水稻的适度加工

1、水稻的适度加工“GB/T1354-2018 大米”（以下称 大米新国标”）于2019年5月1日起施 行，新国标中呈现了两大前所未有的特征：一是指导思想服务于适度加工； 二是检测手段偏重于机器检测，后者为智能工厂的推行清除了政策障碍。适度加工的目的在于杜绝过碾，过碾的结果不仅增加了粮食加工损耗，更 剥夺了大米中的营养物质，正如中国营养学会在 中国居民膳食指南”中指 出：稻米的过度加工导致膳食纤维与B族维生素的大量损失。例如，我国 成年人每天维生素B1的推荐摄入量为1.1mg-1.3m g，但实际上我国人均每 天维生素B1的摄入为0.9m g-1.1m g， 80%的成年人维生素B1摄入不足，而

2、谷物正是B族维生素的重要来源。B族维生素包括B1、B2、B3、B5、B6和 H等，均与护肤密切相关，如维生素B1防治脚气病，而维生素B2预防日光 晒黑一、适度加工的“度”（一）糙米结构与重要成分糙米除胚之外，由外及里依次为果皮、种皮、珠心层（外胚乳）、糊粉层、 亚糊粉层与胚乳。其中果皮、种皮与外胚乳层富含粗纤维，既不利于消化， 也破坏大米口感，更重要的是99%以上的农药与重金属残留于此，所以人们 在烹食糙米时应当挑选真正的有机米，这也正是大米加工时需要将皮层碾 去的原因。珠心层再往里一层就是糊粉层，糙米糊粉层通常由一到五层厚壁大细胞构 成（因品种而异），这些细胞几乎呈方形（如下图），细胞中充满

3、了糊粉 粒，这些糊粉粒中含有脂肪、蛋白质、维生素以及矿物质，糊粉层是糙米 中富含营养的一部分。但是，糊粉粒极易被氧化而变质，在高温环境下， 其腐败仅以小时计，因此，在加工过程中仍然将糊粉层去除，其目的在于 便于成品米储存与运输。糊粉层厚壁细胞的细胞壁主要成分为膳食纤维，众所周知，非水溶性膳食 纤维能有效预防肠癌。厚壁细胞细胞壁的基质为阿拉伯木聚糖与1-3,14 己 -葡聚糖，所以，不难理解为什么说加工时需尽可能保留厚壁细胞的细胞壁” 与大米的美味成分尽在于此”。糊粉层与胚乳之间还有仅一到两层细胞的亚糊粉层，其性质介于糊粉层与 胚乳之间，胚乳中主要成分是淀粉，而亚糊粉层则含有脂肪、蛋白质、B族

4、维生素与淀粉粒。糙米的胚部由胚芽、胚茎、胚根与盾片组成，除维生素外，胚芽中还含有 一类重要物质一一y-氨基丁酸，它是抑制性神经递质，具有镇静、催眠、抗 惊厥、降血压的生理作用，于老年人抗焦虑具有明显功效。（二）适度的精度大米新国标”的形成背景是我国大米的过度加工，过碾”是现在水稻加工行 业的普遍特征，甚者胚乳被碾去一到两层，这不仅增加了加工损耗，更造 成大米中营养物质的全面损失。过碾”一方面有加工理念方面的问题，但更 深层的原因还在于加工工艺本身，加工工艺水平局限了所有的愿景与想象。 当前，纵观整个水稻加工行业，对于大米的营养”美味”等关键性产品维度， 仅取决于原粮品质。粮食人更应当做的则是：

5、在原粮已经确定的条件下， 通过对加工工艺的改进使得大米更营养”更美味”。日常生活中，谷物作为基本口粮，为我们大量摄入，同时稻米本身富含多 种营养成分维生素B1、维生素B2、维生素E、丫氨基丁酸、膳食纤维、谷维素、肌醇、二十八烷醇所以从某种意义上说，粮食人应该将大米经 营成 保健品”：富含抗焦虑的丫氨基丁酸的大米可供给老年人，让老人家身 体好、休息好；完整留住厚细胞壁、口感最好的鲜米则可以供给孩子一一好 吃的饭，孩子才会爱吃、多吃，才能健康成长；富含具有明确保健作用的 功能因子二十八烷醇的大米可供给运动员还可依据功能进行细分：富含 对脂肪肝与胆固醇过高有明显疗效的肌醇的大米可养肝护肝，富含能降低

6、 血清总胆固醇含量预防皮肤衰老的谷维素的大米可美容养颜，富含对群体 平均寿命具有明显延长作用的维生素E的大米则可延年益寿这种保健 品无副作用，在一日三餐中悄无声息的滋养生命通过前文对糙米的结构与营养分布的分析可知，理想的加工精度是：碾去 外皮层（果皮、种皮、珠心层），碾破糊粉层厚壁细胞靠外一层的细胞壁， 除去糊粉粒，完整保留厚壁细胞的细胞壁，在国标允许的条件下最大比例 地保留胚部。这样得到的大米：?保障安全：碾去了残留农药与重金属的皮层。?便于储存：除去了易于变质的糊粉粒。? 口感最优：完整保留了厚壁细胞的细胞壁。?营养最全:留住了厚壁细胞细胞壁即保留了大量膳食纤维，同时也就留住了富含B族维生

7、素的亚糊粉层，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营养物质。?得率最高：去除糊粉粒保留住大细胞的细胞壁，即，占糙米6.5%左右的糊粉层可减少2%-3%勺碾减率；另一方面，新国标对“精碾”的定义为留皮度2%以下，留皮度是指“试样平放，残留皮层、米胚投影面积之和占试样投影面积的百分比”，胚部约占糙米的2.5%, “在国标允许范围内， 最大比例地保留胚部” 意味着碾减率还将减少 1%-1.5%碾减率的降低就是得米率与整精米率的提高，这在粳米加工时尤为突出。在此还未计算碎米率的降低，加工过程中碎米率的减少因品种差异而不同。这个精度一一同时具备这五点的精度，就是适度加工之“度

8、”，称之为“适度精度”。IIlllk ;删mill I删岫眦恥恥删 MMIMWMWE!、加工到“适度精度”对于传统或者自动化的大米加工工艺，即使确定了目标精度，但要在大规 模生产中加工到 适度精度”，也几乎是不可能实现：（1）每道工序的实际加工工艺效果不能获得准确在线评判，例：碾米的最 后一道工序需要达到的工艺效果是：碾去糙米外皮层、碾破糊粉层大细胞 靠外一面的细胞壁。但实际操作中，肉眼无法评判，既不能准确判断每一 颗粒是达标、是过碾、还是碾米不足，也不能准确判断这一道工序的达标 率是多少。这可以称之为 看不清”。（2）因为对工艺效果不能准确评判，也就没有精细化调制设备的依据一一 即使设备支持

9、精细化可调。对于当前大多数需要手动调制的生产线来说， 只能纯粹依据经验操作，但最大的问题是，从来都不确定最优的操作位置，经验”也不过就是瞎子摸象式的积累。这可以称之为 调不准”。（3）多机轻碾工段中，一、二、三、四碾之间的配合远远达不到精细化程 度，各碾间的配合以及各碾需要达到的工艺目标粗犷而不确切；不同大米 品种应如何差异调制也不得而知。这可以称之为 不协调”智能工厂则是依据在线工艺检测系统的实时检测数据对每道工序的每台设 备进行精细化调制，使得每道工序的工艺效果刚好达到目标要求：工艺看 得真切，设备调得精准，各道工序有机协调。所以，智能工厂可以加工到适 度精度”因为智能工厂不改变原产线的工

10、艺流程，更多的是原产线升级而成，所以 加工到适度的精度同样有三个重要环节：砻、碾、抛，其中，碾米是关键 工序。（一）智能砻谷智能砻谷的工作任务是，（1）保证生产效率，使每台砻谷机生产能力得到 最大发挥；（2）提高整体出糙率，不片面追求单次脱壳率；（3）降低增 碎率；（4）降低裂纹粒率，砻谷阶段的裂纹粒在后段的碾米工序中几乎全 部成为碎米。出糙率的提高意味着得米率的提高，增碎率的降低标明整精 米率的提高；得米率与整精米率是水稻加工的关键经济指标。智能取料系统从每台砻谷机出料管中实时、在线、动态取得砻谷样品并将 样品送往在线工艺检测机器人进行检测，检测项目包括脱壳率、碎米率、 裂纹粒率与未熟粒率。

11、机器人将这些检测数据及其对应的砻谷机编号通过 工厂内工业互联网即时送往智能中心云平台。碎米率、裂纹粒率与未熟粒率用于数据分析与工厂生产管理，也作为智能 控制过程中的监视数据，智能控制系统只采用脱壳率作为调制砻谷机的依 据。如果控制状态为智控模式”，那么，无需人工干预，智能系统依据控制 规则进行精细化调制自执行，一线工作人员只需监管系统运行状态。如果 控制状态为人机协作模式”，那么智能工厂工作站操作人员需要依据控制规 则进行调制调制方式为，在工作站控制界面上点击鼠标：如果当前脱壳率高于目标脱壳率则将辊压调低，调制的顺序为先大后小： 十千帕、千帕、百帕；反之，则将辊压调高，依然遵守先大后小的调制顺

12、 序。这里的 十千帕”即为传统调制时的“O.OIMPa ”，智能控制的调制精度为 传统精度的100倍，因而可以调制到百帕”，当调制辊压达到目标脱壳率时， 还需要以 百帕”精度继续调低辊压（不论此前是调高还是调低，到达目标脱 壳率时都需要做此动作），直到调到脱壳率开始 降低，然后再往回调节一 个 百帕”如此调制的目的是：在保证目标脱壳率的前提下，尽 可能减小辊 压，使增碎率与裂纹粒率最大程度地 降低。在此过程中，即使是 人机协作模式”入料流量、淌板位置、双辊的线速度 均无需操作人员调节：前置智能控制器根据实时获取的传感器数据进行边 缘计算，并通过执行系统自执行计算后的控制指令。（二）智能碾米智能

13、碾米是加工到适度精度”的核心工序，其工作流程是：智能取料系统从 每台碾米机下料管中在线、实时、动态取得米机下碾米样本-送往在线工艺 检测机器人进行检测-机器人将实时检测数据即时送往智能中心云平台-云 平台将决策信息下达给前置智能边缘节点执行系统依据智能控制器指令 对生产设备进行精细化调制。作为智能工厂的核心工序，智能碾米的操作与使用有几个方面值得重点关 注：其一、生产开机之前，适度精度”的样本标注需尽量准确。适度精度”定义终碾的工艺要求是：碾去外皮层、碾破糊粉层厚壁细胞的细 胞壁、在国标范围内最大比例地留住胚部，因此，在选择样本时一定需要 细致、认真（1）用千倍显微镜逐颗选择符合要求的标准样本

14、，这些样 本必须复合适度精度”所定义的要求。（2）不同的加工品种需要标注不同 的样本。因为即使同样碾破厚壁细胞的靠外层细胞壁”，不同的品种样本在 机器视觉下差异巨大，尽管在肉眼看来完全一样。（3）在定义精度样本时， 一定要区别粳米与籼米的目标精度。其二、如果自定义碾米的目标精度，则一是要有清晰的符合要求的特征维 度，二是必须考虑抛光对精度的再加工”如果不注意这一点，则容易过 碾。其三、有条件的企业，应该定义出每道碾米的标准样本。其四、确定终碾的达标率，有条件的企业还需要确定每道碾米的达标率； 确定了每道碾米的标准样本与目标达标率也就是确定了每道碾米的 分目 标”而分目标”的确定可以极大降低调控

15、的复杂度，使控制变得简洁而精 准。保证了每个 分目标”终碾目标也就自然达成。其五、交给机器学习的标准样本不可留存太长时间，在妥善保存的条件下 尽量不超过五天；拿取样本时，要尽量避免样本颗粒之间的摩擦；同一份 样本不应该反复喂料送料，以免样本的失真。其六、如果采用人机协作模式，那么在操作时需要把握这些操作要点：（1）不论是老式的砣压碾米机，或是电流伺服式的智控米机，还是新型米 机（如砂带米机），都需要始终关注每道米机的碾米工艺效果，即，在线 工艺检测系统传送到工作站的实时检测数据：碾米达标率、过碾率、碾米 不足率、留胚/留皮率、留皮度、碎米率、碾减率。（2）对工艺检测数据的 重点关注对象与关注顺

16、序为：留皮度，碾米达标率，过碾率。人机协作的 控制规则是，如果留皮度不达标，则调制设备使之达标；在留皮度达标时， 则调制设备使过碾率最低；在过碾率最低的条件下使达标率符合目标值， 但不应使达标率超出目标值过多，比目标设定值略微冗余即可（不超过3% ）。（3）对每一道碾米都需精细调制而使之达到每道碾米的 分目标”不应制 造问题并留给下一道米机。（三）智能抛光智能抛光的控制原理与智能工厂的其他工序相同：依据在线工艺效果精准 控制生产设备。按照本文定义的 适度精度”则智能抛光工序需要完成两个 任务：（1 ）一抛去除糊粉粒：利用抛光室内水、气、压、摩擦等作用去除糊粉粒；（2）二抛上光，但与当前的上光”

17、不同：当前上光是将淀粉在水与温度的 作用下胶质化使得米粒光洁一一“亮光”而加工到适度精度”的上光则是将 碾破的厚壁细胞细胞壁修复一一“哑光”智能抛光虽然比智能碾米的控制元素要多：砣压、气压、水量、线速度、 流量；但两者的控制原理与控制规则相同，在此不再赘述。需要注意的仍 然是生产开机之前的工作：（1）一抛的标准样本：去除糊粉粒留下厚壁细胞细胞壁的颗粒样本，显微 镜下呈现的外观特征是细胞壁开口的”一层大细胞；（2）二抛的标准样本：外侧细胞壁开口”被修复的哑光”颗粒样本；（3）不同的品种需要分别标定；（4）一抛与二抛必须分别定义样本，虽然在宏观上都称为抛光”但其实 质是两道工序，因其目标工艺效果完全不同。结语加工到 适度精度”可以获得最美味最营养的大米，可以获得最大的得米率与 整精米率，但仍会有少数并不适