[发明专利]一种消减谷物重金属的方法

说明书

技术领域

本发明属于稻米等谷物深加工技术领域，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，本发明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。

背景技术

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。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1mg/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%。