水稻的適度加工

1、水稻的適度加工“GB/T1354-2018 大米”（以下稱 大米新國標(biāo)”）于2019年5月1日起施 行，新國標(biāo)中呈現(xiàn)了兩大前所未有的特征：一是指導(dǎo)思想服務(wù)于適度加工； 二是檢測手段偏重于機(jī)器檢測，后者為智能工廠的推行清除了政策障礙。適度加工的目的在于杜絕過碾，過碾的結(jié)果不僅增加了糧食加工損耗，更 剝奪了大米中的營養(yǎng)物質(zhì)，正如中國營養(yǎng)學(xué)會在 中國居民膳食指南”中指 出：稻米的過度加工導(dǎo)致膳食纖維與B族維生素的大量損失。例如，我國 成年人每天維生素B1的推薦攝入量為1.1mg-1.3m g，但實(shí)際上我國人均每 天維生素B1的攝入為0.9m g-1.1m g， 80%的成年人維生素B1攝入不足，而

2、谷物正是B族維生素的重要來源。B族維生素包括B1、B2、B3、B5、B6和 H等，均與護(hù)膚密切相關(guān)，如維生素B1防治腳氣病，而維生素B2預(yù)防日光 曬黑一、適度加工的“度”（一）糙米結(jié)構(gòu)與重要成分糙米除胚之外，由外及里依次為果皮、種皮、珠心層（外胚乳）、糊粉層、 亞糊粉層與胚乳。其中果皮、種皮與外胚乳層富含粗纖維，既不利于消化， 也破壞大米口感，更重要的是99%以上的農(nóng)藥與重金屬殘留于此，所以人們 在烹食糙米時應(yīng)當(dāng)挑選真正的有機(jī)米，這也正是大米加工時需要將皮層碾 去的原因。珠心層再往里一層就是糊粉層，糙米糊粉層通常由一到五層厚壁大細(xì)胞構(gòu) 成（因品種而異），這些細(xì)胞幾乎呈方形（如下圖），細(xì)胞中充滿

3、了糊粉 粒，這些糊粉粒中含有脂肪、蛋白質(zhì)、維生素以及礦物質(zhì)，糊粉層是糙米 中富含營養(yǎng)的一部分。但是，糊粉粒極易被氧化而變質(zhì)，在高溫環(huán)境下， 其腐敗僅以小時計(jì)，因此，在加工過程中仍然將糊粉層去除，其目的在于 便于成品米儲存與運(yùn)輸。糊粉層厚壁細(xì)胞的細(xì)胞壁主要成分為膳食纖維，眾所周知，非水溶性膳食 纖維能有效預(yù)防腸癌。厚壁細(xì)胞細(xì)胞壁的基質(zhì)為阿拉伯木聚糖與1-3,14 己 -葡聚糖，所以，不難理解為什么說加工時需盡可能保留厚壁細(xì)胞的細(xì)胞壁” 與大米的美味成分盡在于此”。糊粉層與胚乳之間還有僅一到兩層細(xì)胞的亞糊粉層，其性質(zhì)介于糊粉層與 胚乳之間，胚乳中主要成分是淀粉，而亞糊粉層則含有脂肪、蛋白質(zhì)、B族

4、維生素與淀粉粒。糙米的胚部由胚芽、胚莖、胚根與盾片組成，除維生素外，胚芽中還含有 一類重要物質(zhì)一一y-氨基丁酸，它是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有鎮(zhèn)靜、催眠、抗 驚厥、降血壓的生理作用，于老年人抗焦慮具有明顯功效。（二）適度的精度大米新國標(biāo)”的形成背景是我國大米的過度加工，過碾”是現(xiàn)在水稻加工行 業(yè)的普遍特征，甚者胚乳被碾去一到兩層，這不僅增加了加工損耗，更造 成大米中營養(yǎng)物質(zhì)的全面損失。過碾”一方面有加工理念方面的問題，但更 深層的原因還在于加工工藝本身，加工工藝水平局限了所有的愿景與想象。 當(dāng)前，縱觀整個水稻加工行業(yè)，對于大米的營養(yǎng)”美味”等關(guān)鍵性產(chǎn)品維度， 僅取決于原糧品質(zhì)。糧食人更應(yīng)當(dāng)做的則是：

5、在原糧已經(jīng)確定的條件下， 通過對加工工藝的改進(jìn)使得大米更營養(yǎng)”更美味”。日常生活中，谷物作為基本口糧，為我們大量攝入，同時稻米本身富含多 種營養(yǎng)成分維生素B1、維生素B2、維生素E、丫氨基丁酸、膳食纖維、谷維素、肌醇、二十八烷醇所以從某種意義上說，糧食人應(yīng)該將大米經(jīng) 營成 保健品”：富含抗焦慮的丫氨基丁酸的大米可供給老年人，讓老人家身 體好、休息好；完整留住厚細(xì)胞壁、口感最好的鮮米則可以供給孩子一一好 吃的飯，孩子才會愛吃、多吃，才能健康成長；富含具有明確保健作用的 功能因子二十八烷醇的大米可供給運(yùn)動員還可依據(jù)功能進(jìn)行細(xì)分：富含 對脂肪肝與膽固醇過高有明顯療效的肌醇的大米可養(yǎng)肝護(hù)肝，富含能降低

6、 血清總膽固醇含量預(yù)防皮膚衰老的谷維素的大米可美容養(yǎng)顏，富含對群體 平均壽命具有明顯延長作用的維生素E的大米則可延年益壽這種保健 品無副作用，在一日三餐中悄無聲息的滋養(yǎng)生命通過前文對糙米的結(jié)構(gòu)與營養(yǎng)分布的分析可知，理想的加工精度是：碾去 外皮層（果皮、種皮、珠心層），碾破糊粉層厚壁細(xì)胞靠外一層的細(xì)胞壁， 除去糊粉粒，完整保留厚壁細(xì)胞的細(xì)胞壁，在國標(biāo)允許的條件下最大比例 地保留胚部。這樣得到的大米：?保障安全：碾去了殘留農(nóng)藥與重金屬的皮層。?便于儲存：除去了易于變質(zhì)的糊粉粒。? 口感最優(yōu)：完整保留了厚壁細(xì)胞的細(xì)胞壁。?營養(yǎng)最全:留住了厚壁細(xì)胞細(xì)胞壁即保留了大量膳食纖維，同時也就留住了富含B族維生

7、素的亞糊粉層，而且最大程度地保留了存于胚芽中的丫-氨基丁酸以及存于米胚中的其他營養(yǎng)物質(zhì)。?得率最高：去除糊粉粒保留住大細(xì)胞的細(xì)胞壁，即，占糙米6.5%左右的糊粉層可減少2%-3%勺碾減率；另一方面，新國標(biāo)對“精碾”的定義為留皮度2%以下，留皮度是指“試樣平放，殘留皮層、米胚投影面積之和占試樣投影面積的百分比”，胚部約占糙米的2.5%, “在國標(biāo)允許范圍內(nèi)， 最大比例地保留胚部” 意味著碾減率還將減少 1%-1.5%碾減率的降低就是得米率與整精米率的提高，這在粳米加工時尤為突出。在此還未計(jì)算碎米率的降低，加工過程中碎米率的減少因品種差異而不同。這個精度一一同時具備這五點(diǎn)的精度，就是適度加工之“度

8、”，稱之為“適度精度”。IIlllk ;刪mill I刪岫眥恥恥刪 MMIMWMWE!、加工到“適度精度”對于傳統(tǒng)或者自動化的大米加工工藝，即使確定了目標(biāo)精度，但要在大規(guī) 模生產(chǎn)中加工到 適度精度”，也幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)：（1）每道工序的實(shí)際加工工藝效果不能獲得準(zhǔn)確在線評判，例：碾米的最 后一道工序需要達(dá)到的工藝效果是：碾去糙米外皮層、碾破糊粉層大細(xì)胞 靠外一面的細(xì)胞壁。但實(shí)際操作中，肉眼無法評判，既不能準(zhǔn)確判斷每一 顆粒是達(dá)標(biāo)、是過碾、還是碾米不足，也不能準(zhǔn)確判斷這一道工序的達(dá)標(biāo) 率是多少。這可以稱之為 看不清”。（2）因?yàn)閷に囆Ч荒軠?zhǔn)確評判，也就沒有精細(xì)化調(diào)制設(shè)備的依據(jù)一一 即使設(shè)備支持

9、精細(xì)化可調(diào)。對于當(dāng)前大多數(shù)需要手動調(diào)制的生產(chǎn)線來說， 只能純粹依據(jù)經(jīng)驗(yàn)操作，但最大的問題是，從來都不確定最優(yōu)的操作位置，經(jīng)驗(yàn)”也不過就是瞎子摸象式的積累。這可以稱之為 調(diào)不準(zhǔn)”。（3）多機(jī)輕碾工段中，一、二、三、四碾之間的配合遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到精細(xì)化程 度，各碾間的配合以及各碾需要達(dá)到的工藝目標(biāo)粗獷而不確切；不同大米 品種應(yīng)如何差異調(diào)制也不得而知。這可以稱之為 不協(xié)調(diào)”智能工廠則是依據(jù)在線工藝檢測系統(tǒng)的實(shí)時檢測數(shù)據(jù)對每道工序的每臺設(shè) 備進(jìn)行精細(xì)化調(diào)制，使得每道工序的工藝效果剛好達(dá)到目標(biāo)要求：工藝看 得真切，設(shè)備調(diào)得精準(zhǔn)，各道工序有機(jī)協(xié)調(diào)。所以，智能工廠可以加工到適 度精度”因?yàn)橹悄芄S不改變原產(chǎn)線的工

10、藝流程，更多的是原產(chǎn)線升級而成，所以 加工到適度的精度同樣有三個重要環(huán)節(jié)：礱、碾、拋，其中，碾米是關(guān)鍵 工序。（一）智能礱谷智能礱谷的工作任務(wù)是，（1）保證生產(chǎn)效率，使每臺礱谷機(jī)生產(chǎn)能力得到 最大發(fā)揮；（2）提高整體出糙率，不片面追求單次脫殼率；（3）降低增 碎率；（4）降低裂紋粒率，礱谷階段的裂紋粒在后段的碾米工序中幾乎全 部成為碎米。出糙率的提高意味著得米率的提高，增碎率的降低標(biāo)明整精 米率的提高；得米率與整精米率是水稻加工的關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。智能取料系統(tǒng)從每臺礱谷機(jī)出料管中實(shí)時、在線、動態(tài)取得礱谷樣品并將 樣品送往在線工藝檢測機(jī)器人進(jìn)行檢測，檢測項(xiàng)目包括脫殼率、碎米率、 裂紋粒率與未熟粒率。

11、機(jī)器人將這些檢測數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的礱谷機(jī)編號通過 工廠內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)即時送往智能中心云平臺。碎米率、裂紋粒率與未熟粒率用于數(shù)據(jù)分析與工廠生產(chǎn)管理，也作為智能 控制過程中的監(jiān)視數(shù)據(jù)，智能控制系統(tǒng)只采用脫殼率作為調(diào)制礱谷機(jī)的依 據(jù)。如果控制狀態(tài)為智控模式”，那么，無需人工干預(yù)，智能系統(tǒng)依據(jù)控制 規(guī)則進(jìn)行精細(xì)化調(diào)制自執(zhí)行，一線工作人員只需監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。如果 控制狀態(tài)為人機(jī)協(xié)作模式”，那么智能工廠工作站操作人員需要依據(jù)控制規(guī) 則進(jìn)行調(diào)制調(diào)制方式為，在工作站控制界面上點(diǎn)擊鼠標(biāo)：如果當(dāng)前脫殼率高于目標(biāo)脫殼率則將輥壓調(diào)低，調(diào)制的順序?yàn)橄却蠛笮。?十千帕、千帕、百帕；反之，則將輥壓調(diào)高，依然遵守先大后小的調(diào)制順

12、 序。這里的 十千帕”即為傳統(tǒng)調(diào)制時的“O.OIMPa ”，智能控制的調(diào)制精度為 傳統(tǒng)精度的100倍，因而可以調(diào)制到百帕”，當(dāng)調(diào)制輥壓達(dá)到目標(biāo)脫殼率時， 還需要以 百帕”精度繼續(xù)調(diào)低輥壓（不論此前是調(diào)高還是調(diào)低，到達(dá)目標(biāo)脫 殼率時都需要做此動作），直到調(diào)到脫殼率開始 降低，然后再往回調(diào)節(jié)一 個 百帕”如此調(diào)制的目的是：在保證目標(biāo)脫殼率的前提下，盡 可能減小輥 壓，使增碎率與裂紋粒率最大程度地 降低。在此過程中，即使是 人機(jī)協(xié)作模式”入料流量、淌板位置、雙輥的線速度 均無需操作人員調(diào)節(jié)：前置智能控制器根據(jù)實(shí)時獲取的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行邊 緣計(jì)算，并通過執(zhí)行系統(tǒng)自執(zhí)行計(jì)算后的控制指令。（二）智能碾米智能

13、碾米是加工到適度精度”的核心工序，其工作流程是：智能取料系統(tǒng)從 每臺碾米機(jī)下料管中在線、實(shí)時、動態(tài)取得米機(jī)下碾米樣本-送往在線工藝 檢測機(jī)器人進(jìn)行檢測-機(jī)器人將實(shí)時檢測數(shù)據(jù)即時送往智能中心云平臺-云 平臺將決策信息下達(dá)給前置智能邊緣節(jié)點(diǎn)執(zhí)行系統(tǒng)依據(jù)智能控制器指令 對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化調(diào)制。作為智能工廠的核心工序，智能碾米的操作與使用有幾個方面值得重點(diǎn)關(guān) 注：其一、生產(chǎn)開機(jī)之前，適度精度”的樣本標(biāo)注需盡量準(zhǔn)確。適度精度”定義終碾的工藝要求是：碾去外皮層、碾破糊粉層厚壁細(xì)胞的細(xì) 胞壁、在國標(biāo)范圍內(nèi)最大比例地留住胚部，因此，在選擇樣本時一定需要 細(xì)致、認(rèn)真（1）用千倍顯微鏡逐顆選擇符合要求的標(biāo)準(zhǔn)樣本

14、，這些樣 本必須復(fù)合適度精度”所定義的要求。（2）不同的加工品種需要標(biāo)注不同 的樣本。因?yàn)榧词雇瑯幽肫坪癖诩?xì)胞的靠外層細(xì)胞壁”，不同的品種樣本在 機(jī)器視覺下差異巨大，盡管在肉眼看來完全一樣。（3）在定義精度樣本時， 一定要區(qū)別粳米與秈米的目標(biāo)精度。其二、如果自定義碾米的目標(biāo)精度，則一是要有清晰的符合要求的特征維 度，二是必須考慮拋光對精度的再加工”如果不注意這一點(diǎn)，則容易過 碾。其三、有條件的企業(yè)，應(yīng)該定義出每道碾米的標(biāo)準(zhǔn)樣本。其四、確定終碾的達(dá)標(biāo)率，有條件的企業(yè)還需要確定每道碾米的達(dá)標(biāo)率； 確定了每道碾米的標(biāo)準(zhǔn)樣本與目標(biāo)達(dá)標(biāo)率也就是確定了每道碾米的 分目 標(biāo)”而分目標(biāo)”的確定可以極大降低調(diào)控

15、的復(fù)雜度，使控制變得簡潔而精 準(zhǔn)。保證了每個 分目標(biāo)”終碾目標(biāo)也就自然達(dá)成。其五、交給機(jī)器學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)樣本不可留存太長時間，在妥善保存的條件下 盡量不超過五天；拿取樣本時，要盡量避免樣本顆粒之間的摩擦；同一份 樣本不應(yīng)該反復(fù)喂料送料，以免樣本的失真。其六、如果采用人機(jī)協(xié)作模式，那么在操作時需要把握這些操作要點(diǎn)：（1）不論是老式的砣壓碾米機(jī)，或是電流伺服式的智控米機(jī)，還是新型米 機(jī)（如砂帶米機(jī)），都需要始終關(guān)注每道米機(jī)的碾米工藝效果，即，在線 工藝檢測系統(tǒng)傳送到工作站的實(shí)時檢測數(shù)據(jù)：碾米達(dá)標(biāo)率、過碾率、碾米 不足率、留胚/留皮率、留皮度、碎米率、碾減率。（2）對工藝檢測數(shù)據(jù)的 重點(diǎn)關(guān)注對象與關(guān)注順

16、序?yàn)椋毫羝ざ?，碾米達(dá)標(biāo)率，過碾率。人機(jī)協(xié)作的 控制規(guī)則是，如果留皮度不達(dá)標(biāo)，則調(diào)制設(shè)備使之達(dá)標(biāo)；在留皮度達(dá)標(biāo)時， 則調(diào)制設(shè)備使過碾率最低；在過碾率最低的條件下使達(dá)標(biāo)率符合目標(biāo)值， 但不應(yīng)使達(dá)標(biāo)率超出目標(biāo)值過多，比目標(biāo)設(shè)定值略微冗余即可（不超過3% ）。（3）對每一道碾米都需精細(xì)調(diào)制而使之達(dá)到每道碾米的 分目標(biāo)”不應(yīng)制 造問題并留給下一道米機(jī)。（三）智能拋光智能拋光的控制原理與智能工廠的其他工序相同：依據(jù)在線工藝效果精準(zhǔn) 控制生產(chǎn)設(shè)備。按照本文定義的 適度精度”則智能拋光工序需要完成兩個 任務(wù)：（1 ）一拋去除糊粉粒：利用拋光室內(nèi)水、氣、壓、摩擦等作用去除糊粉粒；（2）二拋上光，但與當(dāng)前的上光”

17、不同：當(dāng)前上光是將淀粉在水與溫度的 作用下膠質(zhì)化使得米粒光潔一一“亮光”而加工到適度精度”的上光則是將 碾破的厚壁細(xì)胞細(xì)胞壁修復(fù)一一“啞光”智能拋光雖然比智能碾米的控制元素要多：砣壓、氣壓、水量、線速度、 流量；但兩者的控制原理與控制規(guī)則相同，在此不再贅述。需要注意的仍 然是生產(chǎn)開機(jī)之前的工作：（1）一拋的標(biāo)準(zhǔn)樣本：去除糊粉粒留下厚壁細(xì)胞細(xì)胞壁的顆粒樣本，顯微 鏡下呈現(xiàn)的外觀特征是細(xì)胞壁開口的”一層大細(xì)胞；（2）二拋的標(biāo)準(zhǔn)樣本：外側(cè)細(xì)胞壁開口”被修復(fù)的啞光”顆粒樣本；（3）不同的品種需要分別標(biāo)定；（4）一拋與二拋必須分別定義樣本，雖然在宏觀上都稱為拋光”但其實(shí) 質(zhì)是兩道工序，因其目標(biāo)工藝效果完全不同。結(jié)語加工到 適度精度”可以獲得最美味最營養(yǎng)的大米，可以獲得最大的得米率與 整精米率，但仍會有少數(shù)并不適