低镉大米的精密碾磨加工：元素浓度、营养成分及品质特性的变化

《Food Control》：Controlled Milling of Low-Cadmium Rice: Changes in Elemental Concentrations, Nutritional Composition, and Quality Characteristics

　　

摘要

稻田中的镉（Cd）污染仍然是一个重要的问题，而低镉积累的水稻品种为限制稻谷中的镉积累提供了一种潜在的方法。然而，这些品种对碾磨过程的响应，尤其是元素浓度、营养成分和食用品质之间的关系，目前还不够清楚。在这项研究中，选取了三种低镉水稻品种及其对应的对照品种，对它们进行了0-400秒的碾磨处理。随着碾磨时间的增加，稻谷的碾磨程度提高，糠层的保留量减少，蛋白质、膳食纤维、灰分和脂肪的含量降低，而总淀粉和直链淀粉的比例相对增加。所有六个稻谷样本中的镉浓度随碾磨时间的增加而下降。仅在D组和F组中观察到显著的组内变化。低镉稻谷样本在整个碾磨过程中保持了较低的镉浓度。总砷含量也随着碾磨时间的增加而降低，而锰（Mn）和品质的变化则表现出品种间的差异。碾磨通常会使煮熟后的米饭变软，并影响其感官属性。重要的是，相同的碾磨时间在不同的稻谷样本上可能产生不同的碾磨效果；因此，不应将基于时间的响应视为所有样本在相同碾磨强度下的结果。这些发现表明，未来的碾磨优化应基于实际的碾磨程度或糠层保留量，而不仅仅是碾磨时间。

引言

水稻是全球最重要的主食作物之一，是世界上超过一半人口的主要食物来源（Shi et al., 2023）。然而，稻田土壤中的镉（Cd）污染仍然是一个严重的食品安全问题，因为水稻植株容易从土壤中吸收镉并将其积累在可食用的谷粒中，从而增加了膳食暴露于镉的风险。减少稻谷中的镉积累对于确保水稻安全并保护公众健康至关重要。已经提出了多种策略来减轻水稻生产系统中的镉污染，包括物理修复、化学固定和生物修复（Xu, L. et al., 2024）。然而，这些方法往往受到高成本、处理时间长、效果受土壤类型影响以及潜在的次生环境风险的限制。

与田间修复策略相比，开发和应用低镉积累的水稻品种被认为是一种更经济和可持续的方法，可以减少镉进入食物链（Yan et al., 2019a）。在理解水稻中镉积累的遗传基础方面已经取得了相当大的进展。例如，OsNRAMP5被确定为参与镉吸收的关键转运蛋白，其敲除实验表明能显著降低水稻根、茎、叶和谷粒中的镉积累（Tang et al., 2017）。此外，通过育种和筛选方法，包括M1代目标深度测序（M1TDS）、甲磺酸乙酯（EMS）诱变、天然缺失筛选和低镉种质资源的累积，已经培育出了低镉水稻品种。代表性品种包括早熟期的Zhong’an 2、中熟期的Zhenliangyou 8612和晚熟期的Xizi 3（Liao & Huang, 2025）。

在食用前通常会对水稻进行碾磨，以去除糠层和胚芽。对传统水稻和受污染条件下生长的水稻的研究表明，增加碾磨强度通常会降低可食用部分中的镉和其他元素的浓度，同时去除蛋白质、脂质、膳食纤维、矿物质和其他与糠层相关的成分（Ling et al., 2023; Liu et al., 2017）。碾磨还可以改善稻谷的外观、胶粘性和煮熟后的口感；因此，适度碾磨被提出作为一种平衡成分保留和食用品质的加工策略（Kwon et al., 2025）。然而，这些已建立的发现主要来自传统品种或污染物浓度较高的水稻（Chiara et al., 2021）。低镉水稻品种的选育主要是为了减少谷粒中的镉积累，同时保持良好的农艺性能（Li et al., 2017）。然而，据我们所知，它们对逐步碾磨的响应是否与其对应的对照品种相同尚未进行系统性评估。特别是，关于低镉水稻及其对照品种在逐步碾磨过程中元素浓度、营养成分和品质特征的变化情况的信息有限，也不知道这些碾磨轨迹在特定品种对之间是否存在差异。先前的研究表明，不同水稻品种对碾磨的营养、糊化、感官和食用品质响应可能存在差异（Zhao et al., 2023）。由于这些响应也可能受到品种背景、谷粒形态和物理化学组成的影响，因此将低镉品种与其对照品种的比较应视为特定品种的响应，而不能仅仅归因于低镉特性。

节摘

材料

六个水稻品种Zhong’an 2、Zhongzao 39、Zhenliangyou 8612、Yuanshi 8612、Xizi 3和Huanghuazhan由湖南省农业科学院食品作物研究所提供，并被划分为A-F组。这些品种于2025年在湖南省醴陵县同一水稻种植区生产，但来自不同的生产地块。在同一品种对内，采用了相似的本地农艺措施，包括施肥、灌溉等。

糙米的物理性质

如表1所示，三个品种对的谷粒形态和外观质量存在差异。A组的谷粒较短、较圆，且白垩化程度较低。C组和D组总体上相似，仅在谷粒大小和相关白垩化特征上有所差异。E组的谷粒较大，而两组都有相对细长的谷粒形态和相似的低白垩化百分比。

结论

本研究表明，逐步碾磨显著改变了测试水稻品种的碾磨特性、营养成分、元素浓度、胶粘性、质地和感官品质。随着糠层逐渐去除，谷粒的色泽和口感通常有所改善，而蛋白质、膳食纤维、灰分和脂质的含量降低，总淀粉和直链淀粉的比例增加。铬（Cr）和锰（Mn）的浓度也普遍下降。

作者贡献声明

Meng Huang：研究。Yingyuan Li：资源准备、研究。Xi Chen：写作、审稿与编辑。Kun Zhuang：资源准备。Jixiang Wang：可视化、方法学、研究。Lei Chen：写作、审稿与编辑、方法学、资金获取、概念构思。Jingyan Wang：研究、数据分析。Mengyu Zhang：验证、数据整理。Wenping Ding：监督、项目管理、资金获取。Mengyuan Liu：初稿写作、验证、软件使用。

Xu et al., 2024.

已从所有参与者或其法定代表那里获得了参与研究和发表文章的书面知情同意。参与者的隐私权得到了尊重。

本研究遵循了相关法律法规和指导方针进行。根据相关法律法规和机构要求，本研究不需要伦理委员会的批准。

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFF1106900）的支持。