Der Einsatz des ARACUS Aminosäureanalysators ermöglicht eine präzise Bestimmung des Aminosäuregehalts in Mais und Maissirup und leistet damit einen entscheidenden Beitrag zur Züchtung von lysinreichem Qualitätsproteinmais sowie zur Effizienzsteigerung der industriellen Aminosäurefermentation. Maissirup, reich an Aminosäurevorstufen, dient dabei als kostengünstige Stickstoffquelle und fördert die nachhaltige Nutzung agroindustrieller Nebenprodukte. Die exakte Analyse unterstützt die Optimierung von Fermentationsprozessen und die wirtschaftliche Herstellung essenzieller Aminosäuren wie Lysin und Glutamat.
Der Einsatz des Aminosäureanalysators ARACUS macht die Rolle von Maissirup bei der Aminosäurefermentation deutlich
Unter allen Getreidearten hat Mais die größte Anbaufläche in China und eine große Anbaufläche in der Welt. Weltweit werden jährlich etwa 841 Millionen Tonnen Maiskörner produziert, bei uns sind es über 200 Millionen Tonnen, die hauptsächlich als Futtermittel für die Tierhaltung verwendet werden. Allerdings ist der Proteingehalt, insbesondere der Lysingehalt, in gewöhnlichen Maiskörnern gering.
Maisprotein, das hauptsächlich aus Zein besteht, weist einen Mangel an essenziellen Aminosäuren wie Lysin und Tryptophan auf, was seine Ernährungsqualität für Monogastrier einschränkt (Wu & Messing, 2014).
Lysin als essentielle Aminosäure
Lysin ist einer der wichtigsten Nährstoffe für das Wachstum und die Entwicklung von Vieh und Geflügel. Es kann vom Körper nicht synthetisiert werden und muss mit der Nahrung aufgenommen werden. Daher muss bei der Verwendung von herkömmlichem Mais als Futtermittel für monogastrische Tiere eine große Menge an Proteinfuttermitteln wie Bohnenkuchen und Industrielysin zugesetzt werden. Dies erhöht nicht nur die Kosten für Futtermittel in der Tierhaltung, sondern verursacht aufgrund der geringen Verdaulichkeit von herkömmlichem Mais auch eine enorme Lebensmittelverschwendung. Mischfuttermittel mit hochwertigem Proteinmais haben Vorteile in Bezug auf Fleischanteil, Fütterungsdauer und Fütterungskosten, was in Versuchen nachgewiesen wurde.
Die Einführung von Qualitätsproteinmaissorten (QPM) mit erhöhtem Lysin- und Tryptophangehalt verbessert nachweislich die Wachstumsleistung der Tiere und die Futtereffizienz (Krivanek et al., 2007).
Bei der Züchtung von Mais mit hohem Proteingehalt müssen zahlreiche Tests durchgeführt werden, um den Lysingehalt des Maiskeimplasmas mit hohem Lysingehalt zu bestimmen. Der Aminosäureanalysator kann den Lysingehalt in den Maiskörnern nachweisen, so dass gewöhnlicher Mais und Mais mit hohem Lysingehalt unterschieden werden können und eine Grundlage für den Lysingehalt in den Maiskörnern für die Züchtung von hochwertigem Proteinmais geschaffen werden kann.
Die Aminosäureanalyse mittels Techniken wie HPLC mit Nachsäulenderivatisierung ermöglicht eine genaue Quantifizierung des Lysingehalts in Zuchtprogrammen und bei der Qualitätskontrolle (Cohen & Michaud, 1993).
Bestandteile von Maissirup
Maissirup ist ein Nebenprodukt der Maisstärkeherstellung im Nassmahlverfahren. Er enthält hohe Mengen an schwefliger Säure, Polypeptiden, Polysacchariden, Proteinen und verschiedenen Aminosäuren wie Arginin, Glutaminsäure, Histidin, Phenylalanin, Alanin und β-Phenylethylamin. Zu den Hauptanwendungen gehören das Sprühen zur Herstellung von Faserfutter, die Verwendung als Zusatzstoff für Mehrnährstoffdünger und die Stickstoffversorgung bei der Fermentation. Viele Bestandteile des Sirups sind Vorstufen für die fermentative Aminosäureproduktion. Diese freien Aminosäuren machen 25 % der Trockenmasse des Maissirups aus. Wird Maissirup 18 Stunden lang mit Salzsäure hydrolysiert, werden Peptide und Proteine zu Aminosäuren hydrolysiert, deren Gehalt über 50 % der Trockenmasse erreichen kann.
Hydrolysierter Maissirup wurde erfolgreich als Stickstoff- und Kohlenstoffquelle in mikrobielle Fermentationssysteme integriert, wodurch die Produktionsausbeute industrieller Aminosäuren wie Glutamat und Lysin gesteigert wurde (Liu et al., 2018).
Derzeit macht die Gesamtmenge an Maissirup, die im Aminosäurefermentationsprozess zugesetzt wird, nur einen kleinen Teil der Maissirupproduktion aus. Der Großteil wird zum Spritzen von Faserfutter oder zur Herstellung von Mehrnährstoffdünger verwendet.
Maissirup dient als Stickstoffquelle und Wachstumsfaktor bei der Aminosäurefermentation. Der Gehalt an Biotin und restriktiven Aminosäuren hat großen Einfluss auf die Fermentation verschiedener Aminosäuren. Er ist eine sehr kostengünstige und effektive organische Stickstoffquelle bei der Fermentation. Daher ist die Erhöhung der Maissirupmenge, um Stickstoffquellen wie Sojamehlhydrolysat, Hefepulver und Haarpuder zu ersetzen oder zu reduzieren, der wirtschaftlichste Weg zur Senkung der Produktionskosten.
Die Optimierung der Maissirupnutzung senkt nicht nur die Produktionskosten, sondern unterstützt auch einen Kreislaufwirtschaftsansatz durch die Verwertung agroindustrieller Nebenprodukte (Zhang et al., 2021).
Forscher, die die Rolle von Maissirup bei der Aminosäurefermentation untersuchen, liefern praktische und theoretische Grundlagen für eine verstärkte Verwendung von Maissirup.
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Quellen:
- Wu Y, Messing J. „Proteome balancing of the maize seed for higher nutritional value.“ Front Plant Sci. 2014;5:240. doi:10.3389/fpls.2014.00240
- Krivanek AF, de Groote H, Gunaratna NS, Diallo AO, Friesen D. „Breeding and disseminating quality protein maize (QPM) for Africa.“ Afr J Biotechnol. 2007;6(4):312-324
- Cohen SA, Michaud DP. „Synthesis of a fluorescent derivatizing reagent, 6-aminoquinolyl-N-hydroxysuccinimidyl carbamate, and its application for the analysis of hydrolysate amino acids via high-performance liquid chromatography.“ Anal Biochem. 1993;211(2):279-287. doi:10.1006/abio.1993.1270
- Liu X, Jiang Y, Tang Q, et al. „Utilization of corn steep liquor as an alternative nitrogen source for amino acid fermentation: Review.“ Bioresour Technol. 2018;249:352-361. doi:10.1016/j.biortech.2017.10.034
- Zhang L, Liu R, Yin X, et al. „Sustainable valorization of corn processing by-products: applications in fermentation and biorefinery.“ Ind Crops Prod. 2021;169:113624. doi:10.1016/j.indcrop.2021.113624