大米发酵脱镉制备米饮料

摘要

大米镉污染问题已引起全社会普遍关注，而大米脱镉加工技术是合理利用镉大米的有效途径。目前，脱镉加工技术发展缓慢，严重限制了镉污染大米的加工利用，给粮食产业带来了巨大的经济损失。本文以高镉大米为原料，通过发酵脱镉制备米饮料的工艺优化研究，发酵脱镉机理研究和米饮料质量指标测定，旨在探究大米发酵脱镉制备米饮料的技术可行性和微生物发酵脱镉的相关机理，为大米脱镉加工技术提供理论依据。主要研究内容及结论如下: 本论文在预实验中，以镉含量0.6817 mg/kg的籼米为原料，制得的米饮料镉含量高达0.1601 mg/kg，远超过国家标准。 采用单因素试验及响应面设计对发酵脱镉工艺中的原料糖化条件、发酵菌种、发酵条件进行优化，确定了最佳工艺条件为:糖化温度70℃、糖化时间2.5 h、糖化酶添加量0.1％(w/w);酵母菌接种量0.1％(w/w)，二次接种时间为发酵后24 h，酵母菌二次接种量0.05％(w/w)，发酵温度35℃，发酵50h，经过滤、离心和杀菌制得米饮料。优化发酵脱镉工艺后制得的米饮料镉含量为0.0563 mg/kg，远低于国标中镉的限量值0.1 mg/kg，原料利用率为88.23％，与优化前相比提高了21.49％，所得米饮料的酒精度为1.79，其色泽、口感等各项感官指标良好。 探究了发酵过程中镉元素的迁移规律，测定发酵后所得不同组分，即米渣、离心上层清液和下层沉淀的镉质量、蛋白质质量，结果表明离心上清液和下层沉淀中镉的分布基本与酵母菌的分布一致，推测酵母菌对镉有吸附作用;酵母菌的扫描电镜结果表明，人工配置Cd2+溶液处理后的酵母菌，菌体呈现出聚集、变形、黏连等现象;以镉大米为原料发酵后的酵母菌也有相同现象，甚至菌体破裂;而正常条件下培养对照组的酵母菌表面光滑，菌体饱满，形状规则。红外光谱分析表明，酵母菌对Cd2+的吸附主要与-OH、-NH、C-H、N-H、-COOH、磷酸基团P-OH、P=O、PO43-以及胺基中的-C-N-等基团有关;而发酵过程中酵母菌的C-O、C=O、P-OH、P=O、PO43-以及胺基中的-C-N-等基团主要参与吸附Cd2+。 参照国标中规定的方法，测定并分析了成品米饮料的感官指标、理化指标、微生物指标，结果表明，该工艺制得的米饮料澄清透明，具有浓郁米香和发酵醇香，口感协调;同时，研究了优化后的发酵工艺对米饮料中重金属铅、砷的脱除作用，结果表明，该工艺对米饮料中的铅也有脱除作用，脱除率达59.56％，因此，该研究为重金属镉、铅污染稻谷的加工研究提供了系统科学的理论参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 镉污染的危害及防治现状

1．1．1 镉污染及其危害

1．1．2 稻米镉污染现状及防治技术

1．2 微生物对重金属的脱除作用及相关机理

1．2．1 藻类

1．2．2 真菌

1．2．3 细菌

1．3 微生物脱镉的应用

1．3．1 水中镉的脱除

1．3．2 土壤中镉的脱除

1．3．3 食品原料中镉的脱除

1．4 米饮料概述

1．4．1 米饮料简介

1．4．2 米饮料分类

1．5 课题的研究目的和意义

1．6 研究的主要内容

2 米饮料发酵工艺优化

2．1 实验材料与方法

2．1．1 材料、仪器和试剂

2．1．2 基础发酵工艺的设计及操作要点

2．1．3 糖化条件优化的方法

2．1．4 发酵菌种及发酵条件优化的方法

2．1．5 还原糖的测定方法

2．1．6 镉含量的测定方法

2．1．7 原料利用率的计算

2．1．8 脱镉率的计算

2．1．9 酒精度的测定方法

2．1．10 米饮料的感官评定方法

2．2 结果与分析

2．2．1 基础发酵工艺结果及分析

2．2．2 糖化条件优化结果及分析

2．2．3 发酵菌种优化结果及分析

2．2．4 发酵条件优化结果及分析

2．2．5 发酵条件BBD优化设计结果

2．3 本章小结

3 发酵过程镉的迁移规律及脱镉机理研究

3．1 实验材料与方法

3．1．1 材料、仪器和试剂

3．1．2 发酵后所得不同组分中镉质量和蛋白质质量的研究

3．1．3 酵母菌的扫描电镜(SEM)形态变化研究

3．1．4 酵母菌的傅里叶红外光谱(FTIR)分析

3．1．5 镉含量的测定

3．1．6 蛋白质的测定

3．2 结果与分析

3．2．1 发酵后不同组分中镉质量与蛋白质质量的关系分析

3．2．2 酵母菌的扫描电镜结果分析

3．2．3 酵母菌的傅里叶红外光谱分析

3．3 本章小结

4 米饮料的质量指标测定

4．1 实验材料与方法

4．1．1 材料、仪器和试剂

4．1．2 米饮料的制作

4．1．3 米饮料的感官评定

4．1．4 米饮料理化指标的测定方法

4．1．5 米饮料微生物指标的测定方法

4．1．6 优化后的工艺对重金属铅、砷的脱除作用研究

4．1．7 重金属镉、铅和砷的测定方法

4．2 结果与分析

4．2．1 米饮料感官评定结果

4．2．2 米饮料的理化指标

4．2．3 米饮料的微生物指标

4．2．4 该发酵工艺对其他重金属的脱除作用

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

论文创新点

参考文献

附录

致谢