大米加工精度检测方法研究进展

吴建永，刘成梅，刘　伟，罗达文，李中强（食品科学与技术国家重点实验室，南昌大学，江西南昌330047）

大米加工精度检测方法研究进展

吴建永，刘成梅*，刘伟，罗达文，李中强
（食品科学与技术国家重点实验室，南昌大学，江西南昌330047）

加工精度显著影响大米产率和营养，但是加工精度的检测方法众多且尚未统一。本文整理了科学研究和市场贸易中常用的检测方法，通过分析这些方法的原理将它们系统归为重量表征法、外观表征法和糠层成分表征法三大类，并比较了各类方法的优缺点，为大米加工精度的测定方法研究提供理论依据。开展用仪器识别米粒外观的研究将促进大米加工精度检测方法的发展。

大米，加工精度，检测方法

Global Harvest发布了2014年全球农业产出报告［1］，报告指出世界粮食产量增速不够，在2050年将出现大范围供需失衡。同时，FAO也发布了2014年粮食展望［2］，统计表明中国已成为世界最大大米进口国。我国大米主要以精白米形式销售，过精过白的加工方式导致大量粮食浪费和营养流失。由于粮食不足的问题日益严重，我国农业部于2014年7月10日发布了《关于加强粮食加工减损工作的通知》，并在同年7月25日发布了《进一步推进粮食过度加工减损工作》的通知。由此可知，降低大米加工精度将成为我国大米加工行业的一个长期趋势，而科学的大米加工精度检测方法也随之显得格外重要。

国际大米研究机构（International Rice Research Institute，IRRI）已收录来自世界各地124000个品种的大米［3］。大米栽培品种极多且形态和功能性质各异，进而衍生出众多大米加工精度的检测方法。然而到目前为止，尚未出现一种统一的检测方法，能够同时具备客观、定量、准确和快速四个特点。在科学研究和市场贸易中常因需、因地采用不同的检测方法，阻碍了科学研究和市场贸易的发展。

本文按照加工精度的定义和测定原理系统地将大米加工精度检测方法归纳为三大类，并整理和对比了科学研究以及官方机构和市场贸易中常用的检测方法。本文对这些方法的优缺点进行评述，并指出未来大米加工精度检测方法的研究方向。

1　大米结构

稻谷由稻壳和颖果组成［4］（图1a～b）。稻壳由芒、外稃、内稃、护颖和小穗轴组成［5］（图1e）。外稃覆盖颖果的三分之二，与内稃外缘紧紧嵌合并包裹颖果［6］。稻壳与颖果之间有空隙，垄谷时较易剥落。稻谷除去稻壳后得到的颖果也称为糙米，为稻谷可食用部位（图1c）。糙米表面一般都有背脊和背沟，使米粒表面呈波浪形［4］（图1c）。糙米由胚乳和糠层组成，而糠层又由胚和多层细胞组织层构成（图1e），该多层细胞组织由外而内分别为果皮、种皮、珠心和糊粉层［4-5］。胚则由子叶、胚芽、胚根和外胚层组成，并被糊粉层覆盖［5］。胚作为日后繁育成大米植株的基本组织，其营养非常丰富，但是胚单独存在于米粒端部，加工时容易脱落。糊粉层之下为亚糊粉层和淀粉层，两者统称为胚乳［5］。日常食用的精白米即为大米胚乳（图1d）。

图1　稻谷结构［5］Fig.1　Paddy structure［5］

2　大米加工精度

2.1加工精度的定义

垄谷、碾磨和抛光是稻谷加工工业中的三个基本单元操作。稻谷经垄谷去壳得到大米的可食用部位，即糙米。糙米再经碾磨和抛光完全除去糠层才得到精白米。糙米在碾磨和抛光过程中其糠层的去除或保留程度定义为加工精度［7］。

2.2加工精度的表征方法

按照加工精度的定义，表征大米加工精度实际上就是表征大米糠层去除或保留程度。如上所述，大米品种极多，而品种之间的表面形态、物理结构和化学组成等差异均会影响大米加工性质，因此衍生出众多加工精度的表征方法。从测定原理上来说，大米加工精度的检测方法可归为三大类：第一类以碾磨前后米粒重量变化表征；第二类以碾磨前后米粒外观变化表征；第三类以碾磨前后米粒糠层成分变化表征。下面就这三类表征方法进行评述。

2.2.1重量表征法糙米在碾磨过程中重量不断减少。因此，加工精度可用糙米在碾磨过程损失的重量百分比表示，也可用糙米碾磨后占碾磨前的重量百分比表示［4］。前者使用范围较广，而后者在日本学者的研究中使用较多［4］。也就是说加工精度为10%的大米［8-9］，日本学者可能将其表示为90%［4，10］。在研究中，常粗略地认为糙米表层的10%（以重量计）为糠层。Juliano等［11］的研究表明，果皮占糙米重量的1%～2%，糊粉层、珠心和种皮共占4%～6%，胚1%，子叶2%，胚乳90%～91%。Roberts［12］也表示，糙米经碾磨除去8%的外糠层，再经过抛光除去2%的内糠层即得到精白米。而实际上，糠层占糙米的重量百分比与栽培条件和品种相关，也就是说两种大米碾去的重量相同，其糠层去除程度不一定完全相同。此外，在碾磨过程中米粒背沟中的糠层比米粒腹部的糠层更难除去［13］。因此，碾去相同的重量后，背沟深的米粒品种将比背沟浅的米粒品种保留更多糠层，即加工精度更低。这使重量表征法并不能十分准确的表示糠层去除程度，但由于该测定方法具有客观、定量和快速的优点，使其在科学研究中被广泛采用。

2.2.2外观表征法糙米的皮层、糊粉层、淀粉层和胚是截然不同的组织结构，碾磨会使其外观不断变化，因此可以用米粒在碾磨过程中的外观变化来表征加工精度。外观表征法按检测手段的不同又可分为裸眼观察、染色观察和仪器检测三种。

2.2.2.1裸眼观察法该方法是将加工后的米粒与标准米样直接对比，通过肉眼观察来分辨加工精度。这种方法已经被联合国粮食及农业组织（FAO）、国际食品法典委员会（CAC）、国际标准化组织（ISO）、非洲标准化组织（ARS），以及中国国家标准化管理委员会（SAC）、泰国商业部（MOC）、菲律宾国家食品局（NFA）和美国农业部（USDA）等主要官方机构采用（表1）。例如我国SAC推荐标准GB/T 5502-2008［14］中规定：“利用米类与相应的加工等级的标准样品对照比较，通过观测判定加工等级”。我国SAC国标GB 1354-2009［15］中指出，在制定加工精度标准样品时，参照下述文字规定，一级：背沟无皮，或有皮不成线，米胚和粒面皮层去尽的占90%以上；二级：背沟有皮，米胚和粒面皮层去尽的占85%以上；三级：背沟有皮，粒面皮层残留不超过1/5的占85%以上。四级：背沟有皮，粒面皮层残留不超过1/3的占75%以上。其他标准，如Recommended Model Grading System for Rice in International Trade（FAO）［16］、CODEX STAN 198-1995（CAC）［17］、7301∶2011 Rice-Specification（ISO）［18］、859∶2012 Brown rice-Specification（ARS）［19］、Rice Standards B.E.2540（MOC）［20］、TRED·SQAD No.2 1980（NFC）［21］、United States Standards for Rice（USDA）［22］和SN/T 0800.13-1999（SAC行标）［23］中关于大米加工精度等级鉴定的描述与我国SAC国标类似，均按糠层去除程度分为3～4个等级，其中CAC标准和ISO标准描述一致，它们之间的详细比较见表1。各大官方标准均采用裸眼观察糠层去除程度的方式来描述加工等级，该方式与加工精度的定义契合且简单易行，因此成为商业流通中最常用的方法。裸眼观察法的缺点是主观性太强，无法定量，以及作为对照的标准样品不易保存［24］。由于该法无法客观定量，因此在科研中很少被采用。

2.2.2.2染色观察法尽管皮层（果皮和种皮）颜色较胚乳深，但是区别并不十分明显，直接裸眼或借助放大镜观察容易造成较大主观误差。为了有效区分糠层和胚乳，可先对米粒进行组织染色然后再观察。目前常用的单染色剂有亚甲基蓝（皮层呈深蓝，胚乳呈淡蓝）［25］、刚果红（胚乳呈粉红）［25］、碱性醇（皮层呈黄色）［25-26］、品红（皮层呈紫红，胚乳呈浅红）［27］、苏丹-Ⅲ（皮层和胚芽呈红色，胚乳不着色）［28］和碘液（皮层呈黄色，胚乳呈蓝色）［29］。复合染色剂有次甲基蓝-甲基红/日本May-Grünwald（果皮呈蓝绿色，种皮呈蓝色，胚乳呈紫红色）［30］、次甲基蓝-曙红/日本新May-Grünwald染色剂（果皮呈绿色，种皮和胚呈蓝色，胚乳呈桃红色）［27］和甲基红-桃红乙醇双染（皮层呈紫红色，胚乳呈桃红）［27］。染色法是裸眼观察法的改进，操作较易，也被许多官方机构采用。例如我国进出口行标SN/T 0800.13-1999［23］采用的是亚甲基蓝和品红两种单染色剂，我国推荐国标GB/T 5502-2008［14］采用的是品红和苏丹-Ⅲ两种单染色剂，而我国推荐国标GB/T 18105-2000［31］采用的是IDS染色剂，经该染色剂染色后米粒所呈颜色与日本新May-Grünwald染色剂相同。通过染色可以降低主观误差，但仍属于主观判定法，无法定量。

表1　世界主要大米加工精度等级标准对比（裸眼观察法）Table 1　Comparison of major standard grade of milling degree of rice in the world（Naked eye observation method）

2.2.2.3仪器识别法为了消除裸眼观察法和染色观察法所带来的主观性，有研究人员试图采用仪器识别米粒外观的方法代替裸眼观察。这些方法一般利用图像处理技术以及光的透射和反射性。由于糠层颜色较胚乳深，张浩等［32］直接用图像处理技术分辨糠层和胚乳，并用测面积的方法表征糠层保留程度，从而表征加工精度。Barber等［33］和许俐等［34］则先将米粒染色以强化糠层和胚乳间的颜色差异，再用图像处理和测面积的方法表征加工精度。Chen等［35］开发了可定量分析米粒白度的白度计，利用大米白度随糠层去除程度升高而增加的特点表征大米加工精度，目前该设备在生产中应用较成功，在研究中也有报道［36］。仪器观察法的原理契合大米加工精度的定义，且具有客观、定量和快速的优点。不足之处是米粒自身颜色存在品种间差异，且米粒颜色受储藏期影响，这些因素会影响测定结果。此外，由于大米品种众多，对所有品种建立相应的标准数据库非常困难，该缺点降低了仪器识别法的普适性。

2.2.3糠层成分表征法大米成分分布非常不均匀，大部分非淀粉类物质富集在糠层。因此可利用糠层成分随着糠层去除程度升高而变化的特点来表征加工精度。按成分分析手段的不同，糠层成分表征法又可分为化学分析法和仪器分析法。

2.2.3.1化学分析法包括用表面脂肪［37-39］、粗纤维［40］、硫胺素［41］、总灰分［40］、磷［41］、硅［40］和色素［42］等物质的含量来表征加工精度。由于脂肪在糠层中的富集程度比其他成分高，因此用表面脂肪表征糠层去除程度的研究较多。但是表面脂肪及上述成分的测定均非常耗时，且受提取和测定方法的影响较大。因此，这类方法在生产和研究中的应用均很少。

2.2.3.2仪器分析法这类方法主要是用来快速测定大米的表面脂肪。目前有核磁共振［43］、数字图像分析［44］、傅里叶红外变换光谱［45］和气相色谱［46］。采用仪器分析方法尽管可以节省测定时间，但是大米成分含量和分布因品种而异，因此需对各品种大米建立相应的标准数据库。

糠层成分表征法成立的条件是该成分含量与糠层去除程度有较好的线性关系，而表面脂肪似乎不符合该基本条件。Bhattacharya等［4］的结果显示，表面脂肪在碾磨过程中呈先增后减的钟罩型趋势，也就是说同一表面脂肪含量可能同时对应两个加工精度。苏丹IV的染色结果显示，脂类富集在大米糊粉细胞、珠心角质层和胚中［47-48］。尼罗蓝A的染色结果进一步显示，脂肪富集在大米种皮和糊粉层中，而在果皮中含量很少［13］。据此可以推断，碾磨最外层果皮时，米粒脂肪应该呈上升趋势，而随后碾磨糊粉层和胚时米粒脂肪呈下降趋势。据此，用糠层成分表征大米加工精度的方法仍存在一定质疑。

3　国内外加工精度现状

Patricia等［49］的调查表明，大多数国家食用精白米（加工精度10%以上），糙米仅有少量销售［12］。Pedersen等［50］指出，以大米为主食的国家均以精白米为主。我国农业部在《进一步推进粮食过度加工减损工作》中指出，我国粮食过度加工主要是为了追求产品的“精细白”和好品相、好口感。稻谷出米率70%，但有的加工企业为提高白度和亮度，通过“多机出白”和“抛光”等工艺进行精碾，出米率仅为60%，最低只有50%。如今越来越多的学者认识到，降低加工精度有利于人体健康和粮食合理利用。Rahaman［51］指出，为了最大产出率，大米加工精度在发展中国家应该限制在7%～8%。在印度甚至有法律规定大米的加工精度不能超过4%［4］。Sudha等［52］调查了糙米及加工精度为2.3%和4.4%的轻碾米在消费人群中的接受度，发现接受度随着加工精度升高而升高，但是如果告知大米糠层的营养和健康价值，93%的人愿意食用糙米或2.3%的轻碾米。Shobana等［53］的结果也表示，对全谷物膳食营养有所了解的感官评定专家均愿意接受糙米。

4　结论和展望

综上所述，部分消费群体将逐渐接受低加工精度大米甚至糙米，但是目前尚无测定方法能同时做到客观、定量、准确和快速的表征大米加工精度。在科学研究中需要客观定量表达，常采用的方法为重量表征法。在生产流通中首先考虑的是简易快速，常采用的方法是裸眼观察法和染色观察法。糠层成分表征法缺陷较多，应用较少。用仪器识别米粒外观，并建立米粒外观与糠层去除程度之间的关系及相应的标准数据库，是形成客观、定量、准确和快速的加工精度检测方法的可行途径。

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Research progress in methods for detecting milling degree of rice

WU Jian-yong，LIU Cheng-mei*，LIU Wei，LUO Da-wen，LI Zhong-qiang
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

Milling degree significantly affects the yield and nutrition of rice.Many detection methods of milling degree have been reported but no unified method had been established.This review summarized the detection methods that commonly used in research and market and classified them into three groups according to their measuring principle，namely weight characterization，appearance characterization and bran component characterization.In order to provide a theoretical basis for the future study of detection method of rice milling degree，the advantages and disadvantages of each detection method were also evaluated.Research using instrument to identify grain appearance will promote the development of the detection method for detecting milling degree of rice.

rice；milling degree；detection method

TS212.7

A

1002-0306（2015）18-0395-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.072

2015－01－20

吴建永（1986-），男，博士研究生，研究方向：谷物加工和储藏，E-mail：jianyongwu@aliyun.com。

刘成梅（1963-），男，博士，教授，研究方向：食品科学，E-mail：liuchengmei@aliyun.com。

江西省赣鄱英才555工程领军人才（18000007）。