论文部分内容阅读
【摘 要】 随着我国工业化和城市化发展速度的加快，环境中镉等重金属的污染范围扩大。镉通过大气降尘、污水灌溉、污泥农用以及农业施肥等多种途径输入农业环境。进入农业环境中的镉被水稻植株吸收后，向地上部分迁移，在稻米中富集，造成稻米污染。稻米对镉的富集能力较小麦、玉米等其它农作物更强，使我国稻米质量和食用安全受到威胁。文章对稻米加工技术对产品镉含量的影响进行了分析探讨。
【关键词】 稻米加工；镉含量
引言：
稻米是我国的主要粮食作物，因此，稻米镉污染问题一直受到国內外广泛关注。为解决稻米镉污染问题，许多学者提出了治理方法，主要包括以下三种途径：一是将稻田土壤中的镉去除；二是改变稻田土壤中镉的存在形态，降低镉的迁移性和生物有效性；三是培育低镉富集能力的水稻新品种。目前，我国稻米镉污染防治措施主要集中在控制镉在水稻中的生物积累上，缺少含镉稻米镉的加工去除及控制技术。
一、稻米镉污染研究现状
1、稻米镉污染来源
1.1大气降尘
工矿业生产以及机动车辆排放的气体和粉尘含有大量含镉污染物，它们进入大气后会通过重力沉降或雨水淋洗等方式输入稻田土壤，通过水稻植株吸收后蓄积在稻米中。通过这种途径进入稻米中的镉其含量一般会随着与污染源距离的增大而降低。据报道，在英、法、日等一些工业化国家，农作物籽粒中的镉有50%以上来自大气降尘。可见，大气降尘显然已成为老工业区稻米等农作物籽粒镉污染的主要来源。
1.2污水灌溉和污泥农用
随着我国工业的迅速发展，污水灌溉和污泥农用已逐步成为稻米镉污染的又一重要来源。污水灌溉是指使用经过一定处理的工商业废水灌溉稻田。近年来，我国污水的排放量日益增加，未处理或处理不当的废水排入环境的现象时有发生，导致稻田用水中镉含量增加，污染稻田土壤，威胁稻米质量安全。
1.3含镉肥料的施用
农用化肥中的镉、汞、砷、锌等重金属含量一般较高，尤其是镉。据文献报道，含磷肥料中镉含量最高可达174mg/kg，若长期施用，可造成农田土壤中镉严重超标，污染粮食作物。
二、稻米加工技术
1、砻谷
砻谷又称脱壳，是通过对稻米籽粒施加一定的机械作用力而脱除稻米表面颖壳获得糙米产品的一种稻米加工工序。根据砻谷方式以及稻米砻谷时受力情况不同，一般将稻米砻谷的方法分为挤压搓撕法、撞击脱壳法以及端压搓撕法三种。稻米经砻谷机脱壳后，须要经过碧下物分离将稻米、糙米以及颖壳分开。稻壳的分离多采用风选法将颖壳从混合物中分离出来，而谷糙分离则是根据稻米与糙米密度、粒度及容重等物理特性的差异来分离谷糙。常用的谷糙分离方法主要有筛选法、相对密度分选法和弹性分离法。而典型的谷糙分离设备有谷糙分离平转筛和重力谷糙分离机。
2、碾米
碾米又称糙米碾白，是指剥离糙米籽粒表面皮层、胚和部分胚乳以提高其食用品质及贮藏性的加工工序碾米的方法可分为物理法和化学法两种，目前物理法被视为常规的碾米方法。物理法的碾米方式若根据碾米作用力来分可以分为搓离碾米和碾削碾米两种。搓离碾米是利用强烈的摩擦搓离作用来达到糙米碾白的目的。搓离碾米适用于加工强度大、皮层柔软的糙米。碾削碾白是依靠金刚砂高速旋转过程中对糙米表面产生的碾削作用，碾除皮层、胚，以实现糙米碾白。这种方式适宜于碾制籽粒结构强度较差、表面较硬的糙米。而有研究报道，利用搓离作用和碾削作用的混合碾米方式，可以提高出米率，减少碎米量，改善产品色泽，还可以提高设备的生产力，降低能耗。
3、大米淀粉的提取
大米淀粉的提取是指以大米为原料，利用一定的技术手段将大米淀粉与蛋白组分分离，获得纯度较高的大米淀粉产品的过程。大米淀粉是大米的主要营养成分之一，它以其特有的理化性质，广泛用于食品、医药及化工等行业。大米淀粉的理化性质的好坏与其纯度密切相关，大米蛋白等其它营养成分对大米淀粉的应用产生了诸多不利影响。淀粉和蛋白是大米的主要营养成分，因此，为了保证大米淀粉在实际生产应用中具有良好的功能特性，必须将其与蛋白分离。与其它谷物相比，大米淀粉与蛋白的结合最为牢固，采用物理方法很难将其与蛋白分离。目前，大米淀粉的分离方法主要有碱浸提法、酶水解法和表面活性剂法。
4、大米蛋白提取
大米蛋白提取的原理与淀粉提取类似，都是利用一定的技术手段将蛋白与淀粉等其它组分分离，获得纯度较高的大米蛋白产品的过程。大米蛋白因具有氨基酸配比合理、营养价值高、致敏性低等特点而被认为优质植物蛋白，应用前景广阔。近年来国内外也越来越重视大米蛋白开发利用方面的相关研究。大米蛋白的提取既是大米综合利用与精深加工的重要途径，也是大米蛋白资源开发利用的前提条件。目前，可实现工业化生产的大米蛋白的提取方法只有碱溶酸沉法，即首先利用稀碱溶液使蛋白质溶解，通过离心去除淀粉等其它不溶组分，加酸调节上清液pH值至蛋白质的等电点使其沉淀，二次离心后得到的沉淀即为蛋白产品。以大米蛋白为原料，利用强酸、强碱或酶对其进行不同程度的水解，可以得到的营养丰富的蛋白水解液。目前，酸水解法因具有工艺简单、生产周期短和成本低等特点仍然是工业上生产蛋白水解液，尤其是复合氨基酸溶液最常用的方法。该产品经过离子交换法纯化后可作为营养强化剂直接添加于食品中，还可以作为母液通过分离提取制得用于临床治疗或营养保健的氨基酸制剂，以获得更高的经济价值。
三、稻米加工技术对产品镉含量的影响
1、砻谷、碾米加工技术对产品镉含量的影响
试验结果表明，随着碾米精度的提高，产品镉含量呈降低趋势，说明镉在糙米籽粒中不是均匀分布的，在糙米中越靠近米粒表面镉含量越高，由外到内镉含量呈下降趋势。另一组实验测定的稻米不同部位镉含量的结果相同，即越向米粒中心部位镉含量越低。镉在糙米籽粒的这种分布规律可能是由于其各部位蛋白含量的差异引起的。前人研究表明，在镉由茎叶向水稻籽粒运输的过程中，镉会选择性地与蛋白质以络合物的形式结合。镉易富集在蛋白质含量较高的部位。而稻米内部糠层蛋白含量最高，胚乳由外到内蛋白含量逐渐降低。因此，稻米内部镉与蛋白质表现出了相同的分布规律。碾米过程中随着碾米精度的提高，糠层和外层胚乳逐渐被碾除，大米产品镉含量降低。 随着碾米时间的延长，镉含量的变化幅度趋于平稳，碾米时间2.5min和3.0min得到的大米样品的镉含量均无显著差异。这可能是因为碾米时间2.5min时，即碾米精度为23.83%时，几乎全部的糠层和外层胚乳已经被碾除，产品中的镉分布不再具有明显的不均一性，镉含量不再随着碾米精度的提高而发生显著变化。因此，碾米精度为23.83%时，碾米加工对镉的去除效果已达到最佳，通过进一步提高碾米精度已无法显著降低镉含量。
2、大米淀粉的提取加工技术对产品镉含量的影响
有关不同分离方法提取大米淀粉的文献报道表明，与酶法相比，碱法提取的淀粉纯度高、蛋白质含量低。大米中的镉主要与蛋白质组分以络合物的形式结合，在淀粉等其它成分中积累较少。大米淀粉提取工艺是将淀粉与蛋白质分離的过程。在该过程中，随着蛋白质的去除，与蛋白质结合的镉也随之被去除。在碱法提取淀粉过程中，碱液可使蛋白质与淀粉结合的紧密结构变得疏松，并破坏蛋白质分子间的次级键，使极性基团发生解离，对蛋白质分子有增溶作用，促进了淀粉和蛋白质的分离。与酶水解法相比，碱法对含镉蛋白的去除能力更强。这可能是碱法提取的淀粉产品镉含量低于酶法的主要原因。综合比较可以得出，与酶法相比，优化后的碱法提取工艺制备的大米淀粉产品镉含量较低、淀粉纯度较高。因此，选取碱法作为含镉大米的淀粉提取工艺更为适宜。
4、大米蛋白提取加工技术对产品镉含量的影响
碱法工艺制备的大米蛋白产品镉含量约为原料大米的7倍。以蛋白产品为原料制备的蛋白水解液经脱色后氨基酸得率和镉去除率分别为83.99%和7.38。利用离子交换法分离水解液中氨基酸和镉的最佳动态吸附条件为：pH值2，流速6BV/h，上样量9BV；吸附完成后依次用0.3mol/L氨水和3mol/L硝酸洗脱。该工艺条件下镉去除率97.69%氨基酸得率85.71。可见，离子交换法适用于含镉蛋白水解液中氨基酸的分离纯化。
四、结束语
我国基本以大米为主食，稻米的安全问题直接关系到人民群众的身体健康。因此，发展绿色稻米产业，无论是扩大出口还是顺应时代发展需要都具有极其重要意义。
参考文献：
[1]黄秋婵.镉对人体健康的危害效应及其机理研究进展[J].安徽农业科学，2007，35（9）：2528-2531.
[2]黄秋婵.硅对镉胁迫下水稻幼苗生长及其生理特性的影响[J].湖北农业科学，2007，46（3）：354-357.
[3]李明德.海泡石对镉污染土壤改良效果的研究[J].土壤肥料，2005，11（3）：126128
[4]胡燕，陈忠杰.大米蛋白的分离提取和应用[J].粮食加工，2011，36（1）：5254.
【关键词】 稻米加工；镉含量
引言：
稻米是我国的主要粮食作物，因此，稻米镉污染问题一直受到国內外广泛关注。为解决稻米镉污染问题，许多学者提出了治理方法，主要包括以下三种途径：一是将稻田土壤中的镉去除；二是改变稻田土壤中镉的存在形态，降低镉的迁移性和生物有效性；三是培育低镉富集能力的水稻新品种。目前，我国稻米镉污染防治措施主要集中在控制镉在水稻中的生物积累上，缺少含镉稻米镉的加工去除及控制技术。
一、稻米镉污染研究现状
1、稻米镉污染来源
1.1大气降尘
工矿业生产以及机动车辆排放的气体和粉尘含有大量含镉污染物，它们进入大气后会通过重力沉降或雨水淋洗等方式输入稻田土壤，通过水稻植株吸收后蓄积在稻米中。通过这种途径进入稻米中的镉其含量一般会随着与污染源距离的增大而降低。据报道，在英、法、日等一些工业化国家，农作物籽粒中的镉有50%以上来自大气降尘。可见，大气降尘显然已成为老工业区稻米等农作物籽粒镉污染的主要来源。
1.2污水灌溉和污泥农用
随着我国工业的迅速发展，污水灌溉和污泥农用已逐步成为稻米镉污染的又一重要来源。污水灌溉是指使用经过一定处理的工商业废水灌溉稻田。近年来，我国污水的排放量日益增加，未处理或处理不当的废水排入环境的现象时有发生，导致稻田用水中镉含量增加，污染稻田土壤，威胁稻米质量安全。
1.3含镉肥料的施用
农用化肥中的镉、汞、砷、锌等重金属含量一般较高，尤其是镉。据文献报道，含磷肥料中镉含量最高可达174mg/kg，若长期施用，可造成农田土壤中镉严重超标，污染粮食作物。
二、稻米加工技术
1、砻谷
砻谷又称脱壳，是通过对稻米籽粒施加一定的机械作用力而脱除稻米表面颖壳获得糙米产品的一种稻米加工工序。根据砻谷方式以及稻米砻谷时受力情况不同，一般将稻米砻谷的方法分为挤压搓撕法、撞击脱壳法以及端压搓撕法三种。稻米经砻谷机脱壳后，须要经过碧下物分离将稻米、糙米以及颖壳分开。稻壳的分离多采用风选法将颖壳从混合物中分离出来，而谷糙分离则是根据稻米与糙米密度、粒度及容重等物理特性的差异来分离谷糙。常用的谷糙分离方法主要有筛选法、相对密度分选法和弹性分离法。而典型的谷糙分离设备有谷糙分离平转筛和重力谷糙分离机。
2、碾米
碾米又称糙米碾白，是指剥离糙米籽粒表面皮层、胚和部分胚乳以提高其食用品质及贮藏性的加工工序碾米的方法可分为物理法和化学法两种，目前物理法被视为常规的碾米方法。物理法的碾米方式若根据碾米作用力来分可以分为搓离碾米和碾削碾米两种。搓离碾米是利用强烈的摩擦搓离作用来达到糙米碾白的目的。搓离碾米适用于加工强度大、皮层柔软的糙米。碾削碾白是依靠金刚砂高速旋转过程中对糙米表面产生的碾削作用，碾除皮层、胚，以实现糙米碾白。这种方式适宜于碾制籽粒结构强度较差、表面较硬的糙米。而有研究报道，利用搓离作用和碾削作用的混合碾米方式，可以提高出米率，减少碎米量，改善产品色泽，还可以提高设备的生产力，降低能耗。
3、大米淀粉的提取
大米淀粉的提取是指以大米为原料，利用一定的技术手段将大米淀粉与蛋白组分分离，获得纯度较高的大米淀粉产品的过程。大米淀粉是大米的主要营养成分之一，它以其特有的理化性质，广泛用于食品、医药及化工等行业。大米淀粉的理化性质的好坏与其纯度密切相关，大米蛋白等其它营养成分对大米淀粉的应用产生了诸多不利影响。淀粉和蛋白是大米的主要营养成分，因此，为了保证大米淀粉在实际生产应用中具有良好的功能特性，必须将其与蛋白分离。与其它谷物相比，大米淀粉与蛋白的结合最为牢固，采用物理方法很难将其与蛋白分离。目前，大米淀粉的分离方法主要有碱浸提法、酶水解法和表面活性剂法。
4、大米蛋白提取
大米蛋白提取的原理与淀粉提取类似，都是利用一定的技术手段将蛋白与淀粉等其它组分分离，获得纯度较高的大米蛋白产品的过程。大米蛋白因具有氨基酸配比合理、营养价值高、致敏性低等特点而被认为优质植物蛋白，应用前景广阔。近年来国内外也越来越重视大米蛋白开发利用方面的相关研究。大米蛋白的提取既是大米综合利用与精深加工的重要途径，也是大米蛋白资源开发利用的前提条件。目前，可实现工业化生产的大米蛋白的提取方法只有碱溶酸沉法，即首先利用稀碱溶液使蛋白质溶解，通过离心去除淀粉等其它不溶组分，加酸调节上清液pH值至蛋白质的等电点使其沉淀，二次离心后得到的沉淀即为蛋白产品。以大米蛋白为原料，利用强酸、强碱或酶对其进行不同程度的水解，可以得到的营养丰富的蛋白水解液。目前，酸水解法因具有工艺简单、生产周期短和成本低等特点仍然是工业上生产蛋白水解液，尤其是复合氨基酸溶液最常用的方法。该产品经过离子交换法纯化后可作为营养强化剂直接添加于食品中，还可以作为母液通过分离提取制得用于临床治疗或营养保健的氨基酸制剂，以获得更高的经济价值。
三、稻米加工技术对产品镉含量的影响
1、砻谷、碾米加工技术对产品镉含量的影响
试验结果表明，随着碾米精度的提高，产品镉含量呈降低趋势，说明镉在糙米籽粒中不是均匀分布的，在糙米中越靠近米粒表面镉含量越高，由外到内镉含量呈下降趋势。另一组实验测定的稻米不同部位镉含量的结果相同，即越向米粒中心部位镉含量越低。镉在糙米籽粒的这种分布规律可能是由于其各部位蛋白含量的差异引起的。前人研究表明，在镉由茎叶向水稻籽粒运输的过程中，镉会选择性地与蛋白质以络合物的形式结合。镉易富集在蛋白质含量较高的部位。而稻米内部糠层蛋白含量最高，胚乳由外到内蛋白含量逐渐降低。因此，稻米内部镉与蛋白质表现出了相同的分布规律。碾米过程中随着碾米精度的提高，糠层和外层胚乳逐渐被碾除，大米产品镉含量降低。 随着碾米时间的延长，镉含量的变化幅度趋于平稳，碾米时间2.5min和3.0min得到的大米样品的镉含量均无显著差异。这可能是因为碾米时间2.5min时，即碾米精度为23.83%时，几乎全部的糠层和外层胚乳已经被碾除，产品中的镉分布不再具有明显的不均一性，镉含量不再随着碾米精度的提高而发生显著变化。因此，碾米精度为23.83%时，碾米加工对镉的去除效果已达到最佳，通过进一步提高碾米精度已无法显著降低镉含量。
2、大米淀粉的提取加工技术对产品镉含量的影响
有关不同分离方法提取大米淀粉的文献报道表明，与酶法相比，碱法提取的淀粉纯度高、蛋白质含量低。大米中的镉主要与蛋白质组分以络合物的形式结合，在淀粉等其它成分中积累较少。大米淀粉提取工艺是将淀粉与蛋白质分離的过程。在该过程中，随着蛋白质的去除，与蛋白质结合的镉也随之被去除。在碱法提取淀粉过程中，碱液可使蛋白质与淀粉结合的紧密结构变得疏松，并破坏蛋白质分子间的次级键，使极性基团发生解离，对蛋白质分子有增溶作用，促进了淀粉和蛋白质的分离。与酶水解法相比，碱法对含镉蛋白的去除能力更强。这可能是碱法提取的淀粉产品镉含量低于酶法的主要原因。综合比较可以得出，与酶法相比，优化后的碱法提取工艺制备的大米淀粉产品镉含量较低、淀粉纯度较高。因此，选取碱法作为含镉大米的淀粉提取工艺更为适宜。
4、大米蛋白提取加工技术对产品镉含量的影响
碱法工艺制备的大米蛋白产品镉含量约为原料大米的7倍。以蛋白产品为原料制备的蛋白水解液经脱色后氨基酸得率和镉去除率分别为83.99%和7.38。利用离子交换法分离水解液中氨基酸和镉的最佳动态吸附条件为：pH值2，流速6BV/h，上样量9BV；吸附完成后依次用0.3mol/L氨水和3mol/L硝酸洗脱。该工艺条件下镉去除率97.69%氨基酸得率85.71。可见，离子交换法适用于含镉蛋白水解液中氨基酸的分离纯化。
四、结束语
我国基本以大米为主食，稻米的安全问题直接关系到人民群众的身体健康。因此，发展绿色稻米产业，无论是扩大出口还是顺应时代发展需要都具有极其重要意义。
参考文献：
[1]黄秋婵.镉对人体健康的危害效应及其机理研究进展[J].安徽农业科学，2007，35（9）：2528-2531.
[2]黄秋婵.硅对镉胁迫下水稻幼苗生长及其生理特性的影响[J].湖北农业科学，2007，46（3）：354-357.
[3]李明德.海泡石对镉污染土壤改良效果的研究[J].土壤肥料，2005，11（3）：126128
[4]胡燕，陈忠杰.大米蛋白的分离提取和应用[J].粮食加工，2011，36（1）：5254.