混合乳酸菌发酵-洗脱级联技术：农产品镉污染的生物策略性去除与淀粉品质提升

推荐：针对农产品镉(Cd)污染导致食品安全隐患的问题，南京农业大学团队通过混合乳酸菌(mixed-LAB)发酵优化技术，实现稻米(1.80 mg kg-1→0.17 mg kg-1)和绿豆(0.90 mg kg-1→0.11 mg kg-1)中Cd的高效去除(88-90.5%)，淀粉纯度提升至95.2%。该研究为Cd超标农产品安全利用提供了创新解决方案。

　　

镉(Cd)污染已成为威胁全球食品安全的重要问题。在亚洲主要稻米产区，市场流通稻米中2.2-10%存在Cd超标现象，豆类重金属超标率也达5.1%。这种重金属通过食物链在人体富集，可能引发肾功能损伤、骨质疏松等疾病。更棘手的是，Cd在谷物中主要富集于胚乳部位，与蛋白质组分紧密结合，传统物理化学处理方法往往导致营养成分严重流失。如何在不破坏农产品品质的前提下实现Cd的高效去除，成为食品科学领域的重大挑战。

南京农业大学团队在《Applied Food Research》发表的研究中，创新性地采用三种乳酸菌(Lactobacillus plantarum、L. reuteri和L. fermentum)混合发酵体系，通过单因素和响应面法优化工艺参数，成功开发出兼具Cd去除和淀粉品质提升的双重功效技术。研究团队从湖南株洲Cd污染农田(北纬27°34′，东经113°15′)采集Cd含量1.80 mg kg^-1的稻米，以及南京农业大学盆栽基地Cd含量0.90 mg kg^-1的绿豆作为实验材料，运用X射线荧光扫描(XRF)确认Cd在籽粒中的均匀分布特征，通过Design-Expert 13.0软件设计4因素3水平的Box-Behnken实验，结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多维分析技术，系统评估了发酵处理对农产品理化特性的影响。

3.1 米豆籽粒中镉的空间分布

XRF扫描显示Cd在稻米和绿豆的纵切面、横切面中均呈现胚乳均匀分布模式，这为后续发酵脱镉提供了靶向依据。

3.2 混合乳酸菌生长曲线与pH变化

混合LAB在48小时发酵期间，生长曲线与pH呈负相关，最终稳定在3.6±0.2，产生的乳酸为Cd-蛋白复合物解离创造了酸性环境。

3.3 超标稻米镉去除工艺优化

通过响应面法确定最优参数为：9%菌液添加量、29小时发酵时间、5:1液料比、34℃发酵温度。验证实验显示稻米Cd含量从1.80 mg kg^-1降至0.17 mg kg^-1(达标GB2762-2017)，淀粉纯度从71.6%提升至95.2%。

3.4 发酵前后米豆粉特性变化

SEM观察到发酵后淀粉颗粒表面裂纹增多，蛋白质残留减少；RVA(快速粘度分析仪)检测显示绿豆淀粉糊化特性改善，回生值(RV)从223 cP增至1124 cP，表明凝胶韧性增强。但伴随77.3%蛋白质和63.9%灰分损失，提示需后续营养强化。

这项研究的突破性在于：首次证实混合LAB发酵可通过协同效应(胞外多糖螯合与pH依赖性解吸)实现Cd选择性去除，其90.5%的脱镉效率显著高于单一菌株(80%)和化学方法(85%)。技术推广后，每吨稻米处理将产生10吨含Cd废水，研究团队建议采用离子交换树脂或微生物富集等技术进行Cd回收，而废水中的功能蛋白可转化为饲料添加剂或植物基乳化剂。该成果为Cd污染农产品的安全利用提供了可产业化的生物策略，同时其建立的工艺参数对小麦、玉米等作物的重金属脱除具有重要参考价值。