CN104585563B - 一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米中重金属镉的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米中重金属镉的方法，该方法是将镉含量为0.2mg/kg以上的大米样品粉碎过筛，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。采用本发明方法，大米中镉的脱除率高达70%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，具体涉及一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米中重金属镉的方法。
背景技术
水稻是全世界大多数人的主食之一，而我国居民一日三餐更是离不开大米，因此稻谷的产量和质量问题受到国人的高度重视。
然而，近年来全国水稻重金属污染问题严重。农业部曾对稻米进行安全性抽检，结果显示，其中重金属超标最严重的是铅，其次是镉。并且无论是农业部抽检还是学者们的调查研究都表明中国市场上约有10%的大米存在镉超标。继2013年媒体曝光了湖南大米“镉超标”事件以后，湖南省水稻质量安全问题就备受各界关注。湖南省是水稻种植大省，也是水稻高产区，但据调查也是受重金属污染的“重灾区”。
重金属超标的大米不仅会使我国对外贸易和经济遭受巨大的损失，还会对人体健康产生严重威胁。近年来有关于防治重金属污染方面的报道和研究成果颇多，但都是利用一些新型技术修复被重金属污染的土壤和水体，对于直接消减大米或米制品中重金属的技术报道尤为鲜见，并且品种选育、土壤修复、肥料控制等重金属消减技术成效缓慢。有一些的国内外报道称，稻米中的重金属主要分布在蛋白质含量较高的部位，并且主要以蛋白质(特别是金属硫蛋白)结合态的形式存在，也有部分与纤维素、半纤维素结合。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、成本低的利用复配乳酸菌发酵脱除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：一种利用复配乳酸菌发酵脱除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和戊糖片球菌种子培养液按体积比2:1混合，然后按3-5%（v/v）的接种量接入到大米浆液中，于37-43℃恒温静置发酵18-30h，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（Lactobacillus plantarum）的斜面菌种活化后，接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，于37-42℃恒温静置培养24-48h，制得。上述戊糖片球菌种子培养液是取戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）的斜面菌种活化后，接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，于37-42℃恒温静置培养24-48h，制得。制得的植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液的含菌量均为108-109cfu/mL。
上述采用的植物乳杆菌和戊糖片球菌均为现有菌种，如植物乳杆菌：CICC20718、CICC20039、CICC20390等，戊糖片球菌：CICC22737、CICC21865、CICC22227等。
（4）用去离子水清洗发酵大米粉2-4次，每次去离子水的用量为发酵大米粉重量的3-5倍，再加入2-5倍发酵大米粉重量的去离子水，离心过滤，将滤渣于45-60℃热风干燥至含水量为11-13%，得到脱除重金属镉的大米粉。其中，离心时的转速为3000-5000r/min，时间为5-10min。
为了脱除大米中的重金属镉，需要利用蛋白酶或酸将其中的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，使重金属镉离子从蛋白质分子中分离出来，再通过水洗，使游离出来的镉与大米粉分离。本发明利用植物乳杆菌和戊糖片球菌发酵所产的乳酸等代谢产物脱除镉含量在0.2mg/kg以上的大米粉中的重金属镉，大米中重金属镉的去除率在70%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。
实施例1
取10g镉含量为0.6479mg/kg的大米样品粉碎过40目筛，加入40mL去离子水，混匀，制成大米浆液；再将植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种分别于42℃和37℃培养24h，进行菌种活化；将活化好的植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种单菌落分别接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，分别于42℃和37℃恒温静置培养48h，分别制得植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液；将植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液按2:1（v/v）的比例混合，按3%（v/v）接种量接入到大米浆液中，于40℃下恒温静置发酵24h；待发酵完毕，将发酵液滤掉，得发酵大米粉，用3-5倍发酵大米粉重量的去离子水洗发酵大米粉3次，再加3倍发酵大米粉重量的去离子水，用离心机离心脱水（5000r/min，5min），最后将滤渣于45℃热风干燥至含水量为11%，得到脱除重金属镉的大米粉。经检测，其中镉的残留量为0.0870mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，且镉的脱除率高达86.60%，说明此实施方案可以有效脱除大米中的重金属镉。
对照1：大米浆液中不接入乳酸菌菌种（即植物乳杆菌和戊糖片球菌）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，大米中镉的脱除率只有26.88%。
对照2：大米浆液中不接入乳酸菌菌种（即植物乳杆菌和戊糖片球菌）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，大米中镉的脱除率仅为5.78%。
对照3：大米浆液中只接入戊糖片球菌发酵时（其它条件同实施例1），大米粉在戊糖片球菌发酵作用下，大米中镉的脱除率仅为47.99%。
对照4：大米浆液中只接入植物乳杆菌发酵时（其它条件同实施例1），大米粉在植物乳杆菌发酵作用下，大米中镉的脱除率仅为48.90%。
实施例2
取10g镉含量为0.4783mg/kg的大米样品粉碎过50目筛，加入50mL去离子水，混匀，制成大米浆液；再将植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种分别于42℃和37℃培养24h，进行菌种活化；将活化好的植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种单菌落分别接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，分别于37℃和42℃恒温静置培养24h，分别制得植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液；将植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液按2:1（v/v）的比例混合，按5%（v/v）接种量接入到大米浆液中，于43℃下恒温静置发酵18h；待发酵完毕，将发酵液滤掉，得发酵大米粉，用3-5倍发酵大米粉重量的去离子水清洗发酵大米粉2次，再加5倍发酵大米粉重量的去离子水，用离心机离心脱水（4000r/min，8min），最后将滤渣于52℃热风干燥至含水量为12%，得到脱除重金属镉的大米粉。经检测，其中镉的残留量为0.1146mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，且镉的脱除率高达76.04%，说明此实施方案可有效脱除大米中的重金属镉。
实施例3
取10g镉含量为0.8095mg/kg的大米样品粉碎过60目筛，加入60mL去离子水，混匀，制成大米浆液；再将植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种分别于42℃和37℃培养24h，进行菌种活化；将活化好的植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种单菌落分别接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，分别于40℃和39℃恒温静置培养36h，分别制得植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液；将植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液按2:1（v/v）的比例混合，按4%（v/v）接种量接入到大米浆液中，于37℃下恒温静置发酵30h；待发酵完毕，将发酵液滤掉，得发酵大米粉，用3-5倍发酵大米粉重量的去离子水清洗发酵大米粉4次，再加2倍发酵大米粉重量的去离子水，用离心机离心脱水（3000r/min，10min），最后将滤渣于60℃热风干燥至含水量为13%，得到脱除重金属镉的大米粉。经检测，其中镉的残留量为0.1091mg/kg，低于国家标准0.2mg/kg，且镉的脱除率高达86.52%，说明此实施方案可有效脱除大米中的重金属镉。
Claims (4)
1.一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米粉中重金属镉的方法，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和戊糖片球菌种子培养液按体积比2:1混合，然后按3-5％的接种量接入到大米浆液中，于37-43℃恒温静置发酵18-30h，过滤，去除发酵液，得发酵大米粉；其中，该植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液的含菌量均为108-109cfu/mL；
(4)用去离子水清洗发酵大米粉2-4次，每次去离子水的用量为发酵大米粉重量的3-5倍，再加入2-5倍发酵大米粉重量的去离子水，离心过滤，将滤渣于45-60℃热风干燥至含水量为11-13％，得到脱除重金属镉的大米粉，该脱除重金属镉的大米粉的镉含量低于国家标准0.2mg/kg。
2.如权利要求1所述的一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米粉中重金属镉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中植物乳杆菌种子培养液和戊糖片球菌种子培养液是分别取植物乳杆菌和戊糖片球菌的斜面菌种活化后，分别接入灭菌后的MRS肉汤培养基中，于37-42℃恒温静置培养24-48h，制得。
3.如权利要求1所述的一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米粉中重金属镉的方法，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。
4.如权利要求1所述的一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米粉中重金属镉的方法，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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