我國稻米加工工藝的沿革與展望

謝天 楊會賓 郭亞麗 牛家鐸 謝健，3，*

（1中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，北京102209；2 國糧武漢科學研究設計院有限公司/國家糧食和物資儲備局谷物加工工程中心，武漢430079；3 國家糧食產業(yè)（柔性智能碾米裝備）技術創(chuàng)新中心，浙江衢州 324022；4 麥稻智慧糧食集團有限公司，上海200355；*通訊作者：pxiejian@126.com）

稻谷加工成為大米（或糙米、半成品米）才能食用，原始的稻谷加工成大米的技術是與大規(guī)模采集野生稻同時期出現的。稻米加工工藝是指根據原料稻谷的工藝性質、含雜情況以及成品大米的質量要求，按照稻谷加工規(guī)律，將選定的各加工工序按順序串聯起來，將稻谷按預定的產品質量標準進行加工、處理的生產過程。

自幾千年前我們的祖先將稻米作為食物之時起，稻米的加工工藝亦出現了最簡單的“稻出白”工藝。經過幾千年的實踐和改良，在公元17 世紀中葉之前改良為“糙出白”工藝（據成書于1637 年的《天工開物》記載）；又經過200 多年的實踐和改良，到19 世紀60 年代，增加了“稻谷清理”“白米整理”等工段[1]；后來又陸續(xù)增加了“下腳整理”“副產品整理”等工段，構成現代稻谷加工工藝。當然，其中的清理、礱谷、碾米、白米整理等各工段以及各工段中的各工序都在不斷完善，如20 世紀80 年代起增加“糙米精選”“白米精選”“白米色選”等工序；21 世紀起“一道色選”發(fā)展為“多道色選”工序，“多道拋光”工序發(fā)展為“刷米工序”與“拋光工序”相結合的工藝；2019 年起又發(fā)展出“回礱谷凈化”“糙米凈化”“留胚粒分選”等工序；目前正在向更加低破碎、低能耗和精準化加工的方向發(fā)展，如國際首創(chuàng)應用在碾米工段的“多等級大米聯產技術”“多等級大米、留胚米聯產碾米技術”等專利已獲得授權。我國稻米加工工藝的工序組成、發(fā)展沿革與展望可參見表1。

表1 我國稻米加工工藝的工序組成發(fā)展沿革與展望

1 19 世紀下半葉之前的稻米加工工藝

1.1 “稻出白”工藝

我國先民最早成功馴化野生稻并越來越大范圍種植栽培稻，也同樣創(chuàng)造了與生產規(guī)模相適宜的稻米加工工藝、工具/機具/設備。依據大量出土的文物記載及稻米加工工具/機具實物，最原始的稻米加工工藝是從原料稻谷直接加工生產大米的“稻出白”工藝（圖1）。原料稻谷連帶可能夾帶的稻草、草籽以及泥塊等各種雜物一同進入“碾磨/舂米”（即利用原始的碾盤/杵臼/碓等工具或機具同時進行稻谷脫殼和碾米）被脫殼、碾米成為糙米+白米+稻殼+米糠+雜物等構成的混合物，再經過“整理”，即利用風力、篩面等將混合物中的稻殼、米糠、雜質與白米/糙米分離，得到糙米+白米混合物（由于原始工具/機具加工不均勻，生產的是糙米與碾皮程度不完全一致的白米的混合物）。

圖1 “稻出白”工藝

1.2 “糙出白”工藝

經過漫長的發(fā)展，水稻生產規(guī)模不斷擴大，稻米在食物中的占比和重要性不斷提高，稻米加工工藝也同時進步，在“稻出白”工藝基礎上，發(fā)明了“先礱谷、谷糙分離制得糙米、糙米再碾成米”的“糙出白”工藝（圖2）。《天工開物》中記載，“凡既礱，則風扇以去糠秕，傾入篩中團轉，谷未剖破者浮出篩面，重復入礱”“凡稻米既篩之后，入臼而舂”，意思是指礱谷后用風力分離谷殼，后倒入谷篩，將未脫殼的稻谷分出再回礱，將篩出的糙米送去舂米。說明至少在1637 年前，我國稻米加工工藝已經發(fā)展到了相當高的水平。此后全球的稻米加工工藝雖在此工藝基礎上增加其他工段或工序，但由“礱谷-谷糙分離-稻谷回礱-糙米碾米”構成的“糙出白”稻米加工核心工藝迄今沒有改變。

圖2 “糙出白”工藝

與“稻出白”工藝相比，“糙出白”工藝將脫去稻殼與去除米糠分開為礱谷工段和碾米工段，其中，礱谷工段包含“礱谷”“谷殼分離”“谷糙分離”等工序（礱谷：脫去稻谷稻殼的工序；谷殼分離：從礱谷工序制得的混合物中分出已脫下稻殼的工序；谷糙分離：將谷糙混合物中糙米與谷粒分開的工序）；碾米工段包括“碾米”等工序（碾米：碾去糙米皮層的工序）。原料稻谷通過礱谷工段可以先制得更“純”的糙米進入碾米工段，因而可以制得更加均勻、更“純”的白米。

2 19 世紀下半葉至20 世紀末我國稻米加工工藝

19 世紀60 年代起，在上海、廣東等沿海地區(qū)，及在無錫、南京、蕪湖、九江、武漢等沿江地區(qū)相繼出現了主要加工機械從國外引進的機制稻米加工業(yè)[1]，采用的是如圖3 所示的近代稻米加工工藝，即“糙出白”后再“白米整理”的加工工藝。

圖3 傳統稻米加工工藝

2.1 傳統稻米加工工藝

與圖2 所示原料稻谷先礱谷再碾米的“糙出白”工藝相比，近代稻米加工工藝在礱谷之前，增加了稻谷清理工段。原料稻谷經過清理工段，可以將各種雜物分離出去，一方面可以生產雜物更少的糙米、白米，也可以減輕磚石、金屬等雜質影響后續(xù)工段的工藝效果，避免石子等雜質損壞后續(xù)工段的設備。

2.2 現代稻米加工工藝A

1949 年新中國成立以后，一直到20 世紀70 年代改革開放前，我國稻米加工業(yè)主要采用如圖4 所示的現代稻米加工工藝A。與傳統稻米加工工藝相比，有以下3 條革新：1）首創(chuàng)在清理工段單獨設置了“除稗”工序（去除原料稻谷中夾雜稗子等小雜），以適應原料稻谷含稗子漸多的情況；2）由整理工段完善升級的白米整理工段（將碾白后的米粒中的糠粉、碎米、米粞分離出去的工段）新增了“擦米”工序（擦除粘附在白米表面的糠粉）和“涼米”工序（降低米溫），以減少大米的糠粉含量，降低米溫，延長大米產品的保質期；3）增加了下腳整理工段（將清理工段分出的各種雜質進一步分離，如進一步整理谷石混合物）和副產品整理工段（將米糠、米粞、米胚、碎米和整米各自分開的過程，包括糠粞分離、碎米分離、米胚分離等工序），以盡量降低下腳、稻殼、米糠等副產物夾帶完善糧粒，提高各種副產品的純度，提高各自的利用率。

圖4 現代稻米加工工藝A 框圖

2.3 現代稻米加工工藝B

20 世紀80 年代以后，稻米加工工藝實現了再次升級，在礱谷工段增設“回礱谷單獨礱谷”工序（即將經過一次礱谷、谷糙分離分出的未脫殼的稻谷單獨用一臺礱谷機再次礱谷的工藝，該工序可根據回礱谷已受過擠壓一次礱谷的實際情況配置適宜的技術參數）以減少碎米和爆腰，增加“糙米精選”工序（即利用未成熟粒與完善糙米之間厚度等的差異進行分離）以提高糙米純度，有利于改善后續(xù)碾米效果；在“碾白”工序前增設“糙米調質”工序（即通過調節(jié)糙米水分等改善糙米的加工品質），以降低“碾白”工序增碎；“碾白”工序由“一道出白”發(fā)展到“二道出白”或“多道出白”工藝；在白米整理工段增置“色選”工序以降低大米中異色粒（黃粒、堊白粒）的含量、提高大米產品的純度和安全性，增設“白米精選”工序（按照米粒的長度將碎米從白米中分開），以盡量降低大米產品含碎，減少碎米帶出整米量，增設“配米”工序（將多種大米按需求進行搭配混合）以提升大米的食用品質和商品品質，改“擦米”為“拋光”（去除米粒表面粘附的糠粉、提高米粒表面光澤）以延長大米產品保質期；在清理、礱谷、碾米、白米整理等多個工段增加“計量”步驟，以掌握出糙率、糙出白率、出米率等生產數據。因原料稻谷中稗子減少，清理工段的“除稗”工序逐步被取消（圖5）。

圖5 現代稻米加工工藝B 框圖

3 21 世紀以來我國稻米加工工藝

進入20世紀后，尤其是近幾年，我國稻米加工工藝上了新臺階（圖6）。針對混雜嚴重的稻谷原料在礱谷工段增加“稻谷分級”工序，按粒度將稻谷分為大粒、小粒，后續(xù)分線加工（礱谷、碾米等），方便根據稻谷粒度的不同配置設備、調整參數，減少碎米、爆腰，提高產品質量。在白米整理工段調減一道或二道“拋光”工序，增設一道或二道“刷米”工序，構成“刷米/拋光”組合工藝，既降低大米中糠粉含量，又可降低拋光工序造成的增碎、爆腰和能耗；增設“多道色選”工序（根據黃粒米、堊白粒、碎米、玻璃等雜質物料顏色/形狀/品質的差異被分步、單獨分選出來），以方便分離和收集黃粒米、堊白粒、過量碎米或小碎（碎米、小碎米分選在2017 年新增），可保證大米產品質量達標，使各種物料分類利用，做到物盡其用，提高稻米資源的利用率，分離玻璃、塑料等惡性雜質確保大米產品食品安全。2018 年起我國首創(chuàng)在礱谷工段增設“回礱谷凈化”工序（按照稻谷與糙米等的顏色等差異徹底分離）和“糙米凈化”工序[2]（將糙米與未熟粒、異色糙米、稻曲病粒等按顏色的差異徹底分離），極大地提升了回礱谷的純度，以降低回礱谷在礱谷時的糙碎和爆腰率；將糙米中夾帶的青夭、白片等未熟粒，紅糙米等異色糙米，稻曲病粒等雜質或異物徹底分離開，極大地提升了糙米的純度，減輕了碾米工段因加工青夭、白片等所消耗的不必要的負荷，減輕因稻曲病粒對糙米、白米表皮的污染，提升大米產品品質；將紅米等異色糙米單獨分離、單獨碾白，可以減輕對其他正常白米加工的干擾。2018 年起，我國首創(chuàng)在碾米工段增設“留胚粒分選”工序（將留胚粒與普通米粒按顏色、形狀的差異徹底分離），將達到加工精度要求的留胚粒與普通大米（非留胚粒）分開，減少因將留胚粒加工為普通非留胚粒增加的能耗、增碎、爆腰等，有利于減低能耗、提升大米整精米率，一條生產線可以同時生產留胚米和白米兩類產品[3]，增加了產品類型，又提升留胚米產品的營養(yǎng)價值，提升了稻米資源食用率。

圖6 當代稻米加工工藝

4 未來我國稻米加工工藝發(fā)展趨勢展望

展望未來，由于碾米工段是產生碎米最多的工段，約占總增碎的50%以上。因此，重點之一將是使碾米工段向低破碎、低能耗和精準化方向發(fā)展。

4.1 防過碾碾米工藝

根據初步研究，在由3 道及以上碾白工序組成的碾米工段中，由于碾米設備性能的天然缺陷（即出機白米中加工精度上下差一級的米粒在10%以上），幾道碾白后，出機白米中達到預設加工精度的米粒占較大比例，有的甚至高達50%以上，傳統加工工藝中，這部分已達到加工精度的米粒會與未達到加工精度的米粒一同進入后續(xù)碾白工序，造成過碾。為此，我國首創(chuàng)提出增設“留皮度分選”工序[3]，將已經達到加工精度的米粒與未達到加工精度的米粒分離，跳過下一道碾白工序，構成防過碾碾米工藝（見圖7），可降低因部分達標米粒過碾造成的不必要的碾白能耗，降低碎米率，提高出米率和整精米率。

圖7 防過碾工藝框圖A（局部、防過碾碾米技術）

4.2 多等級米聯產、大米與留胚米聯產、多等級大米與留胚米聯產工藝

可將前述分離的留皮度不同（加工精度不同）米粒分成兩個等級的白米，即構成多等級米聯產工藝（見圖8），也可以構成多等級白米與留胚米聯產碾米技術[3]（見圖9）。

圖8 多等級米聯產工藝（局部、碾米技術）

圖9 多等級大米與留胚米聯產工藝框圖（局部、碾米技術）