CN105341674B

CN105341674B - 一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法

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Publication number: CN105341674B
Application number: CN201510826178.6A
Authority: CN
Inventors: 刘也嘉; 肖冬梅; 张珺; 段卓; 梅小弟; 林利忠
Original assignee: JINJIAN RICE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: JINJIAN RICE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2020-02-04
Anticipated expiration: 2035-11-25
Also published as: CN105341674A

Abstract

本发明公开了一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法，利用早籼米深加工过程中需要的浸泡或发酵等工序制备一种稳定发酵液，并利用该稳定发酵液提供一种工艺简单且成本较低的降低大米中镉含量的方法。本发明利用传统发酵液中的菌种，如植物乳杆菌、发酵乳杆菌、唾液乳杆菌、酵母等，改善其发酵过程中浸泡溶液的营养物质结构，可以增加微生物发酵过程中的营养供给，促进微生物的增长速度，一定时间内提高浸泡液中微生物的活菌数。提高乳酸菌的活力可以加速提高浸泡液中的酸度，酸液的浸泡可以降低大米中的镉含量。利用乳酸菌产酸使重金属镉与蛋白络合的键断开，从而游离出镉，同时利用微生物的膜吸附作用吸附一部分镉，清洗后大大降低大米中镉的含量。

Description

一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法

技术领域

本发明涉及大米深加工技术领域及食品发酵领域，具体涉及一种利用发酵降低大米或糙米中重金属镉含量的方法。

背景技术

水稻是世界第一大粮食作物，是最重要的主食之一。目前，中国大米的重金属污染严重，特别是南方70%以上的大米镉含量超出了国家食品安全标准值（0.2 mg/kg），极大影响了大米及其加工产品食用的安全性。环保部和国土资源部2014年4月发布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国近五分之一的耕地遭到污染。湖南作为重金属污染耕地修复治理的试点省份，目前主要采用“VIP技术”，即“低镉品种（variety）+合理灌溉(irrigation)+调节酸度(pH)”。据一位曾在湖南研究过20年镉污染农田治理修复的青岛农业大学资源与环境学院副院长王凯荣强调，目前国内还没有培养出真正意义上的低镉品种。其次，合理灌溉对水质的要求非常高，这在湖南难以实现。“如果VIP技术中的‘V’和‘I’难以实现，只在‘P’上做文章，效果肯定会大打折扣”。据相关知情人透露，2014年8月，通过76万亩农田撒石灰的早稻试验数据显示，包括镉在内的重金属含量整体降低了30%。有关专家表示，此法不能持续发挥效果，且石灰对土壤结构和土壤质地没有其他好处。因此，为了保护消费者的身体健康，也为了不影响农户的种粮积极性，相对于种植低镉含量的大米，怎么样处理重金属镉超标的大米才是目前迫切需要解决的难题。

现有技术中，已有一些对大米进行降镉处理的方法，如采用物理或者化学方法，冲洗、浸泡或者将镉元素进行沉淀、分离的方法进行除镉，该方法没有直接将镉消除或者隔离，容易产生二次污染；也有通过对一定范围镉含量的大米进行碾磨，剥离大米表层镉富集的部分，留下大米中间部分，这种提高大米加工精度，使大米达到安全值以下的方法存在严重的浪费；还有采用纯菌种发酵方法，利用发酵降低大米中重金属镉含量，该方法降镉效果较好，但生产成本高，生产操作复杂，发酵的除镉稳定性不足，特别是菌种的培养等方面存在较多的限制因素，在实际应用过程中会因为成本过高，稳定性不足等原因而难以广泛应用。例如专利CN 104489489 A公开了一种利用乳杆菌和酵母混合发酵消减大米中重金属镉的方法，将大米粉碎过筛，加入去离子水，再将植物乳杆菌、酿酒酵母、嗜酸乳杆菌的混合菌悬液接及其中，进行恒温静置发酵，再经清洗、离心等能将大米样品中重金属镉消减85%以上。此方法必须将大米粉碎才能够达到较好的除镉效果，且发酵条件限制较严格，验证试验表明消减重金属镉的效率波动范围较大。专利申请201510329270.1公开了一种利用发酵工艺消减大米中重金属镉的方法提及利用传统发酵菌种，通过自然发酵或恒温发酵可以将镉降到90%以上。其发酵液中含有植物乳杆菌、唾液乳杆菌、酵母等多种微生物，该方法受环境气温、发酵液活力影响较大，消减重金属镉的效率波动范围也较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，通过对重金属镉在大米中的主要分布情况的了解，利用早籼米深加工过程中需要的浸泡或发酵等工序，制备一种稳定发酵液，并利用该发酵液提供一种工艺简单且成本较低的降低大米中镉含量的方法。

在本发明中，利用传统发酵液中的菌种，如植物乳杆菌、发酵乳杆菌、唾液乳杆菌、酵母等，改善其发酵过程中浸泡溶液的营养物质结构，这种改善方法的主要目的在于：

一、通过发酵过程中对浸泡液营养物质的改变，可以增加微生物发酵过程中的营养供给，如糖类、淀粉类营养物质；还可以促进微生物的增长速度，一定时间内提高浸泡液中的微生物的活菌数。

二、通过提高乳酸菌的活力，可以加速提高浸泡液中的酸度，据研究，酸液的浸泡可以降低大米中的镉含量。

三、发酵过程中加入糖类、淀粉类物质可以改善发酵过程中因环境温度、发酵初始液的活力对发酵降镉的影响。

四、利用乳酸菌产酸使重金属镉与蛋白络合的键断开，从而游离出镉，同时利用微生物的膜吸附作用吸附一部分镉，清洗后大大降低大米中镉的含量。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法，其特征在于，工艺方法为以下步骤：

一、制备稳定发酵液

（1）原料的准备：在容器中放入用于制备稳定发酵液的水；取营养物质预糊化淀粉类或变性淀粉类或糊精类中的一种或者多种与糖类混合，得营养物质混合物A备用；预糊化淀粉类或变性淀粉类或糊精类中的一种或者多种的混合物与糖类的质量比为1:0.1～1:100；取镉含量≤0.2 mg/kg的合格大米，大米与水的质量比为1:1～1:8；

（2）发酵：按用于制备稳定发酵液的水0.1～10%的添加量称取步骤（1）备用的混合物A，然后在容器中取混合物A 2～10倍质量的水加入称取的混合物A中进行预溶解，待溶解完全后，再加入容器中剩余的水，搅拌均匀，得到发酵准备液；当粉状物质一次性加入大量水时，极易出现结块和不易溶解的现象，采用预溶解可避免这一现象。当混合物A采用节碎米制作，则可以不经过预溶解。

（3）稳定发酵液的制备：按步骤（1）中用于制备稳定发酵液总水量的0.01～5%取原始菌种，或按步骤（1）中用于制备稳定发酵液总水量的0.05～15%取原始菌液，其中乳酸菌总数≥10×10⁴，将原始菌种或原始菌液加入步骤（2）的发酵准备液中，并放在20～42℃的恒温状态下静置，发酵16～28小时，然后取出液体部分作为发酵降低大米重金属镉的初始发酵液备用；

（4）稳定发酵液的保藏：取步骤（3）中已发酵16～28小时的初始发酵液作为镉含量超过0.2 mg/kg大米发酵所需的发酵液；已发酵16～28小时的初始发酵液如需超过2小时再用，则要放入冷库冷藏，冷藏温度为0～10℃，待需要使用时取出；

二、选取镉含量≥0.2 mg/kg的超标大米作为原料；

三、将发酵用营养物质预糊化淀粉类或变性淀粉类或糊精类中的一种或者多种与糖类混合，预糊化淀粉类或变性淀粉类或糊精类中的一种或者多种的混合物与糖类的质量比为1:0.1～1:100，得混合物B；按发酵用大米总量的0.1～10%准备混合物B，加入相当于混合物B 2～10倍质量的水溶解，得混合物C；

四、按大米与水的质量比1:1.1～1.5准备发酵用水，将发酵用水加入混合物C中，搅拌均匀，得混合物D；

五、将步骤一制备的稳定发酵液，按镉含量超标大米数量的0.2～20%的接种量接入到大米浸泡液，即步骤四的混合物D中，混匀，然后加入镉超标的大米，并于20～42℃恒温下静置发酵16～30h；

六、将发酵了16～30h的发酵液排除，过滤，并用清水清洗发酵大米2～4次，过滤后得到重金属镉消减后的大米。

其中原始菌种或原始菌液为植物乳杆菌、发酵乳杆菌、唾液乳杆菌、酵母中的一种或多种组成。

所述混合物A由以下方法制备而成：取大米或节碎米加水混合，其中米和水质量比为1:4～1:49；将米、水混合物加热熬煮至大米完全糊化成米糊，然后将米糊与糖按质量比为1:0.01～1:1混合。

混合物B由下列原料复合而成，原料重量份为：

麦芽糊精：0～100份

糖类：0～100份

变性淀粉：0～30份；

所述麦芽糊精、糖类、变性淀粉3种物质制备的混合物B由其中的一种或者多种混合制备而成。

所述混合物B由以下方法制备而成：取大米或节碎米加水混合，其中米和水质量比为1:4～1:49；将米、水混合物加热熬煮至大米完全糊化成米糊，再将米糊与糖类按质量比为1:0.01～1:1混合。

所述糖类包含了单糖、双糖、低聚糖和多糖中的一种或多种。

所述变性淀粉包含了物理变性淀粉、化学变性淀粉、酶法变性淀粉和复合变性淀粉的一种或多种，优选物理变性淀粉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的除镉效果非常明显，适用范围广，在不同温度条件下均可以有效消减超过国家标准3倍的大米中镉的含量，从而使大米符合国家标准，大大提高了镉消除的效率。

2、本发明预先制备稳定发酵液，有以下优点：第一、可降低大规模生产中工作不稳定的风险，同时也为生产带来了便利；第二、稳定发酵液能够有效提高活菌的数量，也能够更好地控制发酵液的PH值，进而带来稳定的发酵除镉效率。

3、本发明不加入化学物质或者复合培养基，具有更大的食品安全性；通过本发明方法得到的大米为整粒大米，对比部分技术得到大米粉，本发明具有更大的应用范围。

4、本发明的生产工艺简单，没有高速离心等相关操作，设备投入小，能耗小，便于推广。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式阐述本发明的工艺过程。稳定发酵液的制备：

（1）原料的准备：分别称取营养物质，预糊化淀粉类1kg、变性淀粉类1kg和糖类1kg混合，得营养物质混合物A；在容器中放入50kg水；取镉含量≤0.2 mg/kg的合格大米10kg备用。

（2）发酵：先在容器中取15kg的水加入混合物A中进行预溶解，然后将预溶解物放入容器剩余的水中，搅匀，得到发酵准备液，加入2kg原始菌液（乳酸菌总数≥10×10⁴）。

（3）稳定发酵液的制备：让步骤（2）发酵准备液在31℃中恒温静置，自然发酵16～28h，然后取出液体部分作为发酵降低大米重金属镉的初始发酵液备用。该发酵液可以直接加入生产所需的浸泡水中，如果超过2小时未用，则放入冷库中贮藏，保存备用。

实施例1：

取镉含量为0.08mg/kg的大米样品1000g，加入糊精3g、糖3g（糊精和糖总量占大米质量的0.6%），加入4000g水混匀，加入稳定发酵液80g于32℃培养16～28 h后。测得发酵液的pH值稳定在为3.58左右，乳酸菌总数为5.0×10⁹ cfu/mL左右，发酵过程中最高值。

对照1：大米（镉含量0.08mg/kg）浸泡液中接入原始发酵液，但不加营养物质，同样条件下发酵16～28h后。测得发酵液pH值在3.70左右，且不稳定，乳酸菌总数4.9×10⁸ cfu/mL左右，为发酵过程中的最高值。

实施例2：

取镉含量为0.40 mg/kg的大米样品1000g，加入糊精0.5g、糖9.5g（糊精和糖总量占大米质量1.0%），加入1200 g水混匀，再将稳定发酵液35g（占大米的3.5%）接种到浸泡液中，于32 ℃培养24 h。发酵完毕后，将发酵液过滤掉，用清水清洗发酵大米，滤干后得脱除重金属镉的大米。经过火焰原子吸收法进行检测，其中镉的残留量为0.0940 mg/kg，大大低于国家标准0.2 mg/kg，说明此实施方案可以有效脱除大米中的重金属镉。

对照1：大米浸泡液中接入稳定发酵液，但不加入营养添加物（如糊精、糖等）进行发酵，仅依靠发酵液进行发酵，经24h发酵后，大米中镉的残留为0.1760 mg/kg。

实施例3：

取镉含量为0.65mg/kg的大米样品1000g，加入变性淀粉2g、糖2g（变性淀粉和糖占大米质量0.4%），加入1200g水混匀，再将稳定发酵液50g（占大米的5%）接种到浸泡液中，于32 ℃培养24 h。发酵完毕后，将发酵液过滤掉，用清水清洗发酵大米，滤干后得脱除重金属镉的大米。经过火焰原子吸收法进行检测，其中镉的残留量为0.1585 mg/kg，低于国家标准0.2 mg/kg，说明此实施方案可以有效脱除大米中的重金属镉。

对照1：大米浸泡液中接入稳定发酵液，但不加入营养添加物（如糊精、糖等）进行发酵，仅依靠发酵液进行发酵，经24h发酵后，大米中镉的残留为0.2913 mg/kg，超出国家标准0.2 mg/kg。

实施例4：

取镉含量为0.35mg/kg的大米样品1000g，加入变性淀粉0.5g、糖0.5g（变性淀粉和糖占大米质量0.1%），加入1200g水混匀，再将稳定发酵液200g（占大米的20%）接种到浸泡液中，于32℃培养24h。发酵完毕后，将发酵液过滤掉，用清水清洗发酵大米，滤干后得脱除重金属镉的大米。经过火焰原子吸收法进行检测，其中镉的残留量为0.0774 mg/kg，低于国家标准0.2 mg/kg，说明此实施方案可以有效脱除大米中的重金属镉。

对照1：大米浸泡液中接入稳定发酵液，但不加入营养添加物（如糊精、糖等）进行发酵，仅依靠发酵液进行发酵，经24 h发酵后，大米中镉的残留为0.1324 mg/kg。

实施例5：

取镉含量为0.52mg/kg的大米样品1000g，加入糊精20g、糖80g（糊精和糖占大米质量10%），加入1200g水混匀，再将稳定发酵液2g（占大米的0.2%）接种到浸泡液中，于32 ℃培养24 h。发酵完毕后，将发酵液过滤掉，用清水清洗发酵大米，滤干后得脱除重金属镉的大米。经过火焰原子吸收法进行检测，其中镉的残留量为0.0936 mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，说明此实施方案可以有效脱除大米中的重金属镉。

对照1：大米浸泡液中接入稳定发酵液，但不加入营养添加物（如糊精、糖等）进行发酵，仅依靠发酵液进行发酵，经24 h发酵后，大米中镉的残留为0.1758 mg/kg。

上述不同实施例的降隔条件及结果对照如下表1所示：

表1 不同实施例的降镉条件及结果对照表

由表1可知，采用本发明对镉超标大米具有有效降镉效果，具体表现为，对镉含量0.35~0.62mg/Kg的镉大米进行发酵降解，经火焰原子吸收法测定，发酵24~28h内的降镉率均在75%以上，最高可达82%，并且镉含量均低于0.2mg/Kg，符合国家安全标准。

以上记载的仅为本发明的优选实施例，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。且本发明制备稳定发酵液的原料组分不限于本方案所述的三类物质，与本方案所述物质具有同等功能的物质也落入本发明保护范围。

Claims

1.一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法，其特征在于，工艺方法为以下步骤：

一、制备稳定发酵液

（1）原料的准备：在容器中放入用于制备稳定发酵液的水；取镉含量≤0.2 mg/kg的合格大米加水混合，其中大米和水质量比为1:1～1:8；将米、水混合物加热熬煮至大米完全糊化成米糊，然后将米糊与糖按质量比为1:0.01～1:1混合，得营养物质混合物A备用；

（2）发酵：按用于制备稳定发酵液的水0.1～10%的添加量称取步骤（1）备用的混合物A，然后在容器中取混合物A 2～10倍质量的水加入称取的混合物A中进行预溶解，待溶解完全后，再加入容器中剩余的水，搅拌均匀，得到发酵准备液；

（3）稳定发酵液的制备：按步骤（1）中用于制备稳定发酵液总水量的0.01～5%取原始菌种，或按步骤（1）中用于制备稳定发酵液总水量的0.05～15%取原始菌液，其中乳酸菌总数≥10×10⁴cfu/mL，将原始菌种或原始菌液加入步骤（2）的发酵准备液中，并放在20～42℃的恒温状态下静置，发酵16～28小时，然后取出液体部分作为发酵降低大米重金属镉的稳定发酵液备用；

（4）稳定发酵液的保藏：取步骤（3）中已发酵16～28小时的稳定发酵液作为镉含量超过0.2 mg/kg大米发酵所需的发酵液；已发酵16～28小时的稳定发酵液如需超过2小时再用，则要放入冷库冷藏，冷藏温度为0～10℃，待需要使用时取出；

二、选取镉含量≥0.2 mg/kg的超标大米作为原料；

三、用发酵用营养物质制备混合物B，所述混合物B由下列原料复合而成，原料重量份为：麦芽糊精：0～100份、糖类：0～100份；所述麦芽糊精和糖类制备的混合物B是由两种原料混合制备而成；按发酵用大米总量的0.1～10%准备混合物B，加入相当于混合物B 2～10倍质量的水溶解，得混合物C；

六、将发酵了16～30h的发酵液排出，过滤，并用清水清洗发酵大米2～4次，过滤后得到重金属镉消减后的大米。

2.如权利要求1所述的一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法，其特征在于，其中原始菌种或原始菌液为植物乳杆菌、发酵乳杆菌、唾液乳杆菌中的一种或多种组成。

3.如权利要求1或 2所述的一种降低大米中重金属镉含量的发酵方法，其特征在于，所述糖类包含了单糖、双糖中的一种或两种。