本发明涉及一种利用植物乳杆菌发酵脱除大米中重金属镉的方法，属于稻米深加工技术领域。
背景技术：
大米是全世界人民的主食之一，我国是水稻出产和消费大国，且有约60％的人以大米为主食，大米的食用安全性可见一斑。大量的调研显示，重金属污染是水稻面临的主要污染问题之一，且以镉污染最为严重，我国的很多矿区出产的水稻，籽实镉含量100％超过0.2mg/kg(国家限量标准)，对于各地区市售大米的调查也显示，普通地区市售大米有10％左右超标，污染地区市售大米超标率超过60％。环境镉污染不仅会影响水稻的产量，导致粮食的缺乏，还会因植株的富集作用导致水稻籽实中镉含量超标，大量镉污染水稻的废弃会造成巨大的经济损失；同时，镉通过饮食、呼吸和接触等途径进入人体，镉中毒会严重危害人体健康。
目前对于镉污染的控制通常从源头控制着手，主要体现在修复土壤和水体，如通过施用特殊的肥料或微生物制剂控制污染、修复以污染的土壤、镉富集植物和农作物轮种、控制矿区废液及肥料对耕地的污染、筛选低镉富集能力水稻品种等方式，这些方式都具有一定的成效，但是其周期长、且花费大量的人力物力财力，需要国家财力和政策的大力支持以及一个长期的治理过程。对已污染大米的处理，现有的方法有很多，如对大米进行浸泡处理、精加工处理、提取大米淀粉、制成其他大米制品如酒精等，这些处理方式可降低大米或大米制品中的镉含量，同时存在一些缺陷，如周期长、去除效果差、对大米利用率低等。
研究表明，益生乳酸菌cgmccno.6077具有较强的镉耐受和镉吸附作用，它们在1000mg/kg浓度的cd2+溶液中可以存活，镉耐受浓度达到其他菌株的10倍以上，并在浓度为100mg/kg的cd2+溶液中镉吸附率超过20％。该益生菌添加于饮水或豆乳中，对重金属镉中毒小鼠的中毒症状有缓解作用，同时该益生菌的添加，可有效减少果蔬汁饮料的镉含量并提高其抗氧化性，这些研究都为益生菌运用于控制镉污染大米奠定了良好的基础。
目前，一些专利和专利申请文献均表明发酵过程会伴随着大米中镉含量的下降，例如cn104585563a公开了一种利用复配乳酸菌发酵脱除大米中重金属镉的方法，cn104489489a公开了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，就发酵底物来讲，以上两种方法均采用米粉进行发酵处理，发酵完成后离心得到发酵米粉，本专利相对于此采用整米发酵，不仅简化了发酵工艺，也减少了后处理过程中物料的浪费。cn104982807a公开的一种利用发酵工艺消减大米中重金属镉的方法也采用整米发酵，但没有对发酵菌种进行选择和改进，添加各种乳酸菌及发酵液，一味追求镉去除率而忽略了发酵体系的明确性和安全性。同时，混菌发酵过程中，菌液配比的控制尤为重要，只有在合适的配比下，才能有效发挥关键菌的作用，菌液配比的不稳定可能造成工艺的不稳定，甚至是达不到预期的效果。
技术实现要素：
本专利所采取的方法实现了利用整米进行发酵，在简化发酵工艺和减少了清洗过程中大米淀粉的损耗的基础上，达到了与已有专利相当的甚至更高的镉去除效果。同时，实现用单菌种进行发酵，降低成本，简化工艺，避免了在发酵体系中加入未知影响成分如营养成分或发酵液等，从而确定了菌株在镉脱除过程中的作用方式。
本发明的目的在于提供一种工艺简单、低成本、可用于大规模工业生产的方法，利用一种益生菌，对大米进行发酵处理，可以快速有效地去除镉污染大米中的重金属镉，实现污染大米的再利用。
本发明的第一个目的是提供一种脱除大米重金属镉的方法，所述方法是利用植物乳杆菌cgmccno.6077发酵脱除大米中重金属镉。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌cgmccno.6077按照终浓度10^7-10^8cfu/ml的接种量添加到大米浸泡体系中，于35～38℃发酵20～30h。
在本发明的一种实施方式中，大米浸泡体系是将镉超标的大米淘洗过后，与生理盐水混匀得到大米浸泡体系。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体为：
(1)将镉超标大米按料液比1:2～3(g/ml)用水淘洗2～4次；
(2)将沥干淘洗水的大米与生理盐水按照1:1～2(g/ml)的比例混匀，得到大米浸泡体系；
(3)将植物乳杆菌cgmccno.6077菌泥用生理盐水稀释，按照大米：生理盐水：菌悬液为30～60:40～80:1(g/ml/ml)接入上述大米浸泡体系，于35～38℃恒温静置发酵20～30h，去除发酵液，得到发酵大米。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌cgmccno.6077菌泥是由植物乳杆菌cgmccno.6077平板划线活化，接入mrs培养基中于35～38℃恒温培养15～20h，离心菌液，菌泥用生理盐水重悬清洗，再离心，得到菌泥。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括使用水淘洗发酵大米2～4次，将所得大米烘干，最终大米水分含量为10-12％，得到镉脱除大米。
本发明的第二个目的是提供所述方法得到的镉脱除大米。
本发明的有益效果：本发明利用植物乳杆菌在发酵过程中的产乳酸作用和对镉的强吸附作用，脱除镉含量为0.45mg/kg的大米中的重金属镉，大米镉脱除率达到85％以上，获得的镉脱除大米，可用于加工制成大米粉或米线。本方法的工艺简单易行，镉脱除率高，蛋白损失小，工艺成本低，适用于大规模的工业生产，具有广阔的市场应用前景和广泛的社会经济效益。
附图说明
图1是发酵体系ph随时间的变化情况；
图2是发酵过程中发酵液的镉浓度变化情况；
图3是不同发酵条件下镉的去除率比较；
图4是不同接菌量下的镉的去除率比较；
图5是不同菌种纯菌发酵下的镉去除率比较；
图6是不同方式处理的大米的蛋白含量变化。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
按料液比1：1.5(g/ml)于锥形瓶加入25g大米(镉含量0.45mg/kg)和37.5ml生理盐水；5mlmrs接入1-2％菌液，37℃孵育16-18h，得到活化菌液；每10ml菌液于5000g/min4℃离心10min，弃上清，加入10ml生理盐水重悬，根据需要进行梯度稀释，得到实验用菌液；实验组接入菌液至液体菌浓度为10^7cfu/ml，37℃静置发酵24h。分别在发酵的4、8、12、16、22、24h测定发酵体系的ph值。由结果可知(图1)，发酵液的ph整体呈下降趋势，在16h左右达到最低值后稳定，相对于自然发酵组，发酵组(cgmccno.6077组)的ph降低明显，最终发酵体系ph值稳定在3.6左右。
实施例2
按料液比1：1.5(g/ml)于锥形瓶加入25g大米(镉含量0.45mg/kg)和37.5ml生理盐水；5mlmrs接入1-2％菌液，37℃孵育16-18h，得到活化菌液；每10ml菌液于5000g/min4℃离心10min，弃上清，加入10ml生理盐水重悬，根据需要进行梯度稀释，得到实验用菌液；实验组接入菌液至液体菌浓度为10^7cfu/ml，37℃静置发酵24h。每隔4h收集一次发酵上清液(约4ml)，并检测上清液中的镉含量。由图2可以看出，自然发酵组发酵液的镉浓度处于较低的水平，且基本没有变化；接菌发酵组的发酵液镉含量在0-12h呈现大幅度的增加，后缓慢增加，在时间达到20h后保持平稳；这一结果表明，植入乳杆菌的接入，在发酵体系中发挥着作用，促进大米中镉的溶出。结合实施例1的ph变化趋势可知，菌株的产酸能力对大米中镉的溶出起着关键性作用。
实施例3：
按料液比1：1.5(g/ml)于锥形瓶加入25g大米(镉含量0.54mg/kg)和37.5ml生理盐水；5mlmrs接入1-2％菌液，37℃孵育16-18h，得到活化菌液；每10ml菌液于5000g/min4℃离心10min，弃上清，加入10ml生理盐水重悬，根据需要进行梯度稀释，得到实验用菌液；实验组接入菌液至液体菌浓度为10^7cfu/ml，37℃静置发酵24h，用2倍体积的超纯水清洗大米3次，60℃过夜烘干，得到镉脱除大米。经测定，镉脱除大米的镉含量为0.078mg/kg，低于国家限量标准0.2mg/kg，镉脱除率达到82.67％。
对照例1：
大米浸泡液中不接入植物乳杆菌，其他步骤按照案例1实施，仅依靠自然发酵，大米在水的浸泡作用及自然发酵作用下，结果见图3，镉脱除率仅为25.80％。
对照例2：
大米浸泡发酵体系不接入植物乳杆菌，并将发酵温度改为4℃控制自然发酵，其他步骤按照案例1实施，结果见图3，镉脱除率仅为16.6％。
对照例3：
大米浸泡发酵体系接入植物乳杆菌死菌体，其他步骤按照案例1实施，结果见图3，镉脱除率为61.3％。
对照例4：
大米浸泡发酵体系接入植物乳杆菌，液体菌浓度为10^1-10^8cfu/ml，其他步骤按照案例1实施，结果见图4，镉脱除率为19.6％-82.67％。
实施例4：
按料液比1：1.5(g/ml)于锥形瓶加入25g大米(镉含量0.62mg/kg)和37.5ml生理盐水；5mlmrs接入1-2％菌液，37℃孵育16-18h，得到活化菌液；每10ml菌液于5000g/min4℃离心10min，弃上清，加入10ml生理盐水重悬，根据需要进行梯度稀释，得到实验用菌液；实验组接入菌液至液体菌浓度为10^7cfu/ml，37℃静置发酵24h，用2倍体积的超纯水清洗大米3次，60℃过夜烘干，得到镉脱除大米。经测定，镉脱除大米的镉含量为0.064mg/kg，低于国家限量标准0.2mg/kg，镉脱除率达到89.68％。
对照例5：
为研究植物乳杆菌cgmccno.6077作为单一发酵剂去除大米中镉的能力，分别与其它常用大米发酵剂菌种(植物乳杆菌ccfm595、发酵乳杆菌lf3、唾液乳杆菌ls11、罗伊氏乳杆菌lr90、嗜热链球菌st07、保加利亚乳杆lb2)进行了对照。大米浸泡发酵体系分别接入以上菌株，菌液菌体浓度为10^7cfu/ml，其他步骤按照案例4实施，结果见图5，镉脱除率依次为45.7％、32.2％、75.8％、62％、28.5％和37.7％。在纯菌发酵上，植物乳杆菌cgmccno.6077对于大米中镉去除存在着绝对优势，同时植物乳杆菌种间也存在着较大差异，可见菌株发酵去除镉是存在特异性的。
实施例5：
将实施例4中的植物乳杆菌cgmccno.6077与现有的其他菌种的发酵处理进行比较。现有的发酵工艺中有部分采取的是发酵剂或发酵液作为菌种来源，未体现具体发酵菌种，造成发酵体系组成的不确定性，不能保证绝对安全；有的采取多菌联合发酵且接菌量较大，相对于本专利的单菌发酵，工艺相对复杂，成本相对更高；更有甚者，在发酵体系中额外添加一些物质，在增加成本的同时不能保证发酵产物的食用安全性。
表1：本发明与现有研究或专利的菌种优势对比
表2：本发明与现有研究或专利的不同额外处理方式对比
实施例6：
对大米发酵前后的成分进行测定和比较，主要测定的指标有蛋白、粗脂肪和灰分含量，以干基计。结果见表3，发酵后，大米蛋白含量和灰分含量显著降低，脂肪含量也有减少；其中自然发酵和菌发酵之间也存在着较大差别。蛋白含量的减少主要有两方面的原因，一方面，大米结构的变化有助于蛋白的溶出，另一方面，菌的发酵作用和酸的产生，把蛋白分解为较小的蛋白、肽甚至是氨基酸，这些都是造成蛋白含量减少的原因；进一步的研究显示，蛋白的减少主要体现在谷蛋白含量的显著降低(图6)。灰分的减少，一部分由水溶性的游离态离子提供，一部分由结合态离子伴随着蛋白等结合物质的破坏或溶出而减少。
表3：发酵前后大米主要成分变化
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。