一种消减谷物重金属的方法技术

本发明专利技术属于大米等谷物深加工技术领域，涉及一种消减镉、铅等重金属污染大米等谷物及加工副产物重金属残留的方法。发明专利技术以重金属污染大米、小麦和玉米等谷物及米糠、麸皮等谷物加工副产物为原料，通过除杂、清洗、浸泡液浸泡、磨浆、沉降分离得上清液经pH调控、沉降或膜分离、洗涤、沉降、干燥后得到谷物蛋白，沉淀经洗涤、调pH、过滤、干燥得到谷物淀粉或多糖，或经洗涤、调pH、蛋白酶水解、洗涤、过滤、干燥得到谷物淀粉或多糖。利用本发明专利技术制得谷物蛋白、谷物淀粉或多糖等产品的重金属镉、铅、砷、汞和镍的允许含量符合国家标准。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于大米等谷物深加工
，涉及一种消减镉、铅等重金属污染大米等谷物及加工副产物重金属残留的方法。专利技术以重金属污染大米、小麦和玉米等谷物及米糠、麸皮等谷物加工副产物为原料，通过除杂、清洗、浸泡液浸泡、磨浆、沉降分离得上清液经pH调控、沉降或膜分离、洗涤、沉降、干燥后得到谷物蛋白，沉淀经洗涤、调pH、过滤、干燥得到谷物淀粉或多糖，或经洗涤、调pH、蛋白酶水解、洗涤、过滤、干燥得到谷物淀粉或多糖。利用本专利技术制得谷物蛋白、谷物淀粉或多糖等产品的重金属镉、铅、砷、汞和镍的允许含量符合国家标准。【专利说明】
本专利技术属于稻米等谷物深加工
，具体涉及一种消减镉或铅等重金属污染大米等谷物和谷物加工副产物的方法，本专利技术通过工艺流程的控制以及物理和化学方法来脱除或降低谷物蛋白、淀粉或多糖中残留的镉、铅、砷、汞、镍和铜等重金属的含量。
技术介绍
由于地质成因和人类活动，镉等重金属会对稻田、麦地、玉米地等农田生态系统造成污染。重金属通过食物链被人体摄入，对人类健康造成极大的威胁。以中国、日本、印度、韩国等东南亚国家农田镉等重金属污染尤为严重，世界其它各国也受到不同程度的污染，镉等重金属污染谷物进入人们食物已威胁着人类的身体健康。在亚洲国家，人体摄入镉的35-50%源于水稻，稻田被镉等重金属污染的原因主要有施用含镉等重金属杂质的磷肥、生活污水和垃圾处置不当、作为肥料的动物粪便、尾矿碴和冶炼厂废弃物进入农田等。过量摄入镉对人体危害极大，例如痛痛病等疾病就是因长期食用含镉的食物而引起的镉中毒症。目前，我国水稻种植区域的重金属污染面积非常大。Cheng Fangmin等(2006)年对我国华南地区粳稻镉和铅污染进行调研，他们对269个采样点的粳稻进行调查，对3个不同生态系统的12个品种的粳稻进行田间种植试验，结果发现，精米中的镉含量在0.01-0.34mg/kg之间，算术平均值为0.081mg/kg，铅含量在0.01-1.136mg/kg之间，算术平均值为0.1135mg/kg ο Qian Yongzhong等2005-2008年间对中国市场销售大米重金属污染调查，发现大米重金属平均含量:Cd 为 0.05mg/kg、Pb 为 0.062mg/kg、Hg 为 0.0058mg/kg、As 为 0.119mg/kg。Yan Du等(2013)对湖南某县稻田和水稻镉污染研究发现，该县所产水稻镉含量在0.01-2.77mg/kg之间，平均值是0.46mg/kg, 59.6%的水稻镉含量超过了国家粮食安全标准，镉含量超过lmg/kg而被称为“镉米”的比例达到11.1%。随着工业化和城镇化的发展，工业和生活垃圾剧增，有些区域水稻等谷物镉等重金属超标日益严重，解决水稻等谷物重金属污染问题，不仅关系到粮食的质量安全，大面积谷物因重金属污染不能食用，这也将威胁到粮食的数量安全。将水稻等谷物中镉等重金属含量控制在食品安全的范围内，消除重金属对健康的危害，已成为一个急待解决的问题。目前，研究较多的是如何降低农田灌溉用水的重金属含量、如何对受污染农田进行修复、降低重金属的作物利用活性、培育低重金属富集谷物品种等来控制谷物重金属污染，但这些研究成果尚未实现工业化。少量研究揭示了镉等重金属在谷物的分布与存在形态。杨居荣等(2001)研究发现，镉、铅和砷等在水稻和小麦籽实各形态结构中的浓度分布呈现大体一致的趋势，重金属在谷物中的分布并不均衡，蛋白质含量高的部位，重金属含量相对较高。重金属在谷物中主要以有机结合态存在，且主要与球蛋白、谷蛋白等蛋白质结合，粗纤维和植酸也有一定量的结合，淀粉和脂肪结合则较少。大米、小麦和玉米的主要成分是淀粉和蛋白，其中淀粉含量较大，一般占到60-75%，蛋白是第二大成分(除水分外)，蛋白在大米中的含量是7-9%，蛋白在小麦和玉米等谷物中的含量达到9-15%。淀粉常温下不溶于水、稀酸和稀碱，而谷物蛋白根据其在溶剂中溶解度不同，可分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白占大米总蛋白的量分别是2-5%、2-10%、1-5%和75-90%，四类蛋白占小麦总蛋白的量分别是5-10%、5-10%、40-50%和30_45%，四类蛋白占玉米总蛋白的量分别是2_10%、2_20%、50-55%和30-45%。清蛋白溶于水；球蛋白微溶于水，可溶于盐的稀溶液；醇溶蛋白不溶于水和盐的稀溶液，但溶于体积分数70%左右的乙醇溶液；谷蛋白不溶于水、盐的稀溶液和乙醇溶液，但可溶于稀酸或稀碱溶液。基于大米中的镉等重金属主要与蛋白分子形成络合物，而与淀粉结合的极少这一特点，可以通过分离大米淀粉与蛋白质的方法制备重金属含量降低的大米淀粉。文献《大米淀粉物化特性、分子结构及其相关性研究》(武汉:华中农业大学硕士论文，2006)报道了用碱法从12种不同品种大米中提取淀粉的研究，该文献提取的不同品种大米淀粉的纯度为79.39%-97.87% (干基)，蛋白含量最低可达0.40% (干基)；文献《机械力活化季铵型阳离子淀粉絮凝剂的制备及特性研究》(武汉:华中农业大学硕士论文，2008，华中农业大学图书馆可以公开阅读的文献，已经收录于中国知网)应用碱法从糯大米、粳米和籼米提取中提取淀粉，其纯度以干基计分别达到98.08%,96.03%和95.76%。文献《大米淀粉提取工艺对淀粉产品镉含量的影响》(中国粮油学报，2013，28(4):83-87)报道了用碱法、酶法和表面活性剂法3种淀粉提取工艺对淀粉产品镉含量的影响，结果认为以适宜的碱法工艺提取的淀粉的镉含量最低(与原料相比下降了 84.77%)，淀粉的纯度最高为97.02%，淀粉提取率为75.12%。该方法就是利用脱除大米中的蛋白质而制得重金属镉含量降低的大米淀粉。但是，按照国家有关谷物碾磨加工品的卫生标准(GB2762-2012，镉含量不得超过0.lmg/kg)计算，该文献只能对镉含量低于0.657mg/kg的大米进行处理，才能制得镉含量符合标准的淀粉产品。此外，该文献没有对分离过程富集了镉的蛋白质进行处理和回收利用。申请号为CN201110050464.X文献公开了一种脱除稻米中残余重金属的方法，以超临界二氧化碳为超临界流体的超临界萃取方法，脱除稻米粒中的铅、汞、铬、镉和砷。该方法脱重金属残留效果较好，但成本较高。为了脱除谷物中的重金属，需要把结合重金属的蛋白分子链打开，破坏重金属与蛋白的结合，通过酸等溶剂或通过酶解破坏重金属与蛋白大分子的结合，把重金属从蛋白质大分子中洗脱出来，再进行膜分离等将其与谷物蛋白或多糖等分离。本专利技术根据谷物成分溶解性不同，采用溶剂洗脱、物系分离等技术，脱除或降低谷物及谷物加工副产物中的重金属含量。该技术工艺可靠、效果良好、市场应用前景广阔、经济和社会效益显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，针对大米等谷物及米糠等谷物加工副产物脱除镉和铅等重金属，通过本专利技术制得的谷物蛋白、谷物淀粉或多糖的镉含量低于0.lmg/kg，铅含量低于0.2mg/kg，砷、铅、镍和铜等重金属含量也得到降低，这些重金属在所得谷物制品中的含量均符合国家标准的允许残留量，本专利技术是以镉和铅等重金属污染谷物或谷物加工副产物为原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消减谷物重金属的方法，其特征在于下列步骤：（1）将受重金属镉污染的谷物或谷物加工副产物用自来水洗涤，料水重量比为1:1?1:2，洗涤2?3次；（2）将洗涤好的物料按料液重量比为1:1.5?1:5的量加入浸泡液1，于室温下搅拌浸泡2?6h，使其充分润胀，将润胀好的物料研磨，使料浆细度通过80目筛，得浆液；（3）将浆液沉降分离，得沉淀1，调节上清液的pH至2?3，进行膜分离，调节膜内溶液的pH至4?6，沉降分离，得沉淀2；或（4）将浆液沉降分离，得上清液1，向沉淀中加浸泡液2，搅拌浸泡，沉降分离，得沉淀1和上清液2，将上清液1和上清液2的pH调至2?3，分别进行膜分离，混合膜内溶液，调节混合液的pH至4?6，沉降分离，得沉淀2；或（5）将浆液沉降分离，得上清液1和沉淀1，调节上清液1的pH至2?3，搅拌30?60min，调节其pH至4?6，沉降分离，得沉淀2；（6）将沉淀2按料液重量比为1:1?1:2的量加入自来水，搅拌洗涤5?10min，沉降分离，重复该步骤1?2次，将沉淀干燥，得谷物蛋白；（7）将沉淀1按料液重量比为1:1?1:2的量加入自来水，加碱性蛋白酶，在pH为9?12搅拌条件下酶解，或加中性蛋白酶在pH为6.5?7.5搅拌条件下酶解，或加酸性蛋白酶，在pH为2.0?5.0搅拌条件下酶解，沉降分离，将沉淀按料液重量比为1:1?1:2的量加入自来水，调pH至中性，搅拌洗涤10?15min，离心过滤，将滤渣干燥，得到谷物淀粉或多糖；或（8）将沉淀1按料液重量比为1:1?1:2的量加入稀酸，搅拌洗涤10?30min，沉降分离，将沉降物按料液重量比为1:1?1:2的量加入自来水，搅拌洗涤10?20min，调pH至中性，离心过滤，将滤渣干燥，得到谷物淀粉或多糖。其中:步骤（2）中的浸泡液1的组分及配比如下：0.1%?0.5%浓度的NaOH或0.2%?0.5%浓度的KOH或0.2%?0.4%浓度的的氨水。步骤（4）中的浸泡液2的组分及配比如下：50%?80%浓度的乙醇或40?80%浓度的丙醇溶液。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵思明，豁银强，熊善柏，陈颖，潘洪冬，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：