不同加工精度下丝苗米品质的比较分析

刘静静，张名位，魏振承，刘光，彭君建，唐小俊，张雁，赵志浩，周鹏飞，李萍，王佳佳，钟立煌，王智明，廖娜，邓媛元*

（1.华中农业大学食品科技学院，湖北武汉 430007）（2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510640）

稻米是重要的粮食作物，2020 年我国稻谷产量达到2.12×108t，位居世界第一。丝苗米是广东特色优质籼稻，其米粒洁白细长、外观晶莹剔透、米饭香气浓郁。长期以来，为了满足消费者对大米口感和外观“精、白、亮”的追求，我国大米加工企业普遍存在过度加工的现象[1]。丝苗米相较于普通粳稻粒型更长，过度加工更易造成碎米率增加，降低粮食资源利用率，不利于粮食安全保障，且生产能耗加大[2]。2019 年5 月1号《大米》（GB/T 1354-2018）国家标准正式实施，提出适度加工、绿色发展。明确碾磨加工过程对丝苗米碾磨特性、蒸煮特性、食味品质的影响，筛选既能够满足消费者口感追求又能节能减损的适宜加工精度，对于倡导适度加工大米健康消费，推动丝苗米加工产业绿色发展具有重要意义。

已有研究报道指出，随着碾减率（Degree of Milling，DOM）的增加，大米的蒸煮品质、感官品质得到显著改善[3]。当碾减率在2%～3%时，大米的吸水率和体积膨胀率得到显著提升，最适蒸煮时间降低[4]。苏慧敏等[5]研究发现，当碾减率达到15%时，其食味值提升至90.0 分。虽然碾磨加工能够极大的改善糙米品质，但是较高的加工精度会造成碎米率升高，整精米率降低以及能耗过高等问题。当籼稻糙米的碾减率从1.83%增加至12.66%时，碎米率从19.90%增加到33.20%，留皮度从35.80%减少至0.50%[6]。谢有发[7]研究表明，随着碾减率的增加，所消耗的电能显著增加，当碾减率达到10%时，所消耗的能耗达到1850 kJ/kg。此外，不同品种间适宜加工精度会有一定的差异，如Debabandya 等[8]研究表明粒型长短不同的稻米在碾磨过程中，达到同一碾减率所需要的的时间不同，且短圆型稻米相较于细长型稻米所需的蒸煮时间更长。骆啸等[9]研究表明，由于品种差异，不同品种的粳稻和籼稻在同一道加工程序中到达的加工精度不同，在经过三道碾米加工后晚籼稻和粳稻达到的碾减率分别为8.10%和9.80%。

现有研究多以北方粳稻为原料，关于南方优质籼稻丝苗米的碾磨加工品质特性研究相对较少，因此本研究以南方优质丝苗米美香占2 号为原料，使用碾减率（大米在碾磨过程中的质量损失占比）表征大米加工精度，比较不同碾减率大米的食味品质差异，从碾磨特性、加工能耗、蒸煮品质、感官品质等方面系统分析碾磨加工对于丝苗米品质变化的影响，筛选丝苗米适宜加工精度，为实现丝苗米绿色适度加工，倡导健康消费提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

美香占2 号稻谷，2020 年7 月收获于广东省海纳农业公司惠州生态园基地，于4℃冷库中贮藏。实验前，稻谷经砻谷脱壳制备得到糙米。糙米去除杂质、病虫害颗粒后贮藏于4℃冰箱中备用，每次脱壳的糙米一周内使用完毕。

1.2 主要仪器设备

JLGJ45 型砻谷机，浙江台州市粮仪厂；BLH-3500精米机，浙江伯利恒仪器设备公司；JMCT12 大米外观检测仪，北京东孚久恒仪器技术有限公司；Starch Master2 型RVA 快速粘度仪，Perten 公司；UV-1240型紫外-可见分光光度计，日本岛津分析仪器公司。

1.3 试验方法

1.3.1 不同碾减率样品的制备

准确称取100 g 糙米通过碾米机调整不同碾磨时间，得到不同碾减率（2%、4%、6%、8%、10%、12%）的样品，密封袋包装后保存于-18℃冰箱备用。

1.3.2 留皮度、白度的测定

参照GB/T 5502-2018 中仪器检测法，使用大米外观测定仪测定大米的留皮度和白度。

1.3.3 碎米率、整精米率

参照GB/T 21719-2008 进行测定整精米率、碎米率，本文中所指的整精米率是指整精米占净稻谷试样质量的百分率；碎米率为糙米碾磨过程中产生的碎米占总糙米的百分率。

1.3.4 单位能耗的测定

碾磨过程中的能源消耗用单位能耗表示，计算公式如下，其中碾磨过程中的总能耗由碾米机功率乘以碾磨时间所得。

1.3.5 大米吸水率和膨胀率的测定

参照魏振承[10]等人的方法并略作修改，称取7 g大米（记为m0），转移至100 mL 量筒内，加入25 mL水，读取体积V1，将其倒入已知质量（m1）的烧杯中，用蒸馏水清洗5 遍，向烧杯中加入50℃ 120 mL 蒸馏水，将烧杯放入沸水锅中蒸20 min，将烧杯中米汤倒入另一烧杯中至无米汤滴下，米饭冷却至室温后称重，记为m2，将已称重的米饭转移到量筒，加入50 mL水，读取体积V2，则

1.3.6 米汤干物质含量和碘蓝值的测定

参照魏振承[10]等人的方法并略作修改。米汤干物质含量：将1.3.5 中的米汤稀释定容至100 mL，8000 r/min 离心10 min，取10 mL 离心后的米汤(M1)于已称重的铝盒（M0）中，置于105℃烘箱中烘至恒重，记恒重后的铝盒重量为M2。

米汤碘蓝值：取1 mL米汤离心液于装有50 mL蒸馏水的100 mL容量瓶中，加入0.5 mol/L HCl溶液5 mL和0.2 g/100 mL碘试剂1 mL，用蒸馏水定容至100 mL，在660 nm处测定其吸光度。

1.3.7 大米最适蒸煮时间的确定

参照陶虹等[11]的方法并略作修改，采用玻璃板-白芯法，将250 mL 水加入400 mL 的烧杯中，置于电磁炉上的水浴锅中加热至沸腾，称取10 g 糙米倒入烧杯中开始计时，从20 min 后每隔1 min 捞出10 粒米，使用玻璃板进行挤压，查看米粒是否有白芯，无白芯即为煮熟，记录所有米粒均无白芯的时间为最适蒸煮时间。

1.3.8 糊化特性的测定

参照GB/T 14490-2008 进行测定。

1.3.9 感官品质评价

参考GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》进行感官评定，选定具有粮油感官评定基础的人员10 名（5 男5 女），年龄在20～40 岁之间。

1.4 数据的统计与分析

使用Excel 软件处理数据，使用SPSS 11.7 和Origin 2017 软件进行数据统计分析及作图，数据以平均值±标准差表示，显著性水平为p<0.05。

2 结果与讨论

2.1 不同碾减率对大米加工特性的影响

不同碾磨时间对大米碾减率的影响如图1 所示，结果表明，随着碾磨时间的增加，糙米的质量在不断减少，碾减率在逐渐增大，因此碾减率在一定程度上可以反映大米的加工精度。当DOM 从0%增加到2%和从10%增加到12%时，所需要的时间分别为12 s 和38 s，将碾磨时间与碾磨度进行曲线拟合，得到的回归方程为y=-0.0004x2+0.1416x+0.3679（R2=0.9937），由此可见，每增加2%碾减率时，所需要的增加的时间越来越长，碾磨曲线的斜率逐渐减小。陈会会[12]研究表明在碾磨过程中，碾磨曲线的斜率逐渐减小，与本文一致。这可能是由于胚乳的硬度大于糠层，在碾磨前期糠层易于，因此达到相同的碾减率需要的碾磨时间更短[13]。

图1 碾减率与碾磨时间之间的关系 Fig.1 The relationship between degree of milling and time

由图2 可知，碾磨过程中碎米率显著升高，整精米率显著下降。具体来说，从DOM=0%到DOM=12%的过程中，碎米率从0%上升到28.97%，整精米率从62.13%下降至33.16%，整精米率的下降幅度高达46.63%。值得注意的是，在碾磨后期，增加2%的碾磨度而所需的单位时间逐渐延长时，碎米率以及整精米率的变化幅度增加。在本研究中当DOM=12%时，碎米率达到28.97%，高于安红周[14]报道的稻花香粳稻在碾减率为12.96%时的碎米率11.25%，可能是因为美香占粒型较长，在碾磨过程中受到机械外力更易断裂[15,16]，同时碎米的产生与所使用的碾磨机器以及碾磨时长也有很大的关系，随着碾磨时间的延长，机器发热、造成大米表面与内部存在一定的温度梯度，更易断裂[17]。

图2 不同碾减率对大米整精米率、碎米率的影响 Fig.2 Effects of different degree of milling on head rice yield and broken kernel yield of rice

白度与留皮度均可在一定程度上反应大米的加工精度，实验结果表明，白度从DOM=0%的23.10 上升到DOM=12%的36.10，留皮度从DOM=0%的98.80%下降到DOM=12%的1.10%，留皮度损失高达97.70%。从图4 不同碾减率大米外观扫描图可知，大米外观颜色逐渐由黄变白，这与图3 中白度与留皮度的变化相一致，且从图片中可知糙米胚芽保留程度逐渐减小。值得注意的是，在碾磨初期留皮度的损失率变化最大，如当DOM 从0%增加到2%时损失率高达46.56%，变化幅度最大。而在碾磨后期，DOM 达到6%以后，留皮度变化幅度逐渐减弱。此外，当DOM=6%和DOM=8%时，留皮度分别为5.80%与3.40%，属于GB/T 1354-2018《大米》中推荐的适碾加工精度。据文献报道[18]，在整个糙米中，糠层所占的比例为8%～10%左右，其中果皮所占的比例为1%～2%，糊粉层和种皮所占的比例为4%～6%，胚所占的比例为2%～3%。碾磨前期的米糠层较易去除，对留皮度影响较大，因此留皮度在前期碾磨过程中变化幅度较大，随着碾磨加工的进行，留皮程度越来越少，变化幅度也较小。

图3 不同碾减率对大米留皮度、白度的影响 Fig.3 Effects of different degree of milling on bran degree and whiteness of rice

图4 不同碾减率大米的外观扫描图 Fig.4 Scanning image of rice with different degree of milling

由图5 可知，随着碾减率的增加，能耗显著性增加，且能耗增加幅度逐渐增加。DOM 从0%增加到2%需要增加的能耗为87.50 kJ/kg 而从10%增加到12%需要增加的能耗为290.00 kJ/kg，这与前文表述的DOM=10%～12%所需的碾磨时间最长相吻合。由此可见，加工精度越高的大米，所需要的能耗越多。在碾米过程中，每增加2%的碾减率所需要的时间越来越长，这就导致碾磨所需要增加的能耗逐渐变大。从糙米结构组成而言，在糠层的不同位置分布着不同物质，使得其中的果皮、种皮、糊粉层的硬度不一致且层与层之间结合不紧密，而不同胚乳层之间主要由淀粉组成，硬度相似且结构紧密[19]。因此，在碾磨前期米糠层较易碾去，能耗较低，而后期碾磨难度增加，能耗也增加。

图5 不同碾减率对大米单位能耗的影响 Fig.5 Effects of different degree of milling on unit energy consumption of rice

2.2 不同碾减率对大米蒸煮品质的影响

由表1 可知，吸水率、膨胀率、米汤干物质含量、碘蓝值均随着碾磨度的增加而增大，当DOM=0%时吸水率、膨胀体积分别为221.90%、359.32%，当DOM增加至2%时，吸水率、膨胀体积均显著提高，分别增加了86.27%、96.50%。大米的最适蒸煮时间随着碾磨度的增大而减小，从DOM=0%的32.67 min 缩短至DOM=12%的18.33 min，下降比例高达43.89%，但DOM=10%以后已无显著性变化。值得注意的是当DOM=2%时最适蒸煮时间为26.67 min，相较于糙米下降幅度达到18.37%，下降比例最大。

表1 不同碾减率对于大米蒸煮品质的影响 Table 1 The cooking qualities of rice at different degree of milling

不同碾减率对于大米糊化特性的影响如表2 所示，相较于糙米而言，其余碾减率的大米样品的峰值粘度、最低粘度以及最终粘度均显著增加，崩解值、回生值呈现增加的趋势。具体来说，峰值粘度、最低粘度、最终粘度从DOM=0%增加到DOM=12%的过程中，分别从2333.51 增加至3624.06，从1190.09 增加至1911.51，从2027.52 增加至2796.07，增长幅度分别达到55.31%、60.62%、37.91%。由此可知，随着碾减率的增加，同一蒸煮温度下大米糊化粘度不断增加。

表2 不同碾减率对于大米糊化特性的影响 Table 2 The pasting properties of rice at different degree of milling

在本研究表明大米的蒸煮特性以及糊化特性都是早碾磨初始阶段变化速率较快，后期则趋于平缓这与林俊凡[20]的研究结果相一致。这可能是由于糙米外皮层主要分布着脂肪、膳食纤维、矿物质、维生素等物质[21]，这些成分包裹在胚乳层周围，阻碍淀粉吸收水分从而抑制淀粉膨胀，使得大米的吸水率、膨胀率以及糊化粘度均较低[22]，随着加工精度的提升，米糠层的这些成分不断的被除去，且直链淀粉所占比例在不断升高，使得淀粉充分吸水膨胀以及峰值粘度显著增加[23,24]。

2.3 不同碾减率对大米感官品质的影响

由表3 可知，米饭的整体感官品质随着碾磨度的增大呈现增加的趋势，且米饭的外观及适口性均有一定的改善效果，但气味评分呈现先上升再下降的趋势。具体来说，感官评价总分从DOM=0%的63.25 增加至DOM=12%的76.50，增加幅度达到20.95%，值得注意的是DOM=8%时总分为75.63，相较于DOM=12%的感官评分没有显著性差异。随着蒸煮特性与淀粉糊化特性的显著改善，最适蒸煮时间不断减小且感官品质不断改善。糙米在蒸煮的过程中吸水到达一定程度时使得皮层涨破，造成糙米外观评分较低，且糠层口感粗糙，从而使得糙米的感官评分较低。当DOM=2%时，大米留皮度为52.83%，糠层破裂使得水分更易进入，感官品质显著提升。当DOM=8%时，大部分米糠层被碾去，外层胚乳逐渐呈现出来，此时的感官评价总分与DOM=12%无显著性差异即8%的加工精度就能较好的改善米饭的感官品质，继续增加碾减率对米饭感官品质影响较小，这与Billiris[25]的研究结果较为一致。

表3 不同碾减率对于大米感官品质的影响 Table 3 The sensory qualities of rice at different degree of milling

3 结论

本文研究了不同碾减率对丝苗米美香占2 号的加工特性、蒸煮特性、感官评分的影响。研究结果表明，随着碾减率的增加，大米的整精米率、留皮度显著下降，能耗显著增加，蒸煮特性、感官评分均有不同程度的改善。当碾减率从DOM=0%增加到DOM=12%的过程中，整精米率、留皮度下降的幅度分别为46.63%、97.70%，最适蒸煮时间从32.67 min 缩短至18.33 min，蒸煮过程中吸水率和体积膨胀率增加的幅度分别为200.91%、310.96%，感官评分增加13.25 分，当DOM=8%与DOM=12%时的感官总分之间没有显著性差异。由此可以看出，过度加工不仅不会进一步提高大米的感官品质，反而会增大碎米率降低粮食资源利用率，以及能耗升高造成生产成本提高。本文作者将在后续研究中继续探索不同加工精度下大米中营养物质的变化规律，以期为南方大米企业适度加工丝苗米时提供相关理论依据，实现稻谷资源减损加工、充分利用。