本发明涉及膜处理工艺，特别涉及一种提取玉米多肽和玉米黄色素的膜处理系统及处理工艺。
背景技术：
我国是传统型农业大国，其中玉米是最重要的农作物之一，也是世界三大农作物之一。据研究调查发现，现在我国的玉米种植面积已达到2600公顷，其产量超过1亿吨，居世界第二位，占我国粮食总产量的25%左右，占世界玉米总产量的20%左右。玉米中含有大量的淀粉，是生产淀粉最佳的原料之一。目前国内都是采用湿法来制备淀粉，市场上80%以上的淀粉都是以玉米为原料来进行生产，每制备67公斤淀粉需要100公斤玉米。用玉米生产淀粉，原料便宜，工艺简单，且得到的纯度也高，所以是最佳的淀粉原料之一。目前淀粉工业高速发展，国内外兴起了许多淀粉厂家，有数以百计的产品都是通过玉米淀粉为原料制备的，广泛地应用各个行业里面。由于市场需求不断的增大，导致许多玉米淀粉厂家不断地扩展，并且一些新的厂家也进入玉米淀粉行业，使得玉米的产量持续增长，同时，副产物玉米蛋白粉总量也在持续地增长。目前我国主要是将玉米蛋白粉排放，或作为粗饲料处理，这样不但浪费了资源，而且造成了环境污染，我们应当在生产玉米淀粉的同时，也对玉米蛋白粉进行深加工处理，开发玉米蛋白粉的经济价值。
玉米蛋白粉是用玉米湿法生产淀粉后主要的副产物，又称为玉米黄粉、玉米麸质粉。蛋白粉中含有大量的营养物质，比如有蛋白质、玉米黄色素、纤维素、维生素 A 和多种矿物质等。其中的蛋白质含量高达60%~70%，可分为4类，玉米玉米醇溶蛋白(Zein，68％)、谷蛋白(Glutelin，28％)、球蛋白(Globulins，1.2％)和白蛋白(Albumin)。其中的玉米黄色素是由多种色素组成的，包括玉米黄素（Zeaxanthin，3,3,-二羟基-β-胡萝卜素，分子式为 C40H56O2）、隐黄素（Cryptoxanthin，3-羟基-β-胡萝卜素，分子式为 C40H56O）和叶黄素（lutein，3,3-二羟基-α-胡萝卜素，分子式为 C40H56O2）等等。由于玉米蛋白粉的特殊气味和颜色，而且口感差，难溶于水，不容易被人体消化吸收，且缺乏机体所需的必须氨基酸，比如色氨酸、赖氨酸等等，所以的它的利用价值很低，常常被作为废弃物处理或者用于饲料工业。运用高新技术对玉米蛋白粉进行精深加工具有重大的意义，这样不仅能够提高企业的经济效益，而且能够保护环境。
多肽是由二十种氨基酸里面的几种或者多种氨基酸按照不同的排列方式组成的，某些多肽拥有着生理性功能，被称为功能肽。据科学家研究发现，人体摄入蛋白质是经过消化道中酶的作用后，大多数都是以小肽的方式吸收的，很少是以游离氨基酸的方式吸收。因为多肽多具有一定的功能性，以多肽的形式消化吸收，不仅能够补充人体所需的氨基酸，也能发挥出多肽的功能性，所以多肽的营养价值和生物效价都比游离氨基酸要高。除生理性功能以后，多肽还有很多优良的理化性质，比如良好的热稳定性、较好的耐酸性，粘度和水溶性对于浓度的变化并不敏感，因此多肽常被当成功能因子加入各类保健食品中，发展前景一片光明。由于玉米蛋白粉的在水相体系的水溶解性较差和一些特殊性气味，人体难以吸收它，而且分子中都是由不平衡的氨基酸组成的，所以工业上一般通过酶工程以及蛋白质工程技术，将玉米蛋白质水解成溶解性较好、分子量较小、易被消化吸收且具有生物功能性的玉米多肽，它不仅提高的了玉米蛋白的溶解度，而且增加了其他许多优良的功能性：（1）在蛋白的等电点下，不易沉淀；（2）稳定性好；（3）有着不错的起泡性和乳化性；（4）溶解性好、高浓度低粘度。除了拥有着良好的理化性质以外，还具有许多重要的功能性：（1）抗氧化；（2）降血压；（3）容易消化吸收；（4）促进酒精的代谢；（5）减轻机体疲乏感；（6）使血液中氨的浓度降低。因此，通过水解得到的玉米多肽对医疗领域也有重要的意义。
玉米黄色素是由叶黄素（C21H30O2，Lutein）、玉米黄素（C40H56O2，Zeaxanthin）和隐黄素（C40H50，Cryptoxanthin）等类胡萝卜素组成，是一种自然界广泛存在的天然色素，也是人们必须的一类化合物，它在玉米蛋白粉中约占0.02%-0.04%，即 0.2 mg/g -0.37mg/g。玉米黄色素是一种纯天然的色素，有着极高的营养价值，在食品工业上常被作为天然的着色剂，也常被添加到一些保健品中，它早已被欧美众多国家批准为实用色素，可以添加到食品工业中。我国也证明了玉米黄色素对人体有一定的保健和营养功能，并1986年也批准了玉米黄色素可以作为食品添加剂。近年以来，有许多针对玉米黄色素的功能性研究，表明其不但有抗菌消炎、防治心血管疾病、降血脂、降血压、抗突变等功效，而且还能够抗衰老、抗脂质过氧化、抗癌、防癌；较多的叶黄素、玉米黄素和维生素E，能够降低老年性白内障的概率，预防眼部黄斑退化目前针对玉米蛋白粉中的玉米黄色素主要有两种提取办法：（1）有机溶剂法，其中包括直接浸提法，水解法，运用超声波辅助有机溶剂提取法；（2）超临界CO2流体萃取法。有机溶剂使用的都是寻常设备，提取方法相对容易，而超临界技术需要的设备比较特殊，操作麻烦，分离过程比较繁琐。传统的提取工艺中，是把玉米蛋白粉与有机溶剂按照一定的比例放在恒温的水浴锅中进行提取，提取一段时间以后，离心，浓缩，烘干，最后得到玉米黄色素。这种提取方法虽然比较简单，但是也有一定的局限性，比如提取时间较长，使用有机溶剂比较多，导致提取成本比较高，但是提取率并不高，而且长时间进行高温提取的话，容易导致玉米黄色素被氧化变质，从而失去了其生理活性。
陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等经1600℃高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料。它是由孔隙率30%~50%、孔径50nm~15μm的陶瓷载体，采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称复合膜。它的结构通常为“三明治”式：支撑层（又称载体层）、过渡层（又称中间层）、膜层（又称功能分离层）。其中支撑层的孔径一般为1~20μm，孔隙率为30%~65%，其作用是增加膜的机械强度；中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透，厚度约为20~60μm，孔隙率为30%~40%；膜层具有分离功能，孔径从0.8nm~1μm不等，厚度约为3~10μm，孔隙率为40%~55%。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。陶瓷膜根据孔径可分为微滤（孔径大于50nm）、超滤（孔径2~50nm）、纳滤（孔径小于2nm）等种类。 陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与膜面垂直方向（径向）向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。
电驱动膜技术是指在电场力作用下离子通过选择性离子交换膜的膜分离过程，其核心部分为阴阳离子交换膜，即利用阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过的特性对溶液中离子进行选择性分离的技术。在电场力作用下，溶液中的阴阳离子发生定向迁移，从一部分水体迁移到另一部分水体，从而达到溶液分离、提纯和浓缩的目的。双极膜的出现，使电渗析的用途得到扩展。双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜复合而成的，在两层中间通常称为中间催化层。其原理为：在双极膜两侧加上电压时，溶液中的离子会发生定向迁移，与此同时水分子会透过阴阳离子交换膜进入到中间催化层，在两侧活性基团作用下发生电解生成氢离子和氢氧根离子，以此来充当电荷负载，消耗的水又通过周围溶液中的水向膜中间层渗透而得到补充。与常规电渗析相比，在双极膜作用下水解离速率被提高5千万倍以上，因此能耗大大降低，电渗析的应用范围也大大延伸。双极膜电渗析也属于电渗析应用范围，是通过将双极膜与离子交换膜相结合，组成不同的隔室（酸室、碱室和料液室），使其在酸碱制备领域有独特的优势。在一定的电压作用下，阴阳离子能分别通过阴阳离子交换膜，与双极膜产生的氢离子和氢氧根离子结合产生对应的酸和碱。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种提取玉米多肽和玉米黄色素的膜处理系统，该系统占地面积小、成本低且具有高效的玉米多肽和玉米黄色素的提取率与纯度。为此，本发明采用以下技术方案：
它包括粉碎装置，用于粉碎玉米蛋白粉；
预处理装置，用于将蛋白粉中的蛋白质水解；
酶解罐A，用于将从预处理后的料液进行酶解；
浓缩池，被配设为具有陶瓷膜系统和浓缩罐，酶解罐A的酶解液经过陶瓷膜系统浓缩至浓缩罐沉淀；
酶解罐B，用于将浓缩罐的沉淀物进行酶解；
离心处理装置，用于将酶解罐B的酶解液实现固液分离；
蒸馏设备，用于将离心处理后的沉淀物质蒸馏提取玉米黄色素；
过滤系统，包含陶瓷膜B和纳滤系统，用于将离心处理后的上清液过滤，经过纳滤系统形成玉米多肽浓缩液并经过冷冻干燥形成玉米多肽。
进一步的，所述系统还包括：
陶瓷膜A，所述浓缩池的上清液经过陶瓷膜A的透过液作为糖浆。
双极膜系统，从所述纳滤系统的透过液进入双极膜系统进行点解处理之后形成酸碱料液，回用于pH调节和膜处理设备的化学清洗。
进一步的，所述离心处理装置包括离心机，所述离心机为碟式离心机。
进一步的，所述系统还包括反渗透系统，离心处理设备处理产生的沉淀物质投入至乙醇中，经过反渗透系统浓缩后将浓缩液进入蒸馏设备，蒸馏后形成玉米黄色素产品。
本发明还提供了一种利用上述系统实现的处理工艺，它包括以下步骤：
1）将玉米蛋白粉经过粉碎装置机械粉碎，形成极细碎末状物质；
2）粉碎的蛋白粉进入预处理装置进行化学预处理工序，通过投加Na2SO3，并保温搅拌，促使蛋白粉中蛋白质的水解；
3）水解后的料液进入酶解罐A中，往酶解罐A中投加α-淀粉酶，调节最佳反应条件，酶解一段时间后将酶解液输送至浓缩池；
4）浓缩池作为陶瓷膜系统原水箱，经过陶瓷膜系统浓缩后浓缩液返回至浓缩罐，浓缩罐底部沉淀物进入酶解罐B；
5）酶解罐B中通过投加碱性蛋白酶进行酶解处理，酶解液通过离心处理装置的离心机离心处理之后实现固液分离；
6）离心处理后的上清液通过陶瓷膜B，经过过滤处理之后再进入纳滤系统，纳滤浓缩液为多肽料液，进行冷冻干燥后即形成玉米多肽产品；
7）离心处理产生的沉淀物质投入至乙醇中，并用反渗透系统进行浓缩，浓缩后的浓缩液进入蒸发设备，蒸发后形成玉米黄色素产品，反渗透系统透过液和蒸发冷凝液为乙醇，可重新回用于玉米黄色素的萃取。
进一步的，步骤4）中，陶瓷膜系统透过液为糖浆，可作为产品单独外售；
在步骤7）中，纳滤系统透过液为盐水，进入双极膜系统进行电解处理之后形成酸碱料液，回用于工艺中pH调节和膜处理设备的化学清洗。
进一步的，步骤3）中，所述α-淀粉酶的浓度为1.0~1.2%；
酶解温度控制在80~85℃；
酶解pH控制在6.0~6.5；
酶解时间控制在50~60min。
进一步的，步骤5）中，所述碱性蛋白酶的酶解最佳pH为9~9.5；
最佳底物浓度应控制在10~12%；
酶解温度应控制在45~50℃。
进一步的，步骤7）中，所述反渗透系统采用的是管式或碟管式反渗透膜组件；
所述反渗透系统的平均操作压力为1.0~1.5MPa；
所述反渗透系统的平均膜通量为25~30LMH；
所述反渗透系统的回收率为80~85%。
进一步的，所述玉米蛋白粉在资源化处理前需要进行粉碎处理，处理后达到200~250目。
进一步的，所述玉米蛋白粉粉碎处理之后进入化学预处理工序，通过化学处理方式打开蛋白质中间的疏水键、二硫键和氢键，破坏蛋白质的多级结构；
优选的，化学预处理选择药剂为Na2SO3；
优选的，Na2SO3的投加浓度为1.5~2.0g/L；
优选的，预处理控制温度为40~50℃。
进一步的，酶解罐A产生的酶解液进入浓缩池，通过陶瓷膜A进行浓缩处理，产生二糖为主的糖浆产品，优选的，陶瓷膜过滤孔径为20~30nm。
进一步的，所述纳滤系统的膜通量为15LMH，系统回收率为80%。
进一步的，双极膜对纳滤系统透过液进行电解处理，优选的，操作电流密度为0.2A/cm2，最终盐室料液盐浓度为0.05%以下。
进一步的，离心设备产生的沉淀物质通过乙醇浸提后进入反渗透系统，通过反渗透系统的浓缩和蒸馏设备的蒸发获得玉米黄色素，反渗透系统透过液和蒸馏设备冷凝液为乙醇，重新回用于浸提工艺，优选的，乙醇溶剂的浓度为95%。
本发明具有的优点如下：
1）通过本发明的陶瓷膜A处理系统，去除了大量二糖物质，形成了二糖产品（糖浆），提高了整套工艺的经济性；
2）通过本发明的陶瓷膜B处理系统，透析液中大分子物质明显减少，粘度降低，纳滤系统清洗周期延长；
3）陶瓷膜处理系统占地面积比使用沉淀装置更小，自动化程度提高，人工成本降低；
4）陶瓷膜系统能耐受酶解液的高温、耐腐蚀、耐污堵；
5）通过本发明的纳滤工艺能大大减少料液量，减少冷冻干燥系统的投资和运行成本；
6）通过本发明的纳滤系统能将多肽料液中的盐分进行脱除，降低产品盐含量，进而提高玉米多肽的品质；
7）通过本发明的冷冻干燥工艺，保证了产品的高活性；
8）通过本发明的双极膜系统能将脱除的盐分进行电解制酸碱重新回用于生产，实现废液的资源化回用；
9）通过本发明的反渗透系统，能减小蒸馏设备投资和运行成本，并实现了乙醇溶剂的回收；
10）通过本发明的陶瓷膜+纳滤+反渗透+双极膜处理系统对玉米蛋白粉进行处理，所获得的玉米多肽产品纯度高达95%，产品收率超过85%，质量高，经济效益显著；
11）通过本发明提供的处理工艺对玉米蛋白粉进行深加工具有广泛的应用前景，不仅进行资源综合利用，同时也开发了高价值的产品。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
参考附图。
实施例一：本发明所述的系统包括系统包括：
粉碎装置，用于粉碎玉米蛋白粉；预处理装置，用于将蛋白粉中的蛋白质水解；酶解罐A，用于将从预处理后的料液进行酶解；浓缩池，被配设为具有陶瓷膜系统和浓缩罐，酶解罐A的酶解液经过陶瓷膜系统浓缩至浓缩罐沉淀；酶解罐B，用于将浓缩罐的沉淀物进行酶解；离心处理装置，用于将酶解罐B的酶解液实现固液分离；蒸馏设备，用于将离心处理后的沉淀物质蒸馏提取玉米黄色素；
过滤系统，包含陶瓷膜B和纳滤系统，用于将离心处理后的上清液过滤，经过纳滤系统形成玉米多肽浓缩液并经过冷冻干燥形成玉米多肽。
实施例二：本发明还提供处理工艺包括以下步骤：
1）将玉米蛋白粉经过粉碎装置机械粉碎，形成极细碎末状物质；
2）粉碎的蛋白粉进入预处理装置进行化学预处理工序，通过投加Na2SO3，并保温搅拌，促使蛋白粉中蛋白质的水解；
3）水解后的料液进入酶解罐A中，往酶解罐A中投加α-淀粉酶，调节最佳反应条件，酶解一段时间后将酶解液输送至浓缩池；
4）浓缩池作为陶瓷膜系统原水箱，经过陶瓷膜系统浓缩后浓缩液返回至浓缩罐，浓缩罐底部沉淀物进入酶解罐B；
5）酶解罐B中通过投加碱性蛋白酶进行酶解处理，酶解液通过离心处理装置的离心机离心处理之后实现固液分离；
6）离心处理后的上清液通过陶瓷膜B，经过过滤处理之后再进入纳滤系统，纳滤浓缩液为多肽料液，进行冷冻干燥后即形成玉米多肽产品；
7）离心处理产生的沉淀物质投入至乙醇中，并用反渗透系统进行浓缩，浓缩后的浓缩液进入蒸发设备，蒸发后形成玉米黄色素产品，反渗透系统透过液和蒸发冷凝液为乙醇，可重新回用于玉米黄色素的萃取。
进一步的，步骤4）中，陶瓷膜系统透过液为糖浆，可作为产品单独外售；
在步骤7）中，纳滤系统透过液为盐水，进入双极膜系统进行电解处理之后形成酸碱料液，回用于工艺中pH调节和膜处理设备的化学清洗。
进一步的，步骤3）中，所述α-淀粉酶的浓度为1.0~1.2%；
酶解温度控制在80~85℃；
酶解pH控制在6.0~6.5；
酶解时间控制在50~60min。
进一步的，步骤5）中，所述碱性蛋白酶的酶解最佳pH为9~9.5；
最佳底物浓度应控制在10~12%；
酶解温度应控制在45~50℃。
进一步的，步骤7）中，所述反渗透系统采用的是管式或碟管式反渗透膜组件；
所述反渗透系统的平均操作压力为1.0~1.5MPa；
所述反渗透系统的平均膜通量为25~30LMH；
所述反渗透系统的回收率为80~85%。
进一步的，所述玉米蛋白粉在资源化处理前需要进行粉碎处理，处理后达到200~250目。
进一步的，所述玉米蛋白粉粉碎处理之后进入化学预处理工序，通过化学处理方式打开蛋白质中间的疏水键、二硫键和氢键，破坏蛋白质的多级结构；
优选的，化学预处理选择药剂为Na2SO3；
优选的，Na2SO3的投加浓度为1.5~2.0g/L；
优选的，预处理控制温度为40~50℃。
进一步的，酶解罐A产生的酶解液进入浓缩池，通过陶瓷膜A进行浓缩处理，产生二糖为主的糖浆产品，优选的，陶瓷膜过滤孔径为20~30nm。
进一步的，所述纳滤系统的膜通量为15LMH，系统回收率为80%。
进一步的，双极膜对纳滤系统透过液进行电解处理，优选的，操作电流密度为0.2A/cm2，最终盐室料液盐浓度为0.05%以下。
进一步的，离心设备产生的沉淀物质通过乙醇浸提后进入反渗透系统，通过反渗透系统的浓缩和蒸馏设备的蒸发获得玉米黄色素，反渗透系统透过液和蒸馏设备冷凝液为乙醇，重新回用于浸提工艺，优选的，乙醇溶剂的浓度为95%。