我國(guó)稻米加工工藝的沿革與展望

謝天 楊會(huì)賓 郭亞麗 牛家鐸 謝健，3，*

（1中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京102209；2 國(guó)糧武漢科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司/國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局谷物加工工程中心，武漢430079；3 國(guó)家糧食產(chǎn)業(yè)（柔性智能碾米裝備）技術(shù)創(chuàng)新中心，浙江衢州 324022；4 麥稻智慧糧食集團(tuán)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(shù)是與大規(guī)模采集野生稻同時(shí)期出現(xiàn)的。稻米加工工藝是指根據(jù)原料稻谷的工藝性質(zhì)、含雜情況以及成品大米的質(zhì)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(lián)起來，將稻谷按預(yù)定的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工、處理的生產(chǎn)過程。

自幾千年前我們的祖先將稻米作為食物之時(shí)起，稻米的加工工藝亦出現(xiàn)了最簡(jiǎn)單的“稻出白”工藝。經(jīng)過幾千年的實(shí)踐和改良，在公元17 世紀(jì)中葉之前改良為“糙出白”工藝（據(jù)成書于1637 年的《天工開物》記載）；又經(jīng)過200 多年的實(shí)踐和改良，到19 世紀(jì)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(chǎn)品整理”等工段，構(gòu)成現(xiàn)代稻谷加工工藝。當(dāng)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(jì)80 年代起增加“糙米精選”“白米精選”“白米色選”等工序；21 世紀(jì)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(jié)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(zhǔn)化加工的方向發(fā)展，如國(guó)際首創(chuàng)應(yīng)用在碾米工段的“多等級(jí)大米聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”“多等級(jí)大米、留胚米聯(lián)產(chǎn)碾米技術(shù)”等專利已獲得授權(quán)。我國(guó)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(guó)稻米加工工藝的工序組成發(fā)展沿革與展望

1 19 世紀(jì)下半葉之前的稻米加工工藝

1.1 “稻出白”工藝

我國(guó)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(chǎn)規(guī)模相適宜的稻米加工工藝、工具/機(jī)具/設(shè)備。依據(jù)大量出土的文物記載及稻米加工工具/機(jī)具實(shí)物，最原始的稻米加工工藝是從原料稻谷直接加工生產(chǎn)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(jìn)入“碾磨/舂米”（即利用原始的碾盤/杵臼/碓等工具或機(jī)具同時(shí)進(jìn)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(gòu)成的混合物，再經(jīng)過“整理”，即利用風(fēng)力、篩面等將混合物中的稻殼、米糠、雜質(zhì)與白米/糙米分離，得到糙米+白米混合物（由于原始工具/機(jī)具加工不均勻，生產(chǎn)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(jīng)過漫長(zhǎng)的發(fā)展，水稻生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)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(shí)進(jìn)步，在“稻出白”工藝基礎(chǔ)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(fēng)扇以去糠秕，傾入篩中團(tuán)轉(zhuǎn)，谷未剖破者浮出篩面，重復(fù)入礱”“凡稻米既篩之后，入臼而舂”，意思是指礱谷后用風(fēng)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(guó)稻米加工工藝已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)高的水平。此后全球的稻米加工工藝雖在此工藝基礎(chǔ)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(gòu)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(jìn)入碾米工段，因而可以制得更加均勻、更“純”的白米。

2 19 世紀(jì)下半葉至20 世紀(jì)末我國(guó)稻米加工工藝

19 世紀(jì)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(xiàn)了主要加工機(jī)械從國(guó)外引進(jìn)的機(jī)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(tǒng)稻米加工工藝

2.1 傳統(tǒng)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(jīng)過清理工段，可以將各種雜物分離出去，一方面可以生產(chǎn)雜物更少的糙米、白米，也可以減輕磚石、金屬等雜質(zhì)影響后續(xù)工段的工藝效果，避免石子等雜質(zhì)損壞后續(xù)工段的設(shè)備。

2.2 現(xiàn)代稻米加工工藝A

1949 年新中國(guó)成立以后，一直到20 世紀(jì)70 年代改革開放前，我國(guó)稻米加工業(yè)主要采用如圖4 所示的現(xiàn)代稻米加工工藝A。與傳統(tǒng)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(dú)設(shè)置了“除稗”工序（去除原料稻谷中夾雜稗子等小雜），以適應(yīng)原料稻谷含稗子漸多的情況；2）由整理工段完善升級(jí)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(zhǎng)大米產(chǎn)品的保質(zhì)期；3）增加了下腳整理工段（將清理工段分出的各種雜質(zhì)進(jìn)一步分離，如進(jìn)一步整理谷石混合物）和副產(chǎn)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(chǎn)物夾帶完善糧粒，提高各種副產(chǎn)品的純度，提高各自的利用率。

圖4 現(xiàn)代稻米加工工藝A 框圖

2.3 現(xiàn)代稻米加工工藝B

20 世紀(jì)80 年代以后，稻米加工工藝實(shí)現(xiàn)了再次升級(jí)，在礱谷工段增設(shè)“回礱谷單獨(dú)礱谷”工序（即將經(jīng)過一次礱谷、谷糙分離分出的未脫殼的稻谷單獨(dú)用一臺(tái)礱谷機(jī)再次礱谷的工藝，該工序可根據(jù)回礱谷已受過擠壓一次礱谷的實(shí)際情況配置適宜的技術(shù)參數(shù)）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(jìn)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(shè)“糙米調(diào)質(zhì)”工序（即通過調(diào)節(jié)糙米水分等改善糙米的加工品質(zhì)），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(chǎn)品的純度和安全性，增設(shè)“白米精選”工序（按照米粒的長(zhǎng)度將碎米從白米中分開），以盡量降低大米產(chǎn)品含碎，減少碎米帶出整米量，增設(shè)“配米”工序（將多種大米按需求進(jìn)行搭配混合）以提升大米的食用品質(zhì)和商品品質(zhì)，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(zhǎng)大米產(chǎn)品保質(zhì)期；在清理、礱谷、碾米、白米整理等多個(gè)工段增加“計(jì)量”步驟，以掌握出糙率、糙出白率、出米率等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。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(xiàn)代稻米加工工藝B 框圖

3 21 世紀(jì)以來我國(guó)稻米加工工藝

進(jìn)入20世紀(jì)后，尤其是近幾年，我國(guó)稻米加工工藝上了新臺(tái)階（圖6）。針對(duì)混雜嚴(yán)重的稻谷原料在礱谷工段增加“稻谷分級(jí)”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(jù)稻谷粒度的不同配置設(shè)備、調(diào)整參數(shù)，減少碎米、爆腰，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在白米整理工段調(diào)減一道或二道“拋光”工序，增設(shè)一道或二道“刷米”工序，構(gòu)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(shè)“多道色選”工序（根據(jù)黃粒米、堊白粒、碎米、玻璃等雜質(zhì)物料顏色/形狀/品質(zhì)的差異被分步、單獨(dú)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(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，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(zhì)確保大米產(chǎn)品食品安全。2018 年起我國(guó)首創(chuàng)在礱谷工段增設(shè)“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(shí)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(zhì)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(fù)荷，減輕因稻曲病粒對(duì)糙米、白米表皮的污染，提升大米產(chǎn)品品質(zhì)；將紅米等異色糙米單獨(dú)分離、單獨(dú)碾白，可以減輕對(duì)其他正常白米加工的干擾。2018 年起，我國(guó)首創(chuàng)在碾米工段增設(shè)“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(dá)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?qū)⒘襞吡＜庸槠胀ǚ橇襞吡Ｔ黾拥哪芎摹⒃鏊椤⒈龋欣跍p低能耗、提升大米整精米率，一條生產(chǎn)線可以同時(shí)生產(chǎn)留胚米和白米兩類產(chǎn)品[3]，增加了產(chǎn)品類型，又提升留胚米產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，提升了稻米資源食用率。

圖6 當(dāng)代稻米加工工藝

4 未來我國(guó)稻米加工工藝發(fā)展趨勢(shì)展望

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

4.1 防過碾碾米工藝

根據(jù)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(shè)備性能的天然缺陷（即出機(jī)白米中加工精度上下差一級(jí)的米粒在10%以上），幾道碾白后，出機(jī)白米中達(dá)到預(yù)設(shè)加工精度的米粒占較大比例，有的甚至高達(dá)50%以上，傳統(tǒng)加工工藝中，這部分已達(dá)到加工精度的米粒會(huì)與未達(dá)到加工精度的米粒一同進(jìn)入后續(xù)碾白工序，造成過碾。為此，我國(guó)首創(chuàng)提出增設(shè)“留皮度分選”工序[3]，將已經(jīng)達(dá)到加工精度的米粒與未達(dá)到加工精度的米粒分離，跳過下一道碾白工序，構(gòu)成防過碾碾米工藝（見圖7），可降低因部分達(dá)標(biāo)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(shù)）

4.2 多等級(jí)米聯(lián)產(chǎn)、大米與留胚米聯(lián)產(chǎn)、多等級(jí)大米與留胚米聯(lián)產(chǎn)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(gè)等級(jí)的白米，即構(gòu)成多等級(jí)米聯(lián)產(chǎn)工藝（見圖8），也可以構(gòu)成多等級(jí)白米與留胚米聯(lián)產(chǎn)碾米技術(shù)[3]（見圖9）。

圖8 多等級(jí)米聯(lián)產(chǎn)工藝（局部、碾米技術(shù)）

圖9 多等級(jí)大米與留胚米聯(lián)產(chǎn)工藝框圖（局部、碾米技術(shù)）