CN104489489B - 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 - Google Patents
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Abstract
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。采用本方法，大米样品中重金属镉的消减率达85%以上；脱水后的大米粉经热风干燥后可用作饲料或用于生产发酵米粉。本发明不仅能有效降低大米中重金属镉的含量，而且能有效解决镉超标大米的利用问题。
Description
技术领域
本发明属于稻米深加工技术领域，具体涉及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。
背景技术
近年来，由于工业的发展，种植水稻的土壤受到污染，导致大米重金属镉超标严重。张良运（2009）发现；我国南方30％以上的大米镉含量超出国家食品安全标准值0.2 mg/kg。大米及其米制品镉超标的现状亟需改善，然而近几年国内外的有关研究：水稻育种、土壤改良等方法均未能取得显著成效加以推广。刘晶（2013年）在浸泡大米的过程中发现了重金属含量的变化规律；一些学者也通过实验证明淘洗、浸泡、加热处理都能在一定程度上降低大米中的重金属含量，但重金属的脱除率都较低。王峰（2003年）对浸泡发酵后的大米粉组分进行了研究，发现大米粉中蛋白质和灰分含量显著降低，这从侧面说明了发酵对于重金属的脱除是有效果的，但并没有对此开展进一步的研究。周显青（2010年）等以不同微生物对米粉进行纯种发酵，结果显示：植物乳杆菌对米粉的改性效果最好，主要是由于它有较高的产酸产酶能力，在发酵过程中能明显降低蛋白质和灰分含量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低的利用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，本方法可有效降低大米中重金属镉的含量，对有效解决镉超标大米的利用问题具有重要意义。
为达上述目的，本发明所采用的技术方案为：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，该方法步骤如下：
（1）将镉含量超标（即超过国家标准0.2mg/kg）的大米粉碎过40-60目筛；
（2）按1g大米粉加4-6mL去离子水的比例，于过筛后的大米粉中加入去离子水，混匀，得大米浆液；
（3）将植物乳杆菌种子培养液、酿酒酵母种子培养液和嗜酸乳杆菌种子培养液按体积比7:6:7混合，然后按5-8%的接种重量接入到大米浆液中，于35-39℃恒温静置发酵16-32h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；
上述植物乳杆菌种子培养液是取植物乳杆菌菌液在无菌条件下按2-5%的接种重量接入灭菌的MRS肉汤培养基中，在37℃下恒温培养24-36h，稀释至浓度达到1×108 cfu/ml-9×108 cfu/ml即可。
上述植物乳杆菌菌液的制备为现有技术，可参照文献：周显青，陶华堂，王学锋.植物乳杆菌大米发酵条件的优化[J]. 河南工业大学学报 (自然科学版, 2013, 34(6)。
上述酿酒酵母种子培养液是在无菌条件下用接种环刮取酿酒酵母斜面菌接种到YPD培养基中，在30℃下恒温培养24-36h，稀释至浓度为1×107cfu/ml-9×107cfu/ml即可。
上述嗜酸乳杆菌种子培养液是按5ml嗜酸乳杆菌冻干粉加1ml灭菌的MRS肉汤培养基的比例，于嗜酸乳杆菌冻干粉中加入灭菌的MRS肉汤培养基，振荡使嗜酸乳杆菌冻干粉全部溶解成悬液后，按2-5%接种重量接入灭菌的MRS肉汤培养基中，在37℃下培养24-36h，直至菌液浑浊有白色沉淀，最后稀释至浓度为1×106 cfu/ml-9×106 cfu/ml即可。
上述植物乳杆菌（L.plantarum）、酿酒酵母（S.cerevisiae）和嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）采用的菌种均为现有菌种，如植物乳杆菌CGMCC 1.555、GIM1.648、GIM1.82、GIM1.140、GIM1.380、GIM1.191，酿酒酵母ATCC9763、GIM2.200、GIM2.207、GIM2.139、GIM2.137、GIM2.133、GIM2.131，嗜酸乳杆菌GIM1.208、GIM1.731、GIM1.412、GIM1.321等。
（4）用去离子水清洗发酵大米粉2-4次，每次去离子用量为发酵大米粉重量的2-5倍，最后一次清洗采用离心过滤，将滤渣于45-60℃热风干燥至水分含量低于14%，得到重金属镉消减的大米粉。
大米在自然浸泡发酵过程中起主要作用的微生物是植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌以及酿酒酵母等，本发明根据自然浸泡发酵中的优势微生物种类，选取具有重金属消减作用的菌种，进行接种发酵产酸，将蛋白质分子脱除或将蛋白质分子链打开，从而打断蛋白质与镉的结合键，使镉含量在0.2mg/kg以上的大米中的重金属镉得到消减。大米中重金属镉的去除率在85%以上。获得的脱镉大米粉用作饲料或用于生产发酵米粉。本方法工艺简单可靠、且镉的脱除率较高，具有广阔的市场应用前景和显著的社会经济效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
植物乳杆菌种子培养液的制备：取植物乳杆菌菌液在无菌条件下接入灭菌的MRS肉汤培养基中，接种量为4%，在37℃下恒温培养28h，稀释至浓度达到7×108 cfu/ml。
酿酒酵母种子培养液的制备：在无菌条件下用接种环刮取酿酒酵母斜面菌接种到YPD培养基中，在30℃下恒温培养28h，稀释至浓度为6×107 cfu/ml 。
嗜酸乳杆菌种子培养液的制备：按5ml嗜酸乳杆菌冻干粉加1ml灭菌的MRS肉汤培养基的比例，于嗜酸乳杆菌冻干粉中加入灭菌的MRS肉汤培养基，振荡使嗜酸乳杆菌冻干粉全部溶解成悬液后，按3%接种重量接入灭菌的MRS肉汤培养基中，在37℃下培养28h，直至菌液浑浊有白色沉淀，最后稀释至浓度为7×106 cfu/ml。
实施例1
取植物乳杆菌培养液、酿酒酵母培养液及嗜酸乳杆菌培养液，按体积比7：6：7混合制成混合发酵种子液；取重金属镉含量为0.4mg/kg的大米，磨成粉，过60目筛，按1g大米粉加4ml去离子水的比例，于大米粉中添加去离子水，混匀，制成大米浆液；于大米浆液中加入8%（w/w）混合发酵种子液，在35℃温度条件下静置发酵32h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；用去离子水清洗发酵大米粉3次，每次去离子水的用量为发酵大米粉重量的5倍，最后一次清洗时采用离心（3000rpm，10min）过滤去除去离子水，将滤渣（发酵大米粉）于45℃热风干燥至含水量为13.5%，得到重金属镉消减的大米粉。经检测，制得的大米粉中镉含量为0.049mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，大米中镉消减率为87.6%。
对照1：大米浆液中不接入植物乳杆菌、酿酒酵母及嗜酸乳杆菌菌种发酵（其它条件同实施例1），仅依靠自然发酵，大米粉在去离子水的浸泡及自然发酵作用下，大米中镉的消减率只有27.85%。
对照2：大米浆液中不接入植物乳杆菌、酿酒酵母及嗜酸乳杆菌菌种发酵，且在其中添加0.3%苯甲酸纳溶液控制自然发酵（其它条件同实施例1），大米粉在去离子水的浸泡作用下，大米中镉的消减率仅为6.28%。
对照3：大米浆液中仅接入植物乳杆菌菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为47.85%。
对照4：大米浆液中仅接入酿酒酵母菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为45.26%。
对照5：大米浆液中仅接入嗜酸乳杆菌菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为42.32%。
对照6：大米浆液中仅接入植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为67.32%。
对照7：大米浆液中仅接入植物乳杆菌和酿酒酵母菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为62.32%。
对照8：大米浆液中仅接入酿酒酵母和嗜酸乳杆菌菌种发酵（其它条件同实施例1），大米中镉的消减率为60.28%。
实施例2
取植物乳杆菌种子培养液、酿酒酵母种子培养液、嗜酸乳杆菌种子培养液，按体积比7：6：7混合，制成混合发酵种子液；取重金属镉含量为0.4mg/kg的大米磨成粉，过40目筛，按1g大米粉加6ml去离子水的比例，于大米粉中添加去离子水，混匀，制成大米浆液；于大米浆液中加入7%（w/w）混合发酵种子液，在37℃温度条件下静置发酵28h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；用去离子水清洗发酵大米粉4次，每次去离子水的用量为发酵大米粉重量的2倍，最后一次清洗采用离心（5000rpm，5min）过滤去除去离子水，将滤渣（发酵大米粉）于50℃热风干燥至水分含量为13.0%，得到重金属镉消减的大米粉。经检测，制得的大米粉中镉含量为0.053mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，大米中镉消减率为86.6%。
实施例3
取植物乳杆菌种子培养液、酿酒酵母种子培养液和嗜酸乳杆菌种子培养液，按体积比7：6：7混合，制成混合发酵种子液；取重金属镉含量为0.6mg/kg的大米磨成粉，过50目筛，按1g大米粉加5ml去离子水的比例，于大米粉中添加去离子水，混匀，制成大米浆液；于大米浆液中加入5%（w/w）混合发酵种子液，在39℃温度条件下静置发酵16h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；用去离子水清洗发酵大米粉2次，每次去离子水的用量为发酵大米粉重量的4倍，最后一次清洗采用离心（4000rpm，7min）过滤去除去离子水，将滤渣（发酵大米粉）于60℃热风干燥至水分含量12.8%，得到重金属镉消减的大米粉。经检测，制得的大米粉中镉含量为0.068mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，大米中镉消减率为88.6%。
Claims (5)
1.一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，其特征在于，该方法步骤如下：
(1)将镉含量超标的大米粉碎过40-60目筛；
(2)按1g大米粉加4-6mL去离子水的比例，于过筛后的大米粉中加入去离子水，混匀，得大米浆液；
(3)将植物乳杆菌种子培养液、酿酒酵母种子培养液和嗜酸乳杆菌种子培养液按体积比7:6:7混合，然后按5-8％的接种重量接入到大米浆液中，于35-39℃恒温静置发酵16-32h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；
(4)用去离子水清洗发酵大米粉2-4次，每次去离子水用量为发酵大米粉重量的2-5倍，最后一次清洗采用离心过滤，将滤渣于45-60℃热风干燥至水分含量低于14％，得到重金属镉消减的大米粉。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤(3)中植物乳杆菌种子培养液是取植物乳杆菌菌液在无菌条件下按2-5％的接种重量接入灭菌的MRS肉汤培养基中，在37℃下恒温培养24-36h，稀释至浓度达到1×108cfu/ml-9×108cfu/ml即可。
3.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤(3)中酿酒酵母种子培养液是在无菌条件下用接种环刮取酿酒酵母斜面菌接种到YPD培养基中，在30℃下恒温培养24-36h，稀释至浓度为1×107cfu/ml-9×107cfu/ml即可。
4.权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤(4)中离心时的转速为3000-5000r/min，时间为5-10min。
5.权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤(4)中获得的脱镉大米粉用作饲料或用于生产发酵米粉。
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