粮食问题研究  2019年04期 26-35   出版日期:2019-07-31   ISSN:1003-2576   CN:51-1058/F
提高稻谷加工整精米率的原理方法


  粮农组织( FAO)在2014年报道世界上稻谷总产量是472.25百万 。到2025年,世界上100亿人口要依靠稻米为主食,需求量880百万 FAO在2004年报道稻谷收获后损失 占总产量的15% - 16%,其中9%损失主要是由于采用陈旧和 落后 的干燥技术、加工方法,还有不科学的储存运输及处理 技术,而 在稻谷生产者一方损失2% - 3%。收获后损失是生产环节和生产后操作期间多 因素的综合构成。我国中央储备粮管理总公司采用和普及现代化绿色生态储粮技术,迄今智能化储粮的覆盖率达95%,粮食损失率不到1%[1] 精米就是采用机械设备除去了稻谷壳、胚芽和麸皮层的大米。整精米就是稻谷研磨加工后籽粒长度等于完整粒3/4的精米,碎米是米粒长度在完整粒的3/4 - 1/4之间。我国稻谷标准GB1350-2009规定籼(粳)稻谷研磨的1、2、3、4、5级整精米率分别≥50%(61%)、47%(58%)、44%(55%)、41%(52%)、38%(49%),这表明我国稻谷研磨加工的碎米产量通过科技创新 有一定 下降 空间。本文介绍整精米率的影响因素及调控方法研究进展,以期为我国稻谷储存流通中整精米率提高和粮食减损提供参考。

  一、 影响整精米率的因素及评价方法

  (一) 影响整精米的因素

  整精米价格是碎米的2 - 3倍。评价稻谷研磨的效率采用的指标是整精米率(HRY)和白度,而不是大米的售价。稻谷研磨效率也受籽粒形状、大小及干净度所影响(Conway 1991)。
提高稻谷研磨品质的途径有改进育种程序及栽培技术,优化收获和干燥条件[2]7 个美国品种收获的最佳含水率范围是13.8% - 17.7%,推迟稻谷收获时间则减少HRY(Jodari and Linscombe 1996)。改进稻谷收获后管理及优化干燥条件,可减少籽粒裂纹发生。收获后处理操作期间稻谷快速吸附或解吸水分则引起米粒裂纹(Cnossen et al 2003)。稻谷收获后立即 进行 人工干燥是米粒裂纹的主要原因之一,米粒破裂率随稻谷干燥气流含水率的减少而快速地增加(Peuty et al 1994)。水分梯度导致米粒内张力和压缩胁迫,如果足够大,引起米粒裂纹破裂,缓苏则通过加快水分从籽粒核心扩散到表面,使得米粒内水分分布更均匀 (Cihan and Ece 2001)。通常不可见的裂纹导致研磨期间籽粒破碎率高。

  稻谷研磨加工期间摩擦、擦皮增加了籽粒表面温度,诱导籽粒热胁迫,导致破裂产生,减少整精米率[3] 高温高湿的气候条件对稻谷研磨产量有决定性影响。稻谷温度与研磨环境温度之间的差异降低研磨系统的效率,研磨环境的RH对研磨系统的效率影响显著(Autrey et al 1995)。当夏天环境温度在40 - 50℃之间,研磨期间稻米温度从30℃可波动到研磨后的45℃,粮温增加会引起米粒热胁迫。粮温的变化与整粒米率(HRY)是负相关关系。

  (二) 整精米的评价方法
  研磨试验在竖向研磨车间进行,最佳条件是含水率15%,轴角速度900 min -1 50号网格大小的金刚砂石,零出口阻力,研磨速率2.3 t/h [4] 基于精米的胚粘附率、碎米率、白度进行工艺优化。带有白色胚的大米,具有珍贵的营养成分和纤维。稻谷研磨特性影响大米胚的粘附率。

  采用图像处理技术可以确定精米的品质参数,能够客观、规则地检测研磨操作,便于操作者在几分钟内快速反应,改变材料的特性。数字图像分析可用于确定整精米产量;对精米样品记录三维特征(长、投影面积的周长),并计算特征尺寸比率(CDR)。CDR定义为所有整精米籽粒的尺寸特征之和与样品中包含的整精米和碎米的籽粒尺寸特征之和的比值(Yadav and Jindal 2001)。精米籽粒的两维图像能够用于定量评价HRY和在线监测研磨程度,更好地控制大米研磨操作。从两维图像可估算品质参数白度和HRY,而关联的平均灰度分析则指示米粒表面的脂肪浓度(Fant et al 1994)。从精米样品的数字化图像获得灰色水平分布的平均值,可估算精米的总白度。数字图像分析估计的米粒表面麸皮层,与化学法测定的表面脂肪浓度是相关的(Liu et al 1998)。李兴军等[5] 根据FCF快绿染料碱性溶液与淀粉结合的原理,建立了大米破碎指数的化学检测方法。

(三) 玻璃化转变温度(Tg)

Sharma 和Kunz (1982)解释稻谷干燥和缓苏期间的米粒裂纹,引入了玻璃化转变温度(Tg )概念。目前认为,稻谷干燥和缓苏过程中采用的温度范围内,发生了淀粉相态转变,在米粒裂纹中起重要作用[6] 稻谷籽粒是 含水率(M)的函数(图1),如55℃干燥的“准两优”长粒[7-8] 稻谷Tg=59.61-079M。当 籽粒温度穿过它的T g ,米粒的膨胀系数、比体积、扩散率显著变化。干燥后的缓苏工艺如果在 下进行,那么在米粒的两部位产生不同的膨胀系数,外部层是玻璃态,而中心仍然是橡胶态,则引起籽粒裂纹(Cnossen et al 2003)。图2是稻谷干燥后冷却过程籽粒各部分温度和含水率的变化,籽粒表面、中间及中心存在水分梯度。Cihan 和Ece(2001)发现在较高温度(60°C)的橡胶态,或者高于Tg快 速除去一定数量的水分,整精米产量降低不显著。Iguaz 等[9] 进一步指出,约80°C高温干燥后在60°C缓苏能够节省时间,不降低米粒品质。依赖于操作条件,干燥温度的减少和缓苏时间的延长增加了HRY 68% - 74%。German等(2000)推论,干燥温度≤70°C,在两步干燥之间对16%含水率的稻谷插入缓苏时间,整精米产量满意,褐变指数可接受。

图1 稻谷干燥状态图(含水率湿基表示)