刘小鸣，翟爱华

（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）

五常稻花香大米是黑龙江五常市种植的一种稻花香水稻生产的大米，属于长粒香米，水稻秧苗散发一种香气，大米也非常香，做饭时会散发特殊的清香，所以该种大米享誉全国，是目前最高档的大米之一。但是其粒型较长在碾米过程中易断裂形成碎米，这也是稻花香大米整精米率低的主要原因。此外，稻米贮藏过程中的安全贮藏水分含量要在14%以下，过低的水分会增加大米的硬度和脆性，导致碾米能耗的升高和整精米率的降低[1-3]。由于糙米的主要成分是淀粉，淀粉在低含水率时硬度和脆性都较大，所以在碾米加工时容易出现裂纹及碎米、大米表面光洁度低，导致碾米的能耗高[4-5]。所以，在糙米碾磨工艺之前进行加水调质是必不可少的。加湿后的糙米皮层软化，在润糙的过程中水分由皮层渗透到胚乳形成内小外大的水分梯度，在加工过程中由于水分滋润而被软化的糙米皮层可有效地提高整精米率并减少能耗[6-8]。同时，在碾米和抛光过程中，会产生大量的米糠，而调质所用水分都集中在糙米的皮层部分即米糠中，所以最后的大米水分含量变化不大[9]。采用加湿调制工艺，研究糙米初始含水率、润糙时间、加湿量对整精米率和碾米能耗的影响规律。探寻五常稻花香高整精米率的最佳碾米加工工艺。

1 材料与方法

1.1 试验材料

材料：实验品种为五常稻花香2 号，糙米初始含水率为13.4%，整精米率为48.57%。

1.2 主要设备

FC2K 型砻谷机：日本大竹株式会社；Pv-32 碾米机：日本大竹株式会社；SY95-RAT4 型全自动糙米加工检测仪：韩国-双龙机械产业社，可在计算机的控制下自动记录整精米率；自动加湿喷雾器：东北农业大学工程学院自行研制；CTHT-100b 恒温恒湿培养箱：美国施都凯仪器有限公司。

1.3 试验方法

糙米水分含量的检测方法：按照GB/T 24896-2010[10]；整精米率的检测方法：GB/T 21719-2008[11]。

1.4 试验步骤

（1）用砻谷机将稻米去壳得到糙米试样，样品密封保存。

（2）利用喷雾加湿装置对样品进行加湿处理。

（3）加湿后样品需放入恒温恒湿箱中润糙。

（4）利用全自动糙米检测仪对润糙的糙米进行碾米试验，以整精米率作为指标来说明不同的加湿调质工艺对碾米性能的影响。

1.5 试验参数的确定

正交旋转设计是一种常用的响应面设计方法，同时也是优化工艺条件的有效方法[12-13]。它可以通过最少的实验来拟合响应面模型，每个因素通常设置5个水平，一般采用二阶检验模型对变量的响应行为进行表征：

式中：Y 代表系统响应，β0、βi、βii分别是偏移项、线性偏移和二阶偏移系数，βij是交互效应系数，Xi是各因素水平值。

单因素的确定：糙米初始含水率（A）、单次加湿量（B）、润糙时间（C）。以整精米率（y1）和碾米能耗（y2）为评价指标。应用“Excel”和“Origin”软件，二次正交旋转组合试验设计方法进行试验，共24 组试验，每组重复3 次，每次取3 个平行样，计算整精米率的值，建立相关数学模型。

2 试验结果与分析

2.1 单因素实验分析

2.1.1 初始含水量选择实验

表1 试验因素水平编码表Table 1 Factors and levels of the experiment

糙米初始含水率即糙米在未经过加水调质处理之前的水分含量。所用样品的糙米初始含水率为13.4%，所以为了得到不同糙米初始含水率的糙米样品，需要对样品进行前处理使之达到试验要求。处理方法：将样品按照不同的要求进行加水调质，并润糙8 h，使糙米表面的水分充分均匀渗透到糙米内部。

在加湿量为1.5%，润糙时间为90 min 的条件下，研究不同糙米初始含水率的样品对整精米率的影响。

图1 糙米初始含水率对整精米率的影响Fig.1 The effect of brown rice initial moisture on HRY

由图1 可得整精米率随糙米初始含水率的增加而先增后减，这是因为含水率过高的糙米籽粒强度低，在碾米过程中易受到破坏产生碎米；含水率过低，虽然糙米强度大但是所需的碾磨时间长，碾白压力大，也不利于整精米生成。

2.1.2 单次加湿量选择实验

以糙米初始含水率为15%的糙米，在润糙90 min的条件下，研究不同单次加湿量的样品对整精米率的影响。由于润糙时间为90 min，后添加的水分并未渗透到糙米内部，只是停留在糙米皮层部分，从而形成内小外大的水分梯度。

由图2 可得整精米率随糙米初始含水率的增加而先增后减，这是因为加湿量过高，糙米籽粒强度过低，势必增加碾白过程碎米产生，整精米粒数下降反而降低整精米率；加湿量过低，则达不到调质目的。

图2 单次加湿量对整精米率的影响Fig.2 The effect of single humidification amount on HRY

2.1.3 润糙时间选择实验

以糙米初始含水率为15%的糙米，单次加湿量固定在1.5%时，研究润糙时间对整精米率的影响规律。

图3 润糙时间对整精米率的影响Fig.3 The effect of conditioning time on HRY

由图3 得再润糙前期整精米率随着时间的延长而增加，但在润糙后期随着时间延长整精米率开始下降，但是幅度不大趋于平缓。润糙时间是形成恰当水分梯度的重要因素，最佳的水分梯度可以获得最佳强度梯度，从而获得最高的整精米率。

2.2 模型的拟合

表2 回归组合设计及结果Table 2 Regression combination design and the results

由表2 可知，通过对初始含水量、单次加水量、 润糙时间进行实验优化设计，得到相应的二次方程模型：

Y=－1 034.24＋140.889 3A＋40.041 11B＋0.377 729C＋0.005 627AB－0.000 98AC＋0.000 259BC－4.700 38A2－13.458 9B2－0.002 03C2

式中：Y 是响应值，即五常稻花香大米经碾磨后的整精米率，A、B、C 分别表示初始含水量、单次加水量、润糙时间。

由表3 可以看出：二次回归模型的F 值为22.94，P 值＜0.000 1，大于在0.01 水平上的F 值，说明初始含水量、单次加水量、润糙时间对整精米率有极显著的影响。

表3 回归方程的方差分析表Table 3 Analysis of variance table of regression equation

2.3 曲面图与等高直线图的分析

多元回归方程式所做的响应曲面图及其等高线图，如图4、图5 和图6 所示。由此可得出任意两因素对整精米率的影响规律，进而确定最佳因素水平范围。

图4 糙米初始含水率和单次加湿量对整精米率交互影响的三维曲面图Fig.4 3D surface diagram of the reciprocal effect of brown rice initial moisture and single humidification amount on HRY

图4 显示了润糙时间在90 min 条件下，糙米初始含水率和单次加湿量对整精米率的交互影响。在糙米初始含水率不变的条件下，随着单次加湿量水平的逐渐增加，整精米率出现先增后减的趋势。说明单次加湿量过多或过少都达不到提高整精米率的目的，只有当单次加水量在0 水平附近即1.5%时，整精米率达到最大值。同样糙米初始含水率在0 水平附近时，整精米率达到峰值。

图5 糙米初始含水率和润糙时间对整精米率交互影响的三维曲面图Fig.5 3D surface diagram of the reciprocal effect of brown rice initial moisture and conditioning time on HRY

图5显示了在单次加水量为1.5%的条件下，糙米初始含水率和润糙时间对整精米率的交互影响。在润糙时间不变的情况下，随着糙米初始含水率的不断增大，整精米率同样呈现出先增后减的趋势。而在糙米初始含水率不变的情况下，稻米的整精米率随着润糙时间的延长逐渐增大。在润糙过程的前期，整精米率增幅较明显直至达到最大值之后缓慢降低，曲线趋于平缓。

图6 显示了在糙米初始含水率为15%的条件下，单次加湿量和润糙时间对整精米率的交互作用。在润糙时间不变的情况下，随着单次加水量不断增加，整精米率先增后减，在加湿量为1.5%左右达到峰值，并且增幅非常明显。可见在此条件下，单次加水量对整精米率的影响非常显著。而在单次加湿量不变的情况下，随着润糙时间的不断延长整精米率也有一定增长但幅度不大，曲线较平缓。

图6 单次加湿量和润糙时间对整精米率交互影响的三维曲面图Fig.6 3D surface diagram of the reciprocal effect of single humidification amount and conditioning time on HRY

2.4 验证试验

按照优化后的条件：糙米初始含水率为14.9%，单次加水量为1.55%，润糙时间为110 min，在实验室进行了稻米整精米率的验证试验，实测提取率在67.68%，与利用“Excel”和“Origin”软件的预测值68.17%较接近。

3 结论

通过以五常稻花香大米为原料，采用糙米加水调质工艺，研究各工艺条件对整精米率及碾米能耗的影响。单因素试验中确定了糙米初始含水率、单次加水量、润糙时间为响应面试验的三个因素。在试验中三个因素对整精米率的影响顺序为：单次加水量>糙米初始含水率>润糙时间。加水调质的最佳工艺条件为：糙米初始含水率为14.9%，单次加水量为1.55%，润糙时间为110 min。验证实验结果表明在该条件下，实测整精米率为67.68%，与预测值68.17%较接近，不但提升了五常稻花香的碾米品质，同时也为米厂在节约成本降低预算方面提供理论依据。

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