食品界

河南工业大学安红周教授等：3种不同粒形大米适碾范围内加工品质分析

糙米由于糠层的存在，未碾磨的大米口感粗糙且白度较低，提高其加工精度可改善大米的食用品质，提高其感官评分；导致生产商为了迎合广大市场要求而过度追求“精、亮、白”的大米，造成大米营养物质大量损失、碎米量增多、能源消耗增加、粮食资源浪费加剧等一系列问题。GB/T 1354—2018《大米》于2019年5月正式施行，关于“精碾”“适碾”的定义及判断标准被正式提出。

河南工业大学粮油食品学院的安红周、焦悦、刘洁*等本实验以短、中、长3 种不同粒形的糙米为原料，对适碾加工的大米与常规精碾大米的加工品质进行分析和比较，以期根据其中差异和规律为稻米适度加工提供精准的数字化依据。

1 3 种原料糙米的原料特性

1.1 原料糙米的粒形

按秦岭-淮河线可将我国水稻产区分为两个主要区域：南部稻区主产籼稻，且籼稻与粳稻并存；而北部稻区主产粳稻。如表1所示，根据国际大米分类标准CODEX STAN 198-1995方法1对籽粒长宽比进行判定，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’分别属中粒形、短粒形和长粒形米，其地域和粒形特征均具有代表性。

1.2 原料糙米横截面微观结构

图1为‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’糙米横截面、腹部和背部皮层的扫描电子显微镜图，糙米横截面在图中清晰可见，边缘并不光滑，不同部位的皮层和糊粉层有着明显差别。‘稻花香’和‘吉宏6’背部糊粉层较厚，约50～60 μm；腹部的糊粉层较薄，约15～20 μm；而长粒‘野香’背部的糊粉层较中短粒‘稻花香’和‘吉宏6’薄，约30～45 μm。糊粉层厚度与稻米品种、籽粒部位、种植环境等因素有关，同样的加工条件，‘野香’会更快碾到胚乳部分。由图1可以看出，胚乳较皮层和糊粉层结构更加致密，因此，碾磨胚乳需要更大的压力/更长的时间。

2 3 种原料糙米加工品质的变化规律

2.1 留皮度的变化规律

2.1.1 大米外观变化

‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’经伊红Y-亚甲基蓝染色剂染色前后不同碾磨程度大米的外观变化分别如图2、3所示，染色后米粒的皮层和胚为蓝绿色，胚乳部分为紫红色。由图2、3可见，在适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，随着碾磨程度的增加，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’大米表面的皮层均逐渐减少，胚乳逐渐露出，米粒颜色也逐渐变得洁白；留皮度为2.0%左右时，‘稻花香’的米胚几乎完全被碾除，而‘吉宏6’和‘野香’的胚芽保留程度仍较高。

2.1.2碾磨压力/时间对留皮度的影响

通过调节铁辊碾磨压力碾制不同加工精度的‘稻花香’和‘吉宏6’大米样品；不同加工精度的‘野香’大米样品则通过调节砂辊碾磨时间制得。图4、5分别为‘稻花香’和‘吉宏6’碾磨压力与留皮度以及‘野香’碾磨时间与留皮度关系的拟合曲线。‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’碾磨压力/时间与留皮度的拟合方程均为指数衰减方程，R²分别为0.987 4、0.987 1和0.996 4。碾磨压力从0档增加至0.75档时，‘稻花香’留皮度从20.75%降低到2.10%，但碾磨压力从0.75档增加至3档时，留皮度仅从2.10%降低到0.10%；‘吉宏6’碾磨压力由0档增加1.25档时，留皮度从6.05%降低到2.05%；碾磨压力由1.25档增加8.50档后，留皮度从2.05%降低到0.10%；‘野香’碾磨时间为80 s时，留皮度从97.72%降低到2.21%，而后碾磨时间延长至360 s时，留皮度仅从2.21%降低到0.10%。结果表明，大米加工到适碾范围（留皮度为7.0%～2.0%）相比加工至精碾程度（留皮度低于2.0%）而言，所需要的碾磨压力更小、碾磨时间更短。‘稻花香’压力档位需设置为0.37～0.75档，而‘吉宏6’需要设置为0.5～1.25档；综上，不同粒形大米达到适碾范围所需要的碾磨压力不同，短粒形（‘吉宏6’）糙米较中粒形（‘稻花香’）糙米而言所需碾磨压力更大。

2.1.3 不同留皮度大米横截面及皮层结构观察分析

图6～8为‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’不同留皮度大米横截面的微观结构图像，均选取留皮度在适碾、精碾范围内的米样进行观测。随着加工精度的增加，糙米的皮层逐渐被破坏。如图1所示，糙米的背部和腹部皮层结构完整、糊粉层留存完整，糙米表面光滑，米粒背部和腹部可明显区分。当留皮度大约为2.00%时，3 种大米腹部果皮、种皮和糊粉层已被完全去除，籽粒背部的果皮和种皮也完全去除，但保留有较多的糊粉层；‘稻花香’和‘吉宏6’籽粒背部和腹部由于背沟的存在，仍可以较好地区分（图6A₁、A₃和图7A₁、A₃）；‘野香’籽粒的背沟已被碾磨平滑，背部和腹部难以用肉眼分辨（图8A₁、A₃）；表明长粒形籼米的背沟更易被碾除。当留皮度接近于0.10%时，‘稻花香’和‘吉宏6’背部仍有少量的糊粉层（图6B₃和图7B₃），而‘野香’大米的背部糊粉层已被完全碾除（图8B₃），但米粒表面会有少量糊粉层颗粒残留；‘稻花香’的背沟仍可以清楚看到，‘吉宏6’和‘野香’的背沟已被磨平，不易区别籽粒的背部和腹部。由此可见，粒形较短的粳米（‘稻花香’‘吉宏6’）较长粒形籼米（‘野香’）更难去除糊粉层。

2.2 碾减率的变化规律

3 种大米不同碾减率与留皮度的关系如图9 所示，随着留皮度的降低，碾减率总体呈上升趋势。在糙米中，皮层约占籽粒质量的5.0%～7.0%，胚约占2.0%～3.5%，胚乳约占89.0%～92.0%，皮层与胚合称为米糠。在GB/T 1354—2018适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘稻花香’的碾减率为（8.15±0.08）%～（11.13±0.04）%，‘吉宏6’的碾减率为（1.04±0.05）%～（6.07±0.07）%，‘野香’的碾减率为（5.82±0.12）%～（6.00±0.07）%；适碾范围内，‘吉宏6’‘稻花香’和‘野香’的碾减率变化幅值分别为5.03%、2.98%和0.18%，表明对糙米进行适度碾制加工时并非粒形较长的大米碾减率变化更大。

2.3 糙出白率的变化规律

图10为‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’糙出白率随留皮度的变化规律，随着留皮度的降低，3 种大米的糙出白率总体均呈下降趋势，这一趋势与糙米碾磨过程中糠皮的去除有关。在GB/T 1354—2018规定的大米适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’的糙出白率分别为（94.02±1.19）%～（92.64±0.11）%、（9 5.9 1±0.6 1）%～（9 3.1 7±0.7 8）%和（94.11±0.12）%～（93.90±0.20）%，分别降低了1.38、2.74、0.21 个百分点；由此可见，在适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，相比于‘稻花香’和‘吉宏6’，长粒形‘野香’糙出白率的变化率最小。与适碾范围大米相比，若碾至精碾程度（留皮度为0.10%时），‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’的糙出白率分别降低4.19～2.81、7.02～4.28、10.65～10.44 个百分点，糙出白率降低速度更快，会导致出米率下降及粮食资源浪费。

2.4 碎米率的变化规律及其对碾减率和糙出白率的影响

2.4.1 碎米率的变化规律

碎米率随留皮度的变化规律如图11所示，‘稻花香’碎米率较高，当留皮度低于7.05%时，碎米率随留皮度增加而提升较快，而后减慢；‘吉宏6’碎米率总体较低，变化趋势较缓；‘野香’碎米率最高，但在留皮度为8.94%～2.21%范围内变化趋势较缓，随后升高；留皮度越低，说明其加工精度越高。‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’原料的初始碎米率分别为3.03%、0.00%和10.07%；在GB/T 1354—2018规定的大米适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’的碎米率较原始碎米率分别增加了5.24～10.56、0.68～0.93、4.38～4.59 个百分点；碎米率增加幅值分别为5.32%、0.25%和0.21%。由此可见，在适碾范围内，‘稻花香’碎米率增加最多，‘吉宏6’与‘野香’碎米增加率均较小；‘野香’虽属长粒形米，但其在适碾范围内的碎米变化率很小。与适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）大米相比，若碾至精碾程度（留皮度为0.10%）时，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’的碎米率则会分别增加10.36～4.77、1.85～1.60、10.05～9.84 个百分点。较适碾范围而言，留皮度由2.0%降低至0.10%时，‘稻花香’的碎米变化率减小，而‘吉宏6’与‘野香’的碎米变化率均有所增大，尤以‘野香’碎米率增加幅度最多。因此，在大米皮层几乎完全被碾除后再提高加工精度会导致碎米率显著上升，但碎米率的变化幅度与粒形有关；建议长粒形‘野香’在碾磨加工过程中更多采用适碾工艺以提高产品的整精米率；相对短粒型的‘吉宏6’而言，使用同型铁辊米机进行加工时，中粒型的‘稻花香’增碎更多；无论何种粒形的糙米，在碾磨加工过程中必然会产生碎米，但可以通过控制加工精度及改善加工工艺减少碎米的产生。

2.4.2 碎米率对碾减率的影响

2.4.3 碎米率对糙出白率的影响

由图12可知，3 种大米的简单碾减率和除碎碾减率均随留皮度的降低逐渐增加，与前文所述碾磨压力的增加密切相关；随着加工精度的提高，超指标的碎米率对‘稻花香’与‘野香’碾减率的影响增加，而‘吉宏6’则不存在超指标的碎米率的影响；与适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）大米相比，精碾（留皮度低于2.0%）过程中超指标的碎米率对碾减率的影响更大。参照GB/T 1354—2018规定的大米碎米率范围（精碾：粳米碎米总量不高于10.0%，籼米碎米总量不高于15%），‘稻花香’在留皮度为0.10%时，18.63%超指标的碎米率会导致简单碾减率与除碎碾减率有10.89%的差异；‘吉宏6’糙米原料含碎率低，加工过程中碎米产生少，且碎米率均符合GB/T 1354—2018的要求，出米率高；而对于长粒形的‘野香’，原料糙米碎米率就高达10.07%，精碾情况下，超指标的碎米率最高可达14.97%；因此，对‘稻花香’及‘野香’进行适度加工工艺调整有利于提升大米品质。

2.5留胚率的变化规律

由图13可见，随着加工精度的不断提高，‘稻花香’和‘野香’除碎糙出白率的下降速率逐步快于理论糙出白率，而‘吉宏6’的糙出白率则不受超指标的碎米率的影响；‘稻花香’留皮度为2.10%及‘野香’留皮度为2.21%时，除碎糙出白率分别低于理论糙出白率3.19个和0个百分点；留皮度为0.10%左右时，‘稻花香’与‘野香’除碎糙出白率分别低于理论糙出白率10.89个和11.95个百分点；若加工至适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘野香’糙出白率则不受超指标的碎米率的影响，‘稻花香’的糙出白率受到碎米率的影响也较小（0～3.19个百分点）；与适碾加工相比，精碾（留皮度低于2.0%）过程中超指标的碎米率对糙出白率的影响更大。精碾范围内，‘稻花香’和‘野香’糙出白率与除碎糙出白率的最大差值分别为10.89%、12.53%；适碾范围的这一差值分别降低至3.19%和0%；而‘吉宏6’在整个加工过程中产生的碎米含量均在GB/T 1354—2018允许范围之内，对糙出白率无显著影响。

‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’大米留胚率与留皮度的关系如图14所示，3 种大米的留胚率均随着留皮度的减小而逐渐降低。在GB/T 1354—2018适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘稻花香’的留胚率为44.00%～16.33%，下降速率最快，‘吉宏6’留胚率为94.67%～80.67%，‘野香’留胚率为90.00%～86.00%，变化最慢；且‘吉宏6’与‘野香’留胚率均在80%以上。GB/T 1354—2018规定优质粳米中留胚率在20%以下，‘稻花香’在适碾范围内符合此要求的留皮度范围为2.10%～2.45%，‘吉宏6’在适碾范围内达不到此要求；对比同为粳米、加工工艺相同的‘稻花香’，在留皮度高于2.0%范围内，短粒‘吉宏6’留胚率更高，这可能和稻米的粒形有关。

2.6 白度的变化规律

如图15所示，3 种粒形大米的初始白度不同，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’糙米的初始白度分别为17.95%、21.35%和18.41%；‘稻花香’在留皮度7.05%～2.10%时，白度随留皮度降低呈直线增加趋势，随后增加趋势稍缓；‘吉宏6’白度与留皮度之间的变化关系可拟合为一次线性方程，R²为0.997 3；‘野香’白度则在留皮度低于8.94%后显著增加。在GB/T 1354—2018适碾的留皮度范围（7.0%～2.0%），‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’的白度分别为28.65%～35.30%、29.00%～31.80%、23.42%～26.11%，分别增加了6.65、2.80、2.69 个百分点，‘野香’白度在适碾范围内随加工精度的变化最小，这可能与3 种大米粒形不同有关。

2.7 破裂强度的变化规律

本实验采用质构仪研究不同加工精度大米的压缩破裂强度变化。由图16可知，‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’的破裂强度最大值分别为8 464.89、8 320.10 g和8 235.39 g，‘稻花香’的破裂强度最大，可能是因为‘稻花香’糙米的厚度较大；随着留皮度的降低，破裂强度整体呈降低趋势；通过显著性分析发现，适碾范围内3 种大米破裂强度的变化无明显规律；说明加工精度对大米压缩破裂强度无明显影响。

2.8 适碾范围内加工品质指标的相关性分析

对‘稻花香’‘吉宏6’和‘野香’适碾范围内的加工指标进行相关性分析，结果分别如表2、3、4所示。与‘稻花香’留皮度呈极显著相关的变量有碾减率、白度、碎米率、留胚率和糙出白率（P＜0.01）（表2）；与‘吉宏6’留皮度极显著相关的变量有碾减率、白度、碎米率、留胚率（P＜0.01），与留皮度呈显著相关的变量有糙出白率（P＜0.05）（表3）；与‘野香’大米留皮度显著相关的变量有碾减率和留胚率（P＜0.05），与其极显著相关的变量有白度（P＜0.01）（表4）。在适碾范围留皮度可较好地表征3 种大米的加工品质。

结论

通过对不同粒形大米的加工品质进行分析研究可知，在GB/T 1354—2018规定的适碾范围（留皮度7.0%～2.0%）内，‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’碾减率的变化幅值分别为2.98%、5.03%及0.18%，碎米率变化幅值分别为5.32%、0.25%、0.21%，糙出白率变化幅值分别为1.38%、2.74%、0.21%，白度变化幅值分别为6.65%、2.80%及2.69%，三者中粒形最长的‘野香’在适碾范围内碾减率、碎米率、糙出白率及白度变化量最小；适碾范围内‘稻花香’‘吉宏6’及‘野香’的留胚率分别为44.00%～16.33%、94.67%～80.67%和90.00%～86.00%，‘吉宏6’及‘野香’的米胚保留程度均高于80%，或可用作胚芽米的研究原料。此外，籽粒厚度最大的‘稻花香’的破裂强度最大值高于‘吉宏6’和‘野香’。精碾范围内，‘稻花香’和‘野香’糙出白率与除碎糙出白率的最大差值分别为10.89%、12.53%；适碾范围的这一差值分别降低至3.19%和0%；而‘吉宏6’在整个加工过程中产生的碎米含量均在GB/T 1354—2018允许范围之内，对糙出白率无显著影响。综上，不同粒形的‘吉宏6’‘稻花香’及‘野香’进行适度加工碾制时，既能够提高其糙出白率，又可以保留部分米胚及糠层中的营养成分，对短粒形‘吉宏6’来讲这一优势更为突出。适度加工不仅可以降低大米产品的碎米率，减少粮食资源的浪费，还可降低过度加工带来的能源损耗，有利于推动大米加工产业可持续健康发展。

作者简介

安红周教授
河南工业大学粮油食品学院副院长
粮食工程中心、小麦和玉米深加工国家工程实验室副主任

长期专注于稻米制品加工与挤压技术理论与应用技术创新研究，在大米适度加工理论与方法、组织蛋白挤压重组增值产品开发等方面取得了重要成果；曾获得省部级二等级以上2项，全国粮油优秀科技工作者。

学术兼职：

兼中国粮油学会米制品分会常务副会长、中国农业工程学会农产品加工与贮藏分会常务理事、中国粮食行业协会大米分会专家委员会委员、中国全谷物理事会专家组成员、国家稻米精深加工产业技术创新战略联盟专家委员会委员、丰益（上海）生物技术研发中心有限公司高级顾问，布勒（中国）大米产业专家委员会成员，河南省南街村（集团）有限公司咨询专家等。

教育与工作经历：

1985.9-1989.7 郑州粮食学院粮食工程专业毕业，碾米方向，获得工学学士学位。

1997.9-2000.7 无锡轻工大学粮食油脂与植物蛋白工程专业，糙米调质，获工学硕士学位。

2001.9-2005.7 江南大学粮食油脂与植物蛋白工程专业毕业，挤压营养方便米获工学博士学位。

2008.4-2011.4 河南省南街村（集团）有限公司、中国农业大学食品科学与工程休闲食品博士后。

2008.10-2009.1 英国University of Reading食品与生物学院交流学者。

2012.1-2013.1 美国Kansas State University谷物科学与工业系访问学者。

2011.5-至今河南工业大学国家工程实验室、粮食工程中心副主任、教授。

研究领域与方向：

米制品加工理论与应用、组织蛋白挤压重组技术

教授课程：

主讲《粮食工程专业英语》中“稻米加工、挤压技术在谷物食品加工中的应用”、《稻谷加工工艺与设备》中的“糙米调质工艺与设备”、《食品科学与技术概论（双语）》等课程。其中，《食品科学与技术概论（双语）》获河南省省级双语教学示范课。

研究成果：

（一）主要科研项目

先后主持或参加完成了国家“九五”科技攻关项目“糙米调质技术的研究”（子课题主持完成，项目编号：98090402）、江苏省“十五”重大农业科技攻关项目“挤压法生产复合营养米”(项目编号：BE2001399)，中国博士后科学基金项目（主持，项目编号：20090460855），河南省重点国际合作研究项目“热处理对面粉、米粉理化特性与功能影响的研究”（主持，编号：134300510036），中国国家国际发展合作署援柬埔寨农业发展规划项目可行性研究(2017030)等科研项目。近几年来还主持设计了日处理600吨、300吨、200吨稻谷大米生产线等设计工作和新产品的开发。

在研项目：主持国家重点研发项目“大宗米制品适度加工关键技术装备研发与示范”课题1“大米适度加工关键技术、品质评价体系与产业化示范（2017YFD0401101）”；主持广东省重点专项“丝苗米适度加工与副产物高值化利用关键技术装备研发及产业化”子课题“丝苗米适度加工”1项、参与国家重点研发子课题“挤压条件下蛋白质与脂肪的相互作用（2016YFD0400203-1）”1项、主持国粮局重大专项子课题“挤压与生物集成制备营养糙米乳（粉）”1项；主持“组织蛋白”团体标准1项。以及主持中纺集团“谷朊粉为基质的组织蛋白研究”、北大荒科技公司“谷豆复配组织蛋白”、益海嘉里“拉丝蛋白开发与机理研究”、南街村集团“新型植物蛋白肉调味制品的开发”、广西“挤压制备营养方便米粉”、郑州市质量技术监督检验测试中心“膨化休闲食品的安全性与应用开发研究”等课题。

（二）代表著作与论文

《植物蛋白功能原理与工艺》，周瑞宝教授主编，化学工业出版社，本人牵头撰写“组织化植物蛋白生产技术”等内容。

《稻谷加工工艺与设备》，阮少兰教授主编，中国轻工业出版社，本人撰写“糙米精选与调质”。

《粮油食品安全与营养健康知识问答》，中国粮油学会编著，科学普及出版社，本人撰写“米制品加工”。

发表核心以上学术论文40多篇，SCI、EI等收录5篇。

（三）授权发明专利

一种挤压与生物集成制备营养糙米粉的方法（ZL201110323758.5）；

一种裹粉及挤压热处理制备米粉裹粉专用粉的方法（CN201410230021.2）；

一种挤压膨化提高饺子皮抗冻裂的方法（ZL 201210184028.6）；

一种挤压复配方便米的制备方法（ZL200410014105.9）;

一种高水分组织蛋白分层撕裂试验装置及其试验方法(201711156796X)。

奖励与荣誉：

1997年01月 “小麦深加工品质改良目标及新技术研究”获原国内贸易部科技进步二等奖；

2006年01月 “挤压法生产配合营养米技术研究”获得教育部科技进步二等奖；

2011年10月授予河南省优秀博士后称号；

2011年12月授予河南省优秀科技特派员称号；

2015年07月荣获全国粮油优秀科技工作者的称号；

2017年10月被推选为《粮油科技（英文）》编委；

2018年10月被推选为《中国粮油学报》编委；

2019年11月 Study on wet gluten rheological properties and texturization with soybean meal by high moisture extrusion.第二届美国油脂化学家协会（AOCS）中国分会年会最佳论文奖。

实验室和科研团队简介：

米制品与挤压技术应用团队系国家粮食和物资储备局科技创新团队，目前团队有9人（其中博士7名），教授2人（兼职1人），副教授1人、高工1人（兼职），讲师3、实验员2人；另每年还有约12名硕士研究生，2-4名博士研究生在实验室从事研究工作。

本团队主要以事稻米加工和组织蛋白挤压重组技术教学、科研、技术服务咨询和培训等工作。与企业合作建设的挤压膨化中试实验室拥有法国Clextral双螺杆、意大利PUMA单螺杆挤压机两台套和国产双螺杆挤压机两台套，以及日本佐竹实验米机、大米食味计、精白度计、GABA米机、精度测定仪、直链淀粉测定仪等实验装置，配套搅拌、调质、整形、干燥、包装等装置，可以实现从投料到挤压全过程的PLC控制，又可模拟食品加工厂进行产品生产，还能单独设定条件开展单元操作试验，具有支撑食品科学与工程学科和国家工程实验室传统米面主食工业化、植物蛋白组织化、谷物品质分析等功能体系建设和产业化。并按照《食品生产许可管理办法》的SC规范建设的挤压中试试验室，设置有男女更衣间、风淋室、储料间、配料间、生产车间、材料间、包装间和成品库等全封闭结构单元，并进行全方位净化、通风、紫外灭菌等，实现人流物流分离，可满足食品卫生安全的要求。

本文《3种不同粒形大米适碾范围内加工品质分析》来源于《食品科学》2023年44卷15期28-39页. 作者：安红周，焦悦，费小吉，徐杰，黄清，刘洁，杨柳，史莉君. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220609-088.