醇溶蛋白是不均匀的，平均相对分子质量为44 000。玉米醇溶蛋白的一部分是由二硫键联结起来，将二硫键还原，相对分子质量便减少。电泳法证明，β-玉米醇溶蛋白的二硫键断裂后，即成为α-玉米醇溶蛋白，其相对分子质量约为21 000。实验证明，玉米醇溶蛋白的分子形状是棒形，分子轴比为25：1至15：1，这是它易于形成薄膜的原因。

谷蛋白也是玉米中的主要蛋白质，约占4%，主要是由二硫键联接起来的各种不同多肽所组成的高分子化合物。能溶于稀碱液，不溶于水，也不溶于盐和醇溶液。

白蛋白、球蛋白是生物学价值较高的蛋白质，但在玉米中含量极少，不到2%，主要分布在玉米胚芽中。

在玉米湿法加工生产淀粉的企业，可以从淀粉乳中分离出对玉米5%～6%的玉米蛋白粉。这种玉米蛋白粉含蛋白质达60%，但因其缺少赖氨酸、色氨酸等人体必需氨基酸，所以生物学价值低，过去均作为低价值饲料蛋白出售，国际上每吨仅200多美元，国内价2 500元左右。因此，研究利用玉米蛋白粉中所含的醇溶蛋白，开发其新用途，得到国内外研究工作者的注意。据日本报道，用60%的酒精100毫升可溶入30g的玉米醇溶蛋白，这种醇溶蛋白具有很强的耐水性、耐热性和耐脂性。在食品工业中，醇溶蛋白可以作为被膜剂，即以喷雾方式在食品表面形成一个涂层，可防潮、防氧化，从而延长食品货架期。喷在水果上，还能增加光泽。据说，90%的乙醇萃取液可直接用于食品工业。此外，还能用于药物的长效囊膜。现在日本、美国、英国均有玉米醇溶蛋白生产，每千克价格约17.6美元。

制取醇溶蛋白有两条工艺路线：一种方法是先用烯烃除去玉米蛋白粉中所含的脂肪和部分色素，然后用醇类萃取、分离、精制；另一种方法是直接用异丙醇萃取，亦称一步法。

现将一步法制取醇溶蛋白的方法介绍如下：

将玉米淀粉生产的副产品玉米蛋白粉，用4倍体积的热异丙醇溶液（浓度86%），混合搅拌以溶出蛋白质。用离心机分离掉不溶性残渣，回收浸出液，其醇溶蛋白的浓度为6%。以浓度50%的氢氧化钠，处理浸出液，使pH值达11.5，在70℃保持30分钟，防止凝胶。冷却后用盐酸调节pH值至5.6，过滤，用同体积的己烷和滤液混合，分成两层。上层为己烷层，含有溶入的油脂、胡萝卜素等。下层为50%异丙醇层，含醇溶蛋白25.0%，泵入迅速冷却的10℃的水中，醇溶蛋白沉淀，过滤，用冷水洗涤，经喷雾干燥得玉米醇溶蛋白。

为了简化工艺，省去己烷处理，只用异丙醇溶剂处理。其方法如下：88%的异丙醇水溶液，含有0.25%的氢氧化钠，于60℃浸提玉米蛋白粉，用离心机分离掉残渣，澄清的浸出液冷却到-15℃，醇溶蛋白沉淀于底部，将上层清液分去，得到浓度为30%的醇溶蛋白，在真空下干燥，得到产品为玉米蛋白粉总量的20%～24%。此法获得的醇溶蛋白，含有3%～4%的油脂，可用醇水溶液重新沉淀，使油脂降至1%～2%。这种醇溶蛋白易溶于90%的酒精中，当容易挥发的酒精挥发后，就生成透明光亮的高强度的薄膜。这种薄膜耐油，对微生物也有抵抗力。为了提高醇溶蛋白的韧性，可在醇溶蛋白中加入能溶于乙醇的增塑剂，如高级二醇及甘油酯等。利用玉米醇溶蛋白的成膜性质，国外将它大量用于医药的片剂生产，即将90%酒精的玉米蛋白溶液喷于药片上做保护层，要比用糖衣保护节约人力。日本昭和产业公司从玉米中提取的醇溶蛋白称为醇溶谷蛋白，每100克60%的酒精溶液可溶30g醇溶谷蛋白。这种醇溶谷蛋白具有很强的耐水性、耐热性、耐油性，能喷涂在食品表面，作为可食用的防湿防氧化膜，从而延长食品的保鲜时间。在水果保鲜方面也有一定功效。

玉米醇溶蛋白在碱性（pH值11.3～12.7）溶液中溶解，因而可以纺丝，用甲醛处理后做成很好的纤维。

玉米蛋白粉的蛋白质含量，根据加工工艺的不同，在50%～70%。目前玉米蛋白粉大部分作为饲料。由于玉米蛋白的氨基酸构成中，谷氨酸含量较高，所以玉米蛋白可以做谷氨酸的原料或做生产酱油的原料。

在各种不同原料的蛋白质中，以小麦面筋的谷氨酸含量最高，达35%，而大豆蛋白质中谷氨酸只有18%。玉米蛋白质的谷氨酸居中，为26.9%。

谷氨酸除了是味精的原料以外，在医药上也有很重要的用途。因为谷氨酸虽然不是必需氨基酸，但在氮代谢中，与酮酸发生氨基转移作用，而生成其他氨基酸。脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其他氨基酸。当葡萄糖供应不足时，谷氨酸能起脑组织能源的作用。因此对改进和维持脑机能是必要的。谷氨酸对于神经衰弱、易疲劳、记忆力衰退、肝性脑病等有一定疗效。

谷氨酸和其他氨基酸一样，是典型的两性化合物，分子中既有羧基，也有氨基。在一定条件下，可离解成带正电荷的阳离子或带负电荷的阴离子。

当溶液的pH小于某种氨基酸的等电点（pI）时，该氨基酸的净电荷为正，反之为负。玉米蛋白经盐酸水解后，生成混合氨基酸溶液，再通过强酸性阳离子交换树脂，使氨基酸吸附在树脂上，然后用氨水为洗脱剂，利用不同氨基酸对阳离子交换树脂的不同亲和力，将其先后洗脱下来。先洗下来的是酸性液，中间是中性液，最后是碱性液。把pH值4.5以下的含有酸性氨基酸的洗脱液，再用阴离子交换树脂处理，进一步分离就能得到纯L-谷氨酸。具体制备方法如下。

（1）玉米蛋白粉的水解。取含蛋白质60%的玉米蛋白粉，以液比3：1加入水和6摩尔/升的盐酸，于108℃常压水解24小时，获得蛋白水解液。

（2）脱色。由于水解液尚有残渣，色深。须先经过滤，除渣。滤液加入3%的活性炭，于70～80℃脱色0.5小时，然后过滤，得脱色液。

（3）交换。脱色液先经过阳离子交换树脂，氨基酸被吸附，用蒸馏水洗涤树脂中的氯离子及杂质，后用0.2摩尔/升的氨水洗脱，收集pH值4.5以下的洗脱液。将阳柱洗脱液通过阴离子交换树脂，用蒸馏水洗涤树脂中氨离子至中性，然后用0.05摩尔／升盐酸液洗脱，分别收集洗脱液，可得到主要成分为谷氨酸的组分。

（4）精制。谷氨酸洗脱液经真空浓缩至有结晶析出，缓冷放置一夜，即结晶完全，经分离得到谷氨酸结晶。在阳柱的洗脱液中pH值5～8部分，可分离提取亮氨酸；在阴柱洗脱液中pH值2.5以下部分，可分离天门冬氨酸。鉴于醇溶蛋白水解物中不仅含有较多的谷氨酸，而且还富含亮氨酸，亮氨酸是必需氨基酸，在医药和临床方面有重要用途。所以从玉米醇溶蛋白中分离亮氨酸，也是十分有价值的工作。从玉米醇溶蛋白中分离亮氨酸主要步骤：将玉米蛋白水解液中和脱色以后，在不同酸碱度的条件下，先分离其他氨基酸，然后浓缩，使生成结晶，由于食盐和亮氨酸易于结晶，而谷氨酸尚溶于浓缩物中，使亮氨酸和谷氨酸分开，然后将食盐和亮氨酸的结晶混合物用盐酸醇化、加热，滤除食盐结晶，滤液为亮氨酸盐酸溶液。再经沉淀提纯分离结晶得到亮氨酸。其得率达玉米蛋白的10%。

玉米蛋白粉虽然是从玉米中分离出来的，本来可以作为食品的配料，以提高食品的蛋白质含量，并且玉米蛋白粉具有鲜艳的黄色，还可以改善食品的色泽。但是玉米蛋白粉有一种不愉快的风味，所以不被食品工业采用。为此在决定采用玉米蛋白粉作食品添加配料时，一定要先对玉米蛋白粉作脱臭处理。

一般脱臭处理指的是用溶剂处理，只要不使蛋白质溶解，而使油脂及异味去除。常用的溶剂主要有醋酸乙酯或醋酸乙酯和水（93.9：6.1）的二元溶剂，在70～72℃，液比8：1，萃取0.5～1小时，然后将萃余物用热水洗涤，热水用量为10倍，洗涤完毕，用真空低温干燥，便能得到安全脱除异味能用于食品配料的玉米蛋白粉。

这种精制过的玉米蛋白粉，吉林省做过不少食品配料的试验，经品评，口感良好，产品质量符合卫生要求。例如：以玉米蛋白粉，配以奶粉、砂糖、淀粉，经巴氏灭菌、均质、冷却、老化、硬化制成冰淇淋，色泽鲜黄，口味良好并降低产品成本。又如将玉米蛋白粉代替5%的淀粉加到香肠中，口味良好，弹性及保水性达到原有产品的水平。

考虑到玉米蛋白粉为非全价蛋白，用于食品做蛋白源配料，可以和大豆粉复配，使氨基酸互补。例如用37%的玉米蛋白粉和63%的大豆粉的混合物，由于大豆中含硫氨基酸相对要少，而玉米蛋白粉中赖氨酸、色氨酸较少，两者配合，其氨基酸构成，能和国际粮食和卫生组织推荐的合理氨基酸构成相近。

除了玉米蛋白粉脱除异味后用于食品配料以外，还可作为蛋白源代替大豆发酵制酱和酱油。例如：以玉米蛋白粉代替部分大豆，再加玉米面、麸皮、盐等。经过混合，在蒸煮锅上煮30分钟，待冷到40℃，接种米曲霉，接种量为0.3%～0.4%，在32～34℃保温培养，36h后出曲。曲放在发酵罐，加盐水，发酵3天后，温度控制45～50℃，14～15天，发酵结束，磨酱得成品。经检测，产品含食盐18%～25%，总酸0.7%～0.8%，还原糖4.3%～4.4%，水分44%～52%，符合国家规定的指标。

玉米蛋白粉俗称黄粉子，呈鲜艳的黄色，所以可以掺入糕点等起着色作用。但不能使用在油类液态食品的着色，因玉米蛋白粉主要含有的是蛋白质和淀粉，只有把玉米蛋白粉中的黄着色剂分离出来，才能成为一种商品色素，应用于食品加工。玉米蛋白粉中含有的黄着色剂经分离出来后，称玉米黄，这是我国食品添加剂使用卫生标准（GB2760-1996）规定使用的一种黄着色剂，标准规定可用于人造黄油、人造奶油、糖果等，最大使用量为5克/千克。

玉米黄是3，3’-二羟基-β-胡萝卜素，分子式为C₄₀H₅₆O₂。其次是隐黄素，3-羟基-β-胡萝卜素，分子式为C₄₀H₅₆O。

玉米黄的提取工艺一般是溶剂法，因为玉米黄是油溶性色素，从玉米蛋白粉中分离玉米黄，选用油脂的溶剂，即可将玉米蛋白粉中的玉米黄和油脂萃取出来，获得浆状玉米黄产品。常用的溶剂有正己烷、醋酸乙酯、酒精等。其提取工艺流程如下：

提取技术应该注意的问题是玉米蛋白粉的水分不能高于10%，过高的水分容易影响萃取效果；萃取的温度，可以在室温或在60～70℃时进行，温度高时萃取效果好，但考虑到萃取设备的气密性，溶剂易挥发等安全性，宜在低温下操作；萃取时间应在1小时左右（指浸泡时间），为了提高得率，应反复萃取几次，一般到4次，比较经济。玉米蛋白粉经萃取完毕，集中萃取液，经蒸馏脱除溶剂，蒸发浓缩，便得成品，得率约为玉米蛋白粉的6%。