CN105010905A - 一种大米脱镉机及大米脱镉工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大米脱镉机，包括机架、进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室、烘干室、旋转式出料斗，各部分从上到下依次安装在机架上，相互之间通过活动式封板互相连接。采用上述大米脱镉机的脱镉工艺，将米粒直接盐浸，然后进行发酵，再经酸泡冲洗、烘干。本发明可直接作用于整粒大米，对镉的去除率可达90%以上，且大米回收率大于92%，对降镉大米后期应用于食品加工提供了更多便利。

Description

一种大米脱镉机及大米脱镉工艺

技术领域

本发明涉及一种大米脱镉的设备和工艺。

背景技术

据2013年国家环境保护部的调查显示，我国受重金属污染的耕地面积已达5000万公顷以上，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。镉是一种重要的重金属污染物，可经土壤、粉尘和农作物进入食物链。水稻对于镉的吸附能力明显强于玉米、大豆等粮食作物。

我国作为世界稻米的主产区，颁发的土壤环境质量和食品卫生标准的镉含量比世界各国标准严格。如我国土壤环境质量标准的二级土壤镉含量范围是0.3～0.5mg/kg，世界各国镉含量范围为1-5mg/kg，我国标准低了1个数量级；我国食品卫生标准的镉含量精白米≤0.2mg/kg，国际食品法典委员会的标准镉含量精白米≤0.4mg/kg，而日本规定的大米镉含量≤l mg/kg，故我国标准比世界各国至少低一倍或一个数量级。如果能够将镉含量0.2～0.8mg/kg的大米通过降镉处理，使之达到国家标准，对于减少大米和米粉生产企业经济损失、提高种稻农民积极性具有重要意义。

为解决含镉超标大米的脱镉这个问题，专利申请号为CN201510013525提供了一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米中重金属镉的方法，该方法是将含镉超标大米粉碎过筛，加入去离子水，再将含植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液的混合发酵菌悬液接入其中，恒温静置发酵，发酵后的大米粉经过水洗和离心脱水，脱除大米中游离出的重金属镉离子，最后将离心后的大米粉湿渣干燥。

另外，专利申请号为CN201510013484提供了一种利用乳杆菌和酵母菌混合发酵消减大米中重金属镉的方法，该方法是将镉含量超标（0.2mg/kg 以上）的大米样品粉碎过筛，加入去离子水，再将植物乳杆菌、酿酒酵母、嗜酸乳杆菌的混合发酵菌悬液接入其中，进行恒温静置发酵，发酵后的大米粉经过水洗和离心脱水，脱除大米中游离出的重金属镉离子，然后将离心后的米粉湿渣干燥，获得重金属镉消减的大米粉。

  以上两个专利申请，虽然能有效去除大米中的大部分金属镉，但存在以下缺点：（1）大米需要粉碎，粉碎后的米粉在用途和运输方面受到了很大限制，不利于大米后续利用和加工，而且粉碎后的米粉在干燥时容易结团，影响品质，粉碎需要消耗更多的能源，不利于节能；（2）由于大米在粉碎前缺少更有效的前置处理，及发酵后缺少更高效的后置处理，含镉超标大米的脱镉并不充分，大米中镉的脱除率只能达到70%～80%。

因此，本发明提供了一种直接针对米粒的、降镉效果更好的新设备和新工艺，本发明操作方便、安全高效，为镉含量超标大米的利用找到了出路。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种直接针对米粒的、降镉效果更好的大米脱镉机和大米脱镉工艺。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种大米脱镉机，包括机架、进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室、烘干室、旋转式出料斗，所述机架从上到下依次安装有进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室，所述进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室之间通过活动式封板互相连接，所述酸泡排镉室底部设有带过滤网的出水口和旋转式出料斗，所述酸泡排镉室的侧面设有烘干室，所述盐浸室上设有食盐盒、竖向搅拌机、进水管，所述发酵脱镉室上设有食用菌种盒，所述酸泡排镉室上设有天然有机酸盒、进水管、横向搅拌机。

采用上述大米脱镉机的一种大米脱镉工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）将大米装入进料斗中；

（2）盐浸处理：打开活动式封板，使进料斗中的大米进入盐浸室中，同时盐浸室上方的食盐盒、进水管打开，加入食盐和清水，并启动竖向搅拌机进行搅拌；

（3）发酵脱镉：打开盐浸室与发酵脱镉室之间的活动式封板，经过盐水浸泡的大米和浸泡液进入发酵脱镉室内，然后打开食用菌种盒，加入发酵菌种Ⅰ、发酵菌种Ⅱ、 发酵菌种Ⅲ，恒温静置发酵；

（4）酸泡冲洗：打开发酵脱镉室与酸泡排镉室之间的活动式封板，经过发酵后的大米与发酵液进入酸泡排镉室内，再打开天然有机酸盒，加入天然低分子有机酸，同时启动横向搅拌机，进行搅拌混合，酸浸一段时间后，然后打开进水管，用清水浸泡清洗；

（5）打开旋转式出料斗，将步骤（4）处理后的大米送出自然晾干或晒干，或送入烘干室烘干，烘干温度为35~40 ℃。

作为优选，步骤（1）中所述米粒为镉含量0.2-0.8 mg/kg的大米。

作为优选，步骤（2）中加入的食盐添加量为大米重量的1~2%，加入的清水与大米的重量比为1.1: 1，盐水浸泡时间为0.5~2 h。

作为优选，步骤（3）中发酵菌种Ⅰ为胚芽乳杆菌、弯曲乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、德氏乳杆菌等乳酸杆菌中的一种或几种，发酵菌种Ⅱ为嗜热链球菌、鸟链球菌等乳酸链球菌中的一种或两种，发酵菌种Ⅲ为酿酒酵母、毕赤酵母、假丝酵母等酵母菌中的一种或几种，加入的发酵菌种Ⅰ、发酵菌种Ⅱ、 发酵菌种Ⅲ为大米重量的2~4‰、1~3‰、2~4‰，发酵温度为32~42 ℃，静置发酵时间为12~24 h。

作为优选，步骤（4）中向酸泡排镉室内加入大米重量1.5~2倍的天然低分子有机酸含量1~2%的溶液，调节大米pH为2.80~3.20，浸泡1~2 h后将浸泡液排除，再用2~4倍的自来水浸泡清洗大米2~3次，使大米pH升高到3.90~4.00。

作为优选，步骤（4）中天然低分子有机酸为柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸中的一种或几种。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明大米脱镉机是国内外首创，独一无二，可直接针对含镉超标大米米粒进行处理，无需粉碎，并具有大米米粒处理前的盐浸室和发酵处理后的酸泡排镉室，其结构简单、绿色脱镉、安全高效，具有良好的社会效果和经济效果。

（2）本发明采用大米脱镉工艺不同于背景技术中的脱镉方法，本工艺采用米粒预先进行盐浸处理，发酵之后又进行了酸泡冲洗，与单纯的发酵脱镉工艺相比，本发明工艺对大米中镉的脱除率可达到90%以上，而且可直接针对大米米粒进行处理，无需粉碎，拓展了大米的用途，有利于后续加工，有利于节能。

（3）前置的盐浸处理有利于大米细胞液内外交换，食盐作为一种安全的降镉剂，可促进镉的外排，而且发酵过程中食盐可与金属离子形成可溶性的络合物来增加金属离子的活性和移动性，有利于促进大米中镉离子的解吸作用。食盐有利于在发酵产酸环境下，进一步增加镉离子的溶解性。

（4）后置的酸泡冲洗，用天然低分子有机酸将pH进一步调低到3.00左右，有利于镉离子进一步溶出。因为溶液pH值越低，溶出液中镉含量越高。此外，天然低分子有机酸还可进一步增加金属离子的活性和移动性，进一步促进大米中镉离子的解吸。

本发明采用独特的安全的绿色的方法，解决了当前含镉大米的处理难题，大米中镉的脱除率可达到90%以上。本发明技术工艺简单、操作方便，制备的大米镉含量低于0.1 mg/kg，可作为食品加工原料。

附图说明

图1为大米脱镉机的透视图。

附图中，1—进料斗，   2—盐浸室，   3—发酵脱镉室，   4—酸泡排镉室，   5—机架，   6—烘干室，   7—食盐盒，   8—竖向搅拌机，   9—进水管，   10—食用菌种盒，   11—天然有机酸盒，   12—横向搅拌机，  13—旋转式出料斗。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种大米脱镉机，包括机架5、进料斗1、盐浸室2、发酵脱镉室3、酸泡排镉室4、烘干室6、旋转式出料斗。

机架5采用角钢焊接而成，机架5从上到下依次安装有进料斗1、盐浸室2、发酵脱镉室3、酸泡排镉室4，这种从上下到下的安装方式，有利于大米和溶液在重力的作用下向下运动，符合整个工艺流程。进料斗1、盐浸室2、发酵脱镉室3、酸泡排镉室4之间通过活动式封板（图中未示出）互相连接，活动式封板可以采用电机带动的活动封板，也可采用液压或气动控制的活动封板。酸泡排镉室4底部设有带过滤网的出水口和旋转式出料斗，带过滤网的出水口有利于清水的冲洗，旋转式出料斗可以360度旋转。酸泡排镉室4的侧面设有烘干室6，用来烘干脱离镉后的合格大米。

盐浸室2、发酵脱镉室3、酸泡排镉室4均采用不锈钢板制作，盐浸室2上设有食盐盒7、竖向搅拌机8、进水管9，发酵脱镉室3上设有食用菌种盒10，酸泡排镉室4上设有天然有机酸盒11、进水管9、横向搅拌机12，所述横向搅拌机12用来搅拌混合，以增加酸泡及冲洗的效果。

机架5上还设有控制盒，食盐盒7、食用菌种盒10、天然有机酸盒11的出口处，以及进水管9上均设有电子阀门，用来自动控制打开和关闭。

采用上述大米脱镉机的一种大米脱镉工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）取20 kg镉超标大米装入进料斗1中。

（2）盐浸处理：打开活动式封板，使进料斗1中的大米进入盐浸室2中，同时盐浸室2上方的食盐盒7、进水管9打开，加入300g食盐和22kg清水，所述清水优选蒸馏水，并启动竖向搅拌机8进行搅拌，盐浸时间为1h。

（3）发酵脱镉：打开盐浸室2与发酵脱镉室3之间的活动式封板，经过盐水浸泡的大米和浸泡液进入发酵脱镉室3内，然后打开食用菌种盒10，加入40 g乳酸杆菌（胚芽乳杆菌、弯曲乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、德氏乳杆菌=10:3:2:2:2）、60 g乳酸链球菌（嗜热链球菌:鸟链球菌=4:1）、60 g酵母菌（酿酒酵母：毕赤酵母：假丝酵母=12:4:3），32 ℃下恒温静置发酵12 h。

（4）酸泡冲洗：打开发酵脱镉室3与酸泡排镉室4之间的活动式封板，经过发酵后的大米与发酵液进入酸泡排镉室4内，再打开天然有机酸盒11，加入大米重量1.5倍的天然低分子有机酸（柠檬酸：草酸：酒石酸：苹果酸=2:2:1:1）含量1%的溶液，调节大米pH为3.20，同时启动横向搅拌机12，进行搅拌混合，浸泡1 h后将浸泡液排除，再用2倍的清水浸泡清洗大米3次。

（5）打开旋转式出料斗，将步骤（4）处理后的大米送出自然晒干，得到降镉大米18.62 kg，大米回收率为93.1%。

原料镉超标大米中镉干基含量为0.291 mg/kg，降镉后得到的大米中镉干基含量为0.024 mg/kg，降镉率为91.75%。

实施例2

采用与实施例1相同的一种大米脱镉机，并根据以下步骤进行大米脱镉：

（1）取25 kg镉超标大米装入进料斗1中。

（2）盐浸处理：打开活动式封板，使进料斗1中的大米进入盐浸室2中，同时打开盐浸室2上方的食盐盒7、进水管9，加入380g食盐和27.5kg清水，所述清水优选蒸馏水，并启动竖向搅拌机8进行搅拌，盐浸时间为2h。

（3）发酵脱镉：打开盐浸室2与发酵脱镉室3之间的活动式封板，经过盐水浸泡的大米和浸泡液进入发酵脱镉室3内，然后打开食用菌种盒10，加入100 g乳酸杆菌（胚芽乳杆菌、德氏乳杆菌=1:1）、30g乳酸链球菌（嗜热链球菌:鸟链球菌=2:1）、75g酵母菌（酿酒酵母：假丝酵母=2:1）及300 g食盐，37 ℃下恒温静置发酵20 h。

（4）酸泡冲洗：打开发酵脱镉室3与酸泡排镉室4之间的活动式封板，经过发酵后的大米与发酵液进入酸泡排镉室4内，再打开天然有机酸盒11，加入大米重量1.8倍的天然低分子有机酸（草酸：苹果酸=2:1）含量1.5%的溶液，调节大米pH为3.00，同时启动横向搅拌机12，进行搅拌混合，浸泡2 h后将浸泡液排除，再用4倍的自来水浸泡清洗大米2次。

（5）打开旋转式出料斗，将步骤（4）处理后的大米送入烘干室6烘干，烘干温度为35~40 ℃，得到降镉大米28.11 kg，大米回收率为93.7%。

原料镉超标大米中镉干基含量为0.536 mg/kg，降镉后得到的大米中镉干基含量为0.053 mg/kg，降镉率为90.11%。

实施例3

采用与实施例1相同的一种大米脱镉机，并根据以下步骤进行大米脱镉：

（1）将30 kg镉超标大米装入进料斗1中。

（2）盐浸处理：打开活动式封板，使进料斗1中的大米进入盐浸室2中，同时打开盐浸室2上方的食盐盒7、进水管9，加入300g食盐和33kg清水，所述清水优选蒸馏水，并启动竖向搅拌机8进行搅拌，盐浸时间为2h。

（3）发酵脱镉：打开盐浸室2与发酵脱镉室3之间的活动式封板，经过盐水浸泡的大米和浸泡液进入发酵脱镉室3内，然后打开食用菌种盒10，加入120 g胚芽乳杆菌、30 g嗜热链球菌、120 g酿酒酵母及300 g食盐， 42 ℃下恒温静置发酵24 h。

（4）酸泡冲洗：打开发酵脱镉室3与酸泡排镉室4之间的活动式封板，经过发酵后的大米与发酵液进入酸泡排镉室4内，再打开天然有机酸盒11，加入大米重量1.8倍的天然低分子有机酸（草酸：苹果酸=2:1）含量1.5%的溶液，调节大米pH为3.00，同时启动横向搅拌机12，进行搅拌混合，浸泡2 h后将浸泡液排除，再用4倍的蒸馏水浸泡清洗大米3次。

（5）打开旋转式出料斗，将步骤（4）处理后的大米送入烘干室6烘干，烘干温度为35~40 ℃。得到降镉大米27.72 kg，大米回收率为92.4%。

原料镉超标大米中镉干基含量为0.523 mg/kg，降镉后得到的大米中镉干基含量为0.042 mg/kg，降镉率为91.97%。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种大米脱镉机，包括机架、进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室、烘干室、旋转式出料斗，所述机架从上到下依次安装有进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室，所述进料斗、盐浸室、发酵脱镉室、酸泡排镉室之间通过活动式封板互相连接，所述酸泡排镉室底部设有带过滤网的出水口和旋转式出料斗，所述酸泡排镉室的侧面设有烘干室，所述盐浸室上设有食盐盒、竖向搅拌机、进水管，所述发酵脱镉室上设有食用菌种盒，所述酸泡排镉室上设有天然有机酸盒、进水管、横向搅拌机。

2.采用上述大米脱镉机的一种大米脱镉工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）将大米装入进料斗中；

（2）盐浸处理：打开活动式封板，使进料斗中的大米进入盐浸室中，同时盐浸室上方的食盐盒、进水管打开，加入食盐和清水，并启动竖向搅拌机进行搅拌；

（3）发酵脱镉：打开盐浸室与发酵脱镉室之间的活动式封板，经过盐水浸泡的大米和浸泡液进入发酵脱镉室内，然后打开食用菌种盒，加入发酵菌种Ⅰ、发酵菌种Ⅱ、 发酵菌种Ⅲ，恒温静置发酵；

（4）酸泡冲洗：打开发酵脱镉室与酸泡排镉室之间的活动式封板，经过发酵后的大米与发酵液进入酸泡排镉室内，再打开天然有机酸盒，加入天然低分子有机酸，同时启动横向搅拌机，进行搅拌混合，酸浸一段时间后，然后打开进水管，用清水浸泡清洗；

（5）打开旋转式出料斗，将步骤（4）处理后的大米送出自然晾干或晒干，或送入烘干室烘干，烘干温度为35~40 ℃。

3.根据权利要求2所述的一种大米脱镉工艺，其特征在于，步骤（1）中所述米粒为镉含量0.2-0.8 mg/kg的大米。

4.根据权利要求2所述的一种大米脱镉工艺，其特征在于，步骤（2）中加入的食盐添加量为大米重量的1~2%，加入的清水与大米的重量比为1.1: 1，盐水浸泡时间为0.5~2 h。

5.根据权利要求2所述的一种大米脱镉工艺，其特征在于，步骤（3）中发酵菌种Ⅰ为胚芽乳杆菌、弯曲乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、德氏乳杆菌等乳酸杆菌中的一种或几种，发酵菌种Ⅱ为嗜热链球菌、鸟链球菌等乳酸链球菌中的一种或两种，发酵菌种Ⅲ为酿酒酵母、毕赤酵母、假丝酵母等酵母菌中的一种或几种，加入的发酵菌种Ⅰ、发酵菌种Ⅱ、 发酵菌种Ⅲ为大米重量的2~4‰、1~3‰、2~4‰，发酵温度为32~42 ℃，静置发酵时间为12~24 h。

6.根据权利要求2所述的一种大米脱镉工艺，其特征在于，步骤（4）中向酸泡排镉室内加入大米重量1.5~2倍的天然低分子有机酸含量1~2%的溶液，调节大米pH为2.80~3.20，浸泡1~2 h后将浸泡液排除，再用2~4倍的自来水浸泡清洗大米2~3次，使大米pH升高到3.90~4.00。

7.根据权利要求6所述的一种大米脱镉工艺，其特征在于，步骤（4）中天然低分子有机酸为柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸中的一种或几种。