传统的玉米淀粉工业生产中采用0.2%的SO2水溶液浸泡玉米,SO2能打破玉米淀粉外层蛋白质的二硫键,破坏蛋白质的网状结构,释放玉米淀粉。在浸泡的过程中加入0.5%的乳酸可以促进玉米吸水膨胀与蛋白质的溶出。但SO2工艺浸泡时间长、污染环境、废水排放量大,因此限制了淀粉生产工业的发展。找到合适的方法取代SO2浸泡工艺,可以降低玉米淀粉生产引起的环境污染问题。本文研究了玉米胚乳中淀粉与蛋白的结合机理以及不同结合力对玉米淀粉提取效果的影响,为玉米湿磨新工艺方法的确定提供理论依据。本文作为国家自然基金课题“微生物发酵酸浆絮凝淀粉机理研究”的一部分,将分离甘薯淀粉用的具有絮凝活性的发酵酸浆应用到玉米淀粉的生产工艺中。采用新的试剂与中国传统酸浆法结合研发环境友好型玉米湿磨工艺。研究内容和研究结果如下：1.在玉米胚乳中玉米淀粉颗粒被包裹在蛋白质基质中,很难采用物理方法分离玉米淀粉。研究玉米淀粉与蛋白的结合机理,可以进一步为玉米淀粉的分离提供理论基础。实验采用红外光谱和拉曼光谱测定了玉米淀粉、玉米粉、玉米淀粉与蛋白的结合物、玉米淀粉与蛋白的混合物特征基团的变化,通过基团变化推断淀粉与蛋白的结合方式。实验结果表明,玉米胚乳中淀粉与蛋白质存在分子缔合效应,这可能是分子间的氢键引起的。在淀粉与蛋白质分离的过程中二硫键结构变化显著。玉米胚乳中蛋白质的二硫键是以扭曲-扭曲-反式存在的,在淀粉与蛋白的分离过程中,二硫键被打破并重新组合生成二硫键常见的三种模式,当再次被氧化并与玉米淀粉结合时又以扭曲-扭曲-反式存在。因此,影响玉米淀粉与蛋白质分离的主要结合力为二硫键,其次为氢键。2.玉米淀粉与蛋白质紧密结合,在玉米淀粉的生产过程中需要破坏淀粉与蛋白质间的结合力才能分离玉米淀粉。采用了不同化学试剂处理玉米浆,研究结合力对玉米淀粉提取效果的影响。一些低毒或无毒性的试剂(如半胱氨酸,尿素,NaCl, SDS等等)添加到玉米浆中打破或削弱氢键、二硫键、疏水作用、静电作用或这些结合力的组合。结果表明,采用L-半胱氨酸打破二硫键能够容易的分离玉米淀粉和蛋白。氢键,二硫键,静电作用的处理顺序对玉米淀粉提取率的影响最大。扫描电子显微镜表明,试剂处理未破坏淀粉颗粒的结构。3.L-半胱氨酸是具有活泼巯基(-SH)的氨基酸,能够还原蛋白质分子之间和蛋白质分子内部的二硫键,破坏蛋白质的空间结构,释放玉米淀粉,因此L-半胱氨酸适合取代SO2应用到玉米淀粉的湿磨工艺中。为了进一步考察L-半胱氨酸溶液对玉米淀粉及蛋白分离作用的影响,将玉米粒用具有絮凝活性的酸浆浸泡24 h后磨浆,加入L-半胱氨酸搅拌,通过测定巯基含量和淀粉质量,考察L-半胱氨酸溶液作为还原剂对玉米淀粉及蛋白结合作用的影响。由于玉米淀粉与蛋白质在自然沉降的条件下不易分离,因此浸泡的过程中加入具有絮凝活性的玉米酸浆,能有效的分离处理后的玉米淀粉与蛋白质,有利于淀粉含量的测定。当L-半胱氨酸用量为1%、作用时间4.2 h、溶液pH值为6.5时L-半胱氨酸溶液对玉米淀粉及蛋白结合作用的影响最大。4.在玉米湿磨工艺中,玉米自带的乳酸菌发酵产生乳酸,促进玉米粒吸水膨胀,加速蛋白质的溶解,有利于玉米淀粉与蛋白质的分离。在生产中也经常人工加入乳酸或接入乳酸菌来提高浸泡效率。以酸浆中具有絮凝淀粉活性的副干酪乳杆菌取代普通乳酸菌浸泡玉米,不但可以促进加速玉米粒的浸泡速度并促进蛋白质的溶解。而且副干酪乳杆菌具有絮凝活性,能使淀粉颗粒聚集,加速淀粉沉降,有效加速了玉米淀粉与蛋白质的分离。将生产甘薯淀粉的酸浆中筛选出的副干酪乳杆菌接入到玉米汁中,发酵成玉米酸浆,浸泡玉米粒,研究酸浆用量、浸泡时间和浸泡温度对玉米淀粉及蛋白结合作用的影响。结果表明,当副干酪乳杆菌接种量为10%,乳酸含量为2.8%,巯基含量最高,为334.48 μmol/g,此时的吸水率和蛋白质溶解度也较高。副干酪乳杆菌发酵液的最佳浸泡时间为48 h。30℃时吸水率与可溶性蛋白质增量均较高,巯基含量也较大。因此,酸浆有效促进了玉米吸水膨胀,增加了蛋白质的溶解度,削弱了淀粉与蛋白质之间的连接,有利于淀粉提取。5.玉米酸浆中的副干酪乳杆菌不但能够产生乳酸促进浸泡效果,而且具有絮凝活性,加速淀粉分离,因此,玉米酸浆适合应用到玉米淀粉的湿磨工艺中,提高生产效率。试验采用酸浆与L-半胱氨酸结合浸泡玉米粒,并与其他浸泡液浸泡效果进行比较,为进一步采用酸浆与L-半胱氨酸生产玉米淀粉提供研究基础。分别采用不同浸泡液,在30℃下浸泡玉米粒。每隔一段时间测定玉米粒的吸水率和溶液中可溶性蛋白质含量来比较不同浸泡液对玉米粒浸泡效果的影响。由比较结果可以看出,酸浆浸泡效果优于乳酸,由于L-半胱氨酸的分子较大,酸浆+L-半胱氨酸浸泡效果略差于与酸浆+SO2组,因此在后续的研究中可以采用玉米碎粒,加大玉米粒与L-半胱氨酸的接触面积。通过低场核磁共振研究了酸浆浸泡玉米粒的水分状态变化,在0-8 h,随着浸泡时间的延长结合水迅速增加。玉米粒中结合较弱的不易流动的水在12 h之前波动较大,36 h-50 h酸浆组不易流动水趋于稳定。0-36 h自由水的变化缓慢,36 h后迅速增长。6.为了减少环境污染,采用了L-半胱氨酸打破二硫键,替代传统玉米湿磨工艺中‘的SO2,浸泡玉米碎粒,分离玉米淀粉。在浸泡的过程中加入具有絮凝活性的副干酪乳杆菌副干酪亚种L1发酵液制成的玉米酸浆,防止有害微生物的生长,酸性环境有利于加强L-半胱氨酸的还原性,有效促进蛋白质的溶解。浸泡后的玉米粒通过磨浆,过筛除纤维后,淀粉在副干酪乳杆菌副干酪亚种L1的作用下聚集成片状,迅速沉降,与蛋白质分离。通过测定浸泡液中可溶性蛋白质的增量和淀粉提取率考察酸浆的用量、菌种接入量、浸泡时间、浸泡pH、浸泡温度以及L-半胱氨酸用量对此工艺的影响。通过单因素试验结果,采用响应面法确定最佳湿磨工艺。最佳参数为：自然发酵酸浆用量为1：4(w/v),浸泡时间为48h、浸泡pH 7、浸泡温度30℃、L-半胱氨酸用量为1.5%,淀粉提取率的最大值为93.21%。试验结果表明酸浆与L-半胱氨酸协同作用的湿磨工艺得淀粉提取率较为理想,有效的降低了传统玉米湿磨工艺中由SO2浸泡引起的环境污染。7.为了更好的将酸浆与L-半胱氨酸协同作用分离出的玉米淀粉应用到淀粉产品中,实验分析了酸浆与L-半胱氨酸协同作用下分离出的玉米淀粉(ALS)的理化性质。同时测定了酸浆与S02分离的淀粉(ASS)和商业玉米淀粉(CS),比较不同分离方法对玉米淀粉性质的影响。结果表明,ALS直链淀粉含量最低,平均颗粒尺寸最小,膨胀力和溶解度最大。扫描电子显微镜表明,ALS颗粒表面有许多小孔。三种淀粉的X-射线衍射图谱表明都是典型的A型。ALS的峰值粘度和破损值均高于ASS和CS。