2.1.2　稻米的結構形態和理化性質

2.1.2.1　稻米的結構

稻谷籽粒由穎（稻殼）和穎果（糙米）兩部分組成。糙米由谷皮（果皮、種皮、外胚乳）、糊粉層、胚乳和胚四部分組成。有些研究認為胚乳是米粒的最大部分，包括糊粉層和淀粉細胞。

稻谷籽粒各組成部分的結構特點如表2-3所示。

（1）谷皮

谷皮是果皮（自外向內分為外果皮、中果皮和內果皮）、種皮、外胚乳的統稱。谷皮的主要成分不包含淀粉，主要是纖維素、無機鹽等，碾米時，大部分皮層被碾米機碾去成米糠，所以谷皮也稱為糠層。

（2）糊粉層

糊粉層由排列整齊的近乎方行的厚壁細胞組成。糊粉層細胞比較大，胞腔內充滿小的粒狀物質，叫做糊粉粒，其富含蛋白質、脂肪、維生素、無機鹽和有機磷酸鹽等。糊粉層占整個稻谷質量的4%～6%。谷皮和糊粉層統稱為米糠層，米糠含有20%～21%的脂肪，如果脂肪和蛋白質含量過多，不利于酒的風味，所以精白度高的米更適合作為釀酒原料。

（3）胚乳

胚乳是稻米最主要的組成部分，可供食用，位于糊粉層內側，在稻谷發芽和苗期作為營養源，其質量約為整個稻谷的70%。胚乳主要是淀粉細胞，淀粉細胞中充滿了淀粉粒。胚乳淀粉是釀酒利用的主要成分。米粒的胚乳有的全部為角質，有的全部為粉質，也有角質和粉質兼有。對于后一種情況，一般粉質多位于米粒的腹部（俗稱腹白粒）或心部（稱心白粒）。如果腹白、心白的部分大于米粒的1/3，稱為堊白粒。淀粉細胞生長一般是內部較早，越靠近周圍生長越晚，所以細胞以中心線為中心，有向四面做放射狀排列為同心圓的趨勢。穎果表面光滑，具有蠟狀光澤，并有縱向溝紋5條，背上的一條叫背溝，兩側面上各有兩條縱溝，其中較明顯的一條是內外穎勾合部位形成的痕跡，另一條與外穎上最明顯的一條脈紋相對應。縱溝的深淺隨稻谷品種的不同而異，它對出米率有一定的影響。碾米主要是碾去穎果的皮層，而縱溝內的皮層往往很難全部碾去，必然對胚乳造成很大的損傷。因此，在其他條件相同的情況下，如要達到同一精度（糙米表面去皮程度），則縱溝越淺，皮層越易碾去，胚乳損失小，出米率就高；反之，出米率則低。

（4）胚

胚位于穎果腹部下端，占整個稻谷質量的2%～3.5%，是生理活性最強的部分，蛋白質、脂肪、糖類和維生素等營養物質豐富，對釀酒不利。胚的組織結構較松散，與胚乳連接不甚緊密，礱糠時容易脫落。胚由盾片和胚芽組成。盾片可以分為幾個部分，上皮層與胚乳連接，發芽時分泌各種酶類，使胚乳儲存物質轉化為可以被利用來供給胚芽生長所需的養分。胚芽鞘包圍胚芽的頂端，舌狀的外胚葉保護其側面。胚根鞘包圍著胚根。胚芽可分為幼芽、胚根和胚軸。胚軸位于幼芽和胚根之間，胚根可分化出根冠。碾米時脫落下來的胚混落在米糠中，如果經過提胚并提純即為米胚。米胚是稻米的精華所在。

2.1.2.2　稻米的物理性質

稻米的物理性質是指稻米在加工過程中反映的各種物理屬性，如色澤、氣味、粒形、粒度及其均勻性、千粒重、密度、容重、粒質、裂紋（爆腰）粒、谷殼率、米粒強度等。這些物理性質與稻米加工的工藝效果有著密切的關系，因此對此進行了解是很有必要的。

（1）谷粒的色澤和氣味

正常的谷粒色澤應該是鮮黃色（有色米稻米除外），無不良氣味。未成熟的谷粒一般呈黃綠色。發熱發霉的谷粒不僅米粒顏色黃變，失去正常的色澤，而且還會產生霉味，甚至苦味。陳稻谷的色澤和氣味要比新鮮稻谷差。

（2）谷粒的粒形、粒度及其均勻性

谷粒的形狀（粒形）和大小（粒度）因稻米的類型和品種不同差異很大，即使是同一品種的稻米，由于田間生長的氣候條件不同，其籽粒的粒形、粒度也有所差異。稻米籽粒粒形有三度尺寸：長度、寬度和厚度。長度是三度尺寸的最大者，寬度是其次者，厚度是最小者。稻米的粒形按照長度比例可分為3類：細長粒形，長寬比大于3；長粒形，長寬比2～3；短粒形，長寬比小于2。一般秈稻米屬于前兩類，而粳稻米大部分屬于后一類。稻谷的粒度指籽粒的大小，一般用千粒重來表示。

籽粒越接近球形，其殼和皮所占的質量分數就越小，胚乳的質量則相對較大，且其耐壓性越強。同一品種的稻米，以粒度大的為優。同批次的稻米要求粒形相一致，粒度均勻。

（3）容重、千粒重和密度

容重是指單位容積內的稻谷質量，以kg/m3表示。粳稻谷、粳糙米、粳米的容重一般分別為560kg/m3、770kg/m3、800kg/m3；而秈稻谷、秈糙米、秈米的容重分別是584kg/m3、748kg/m3、780kg/m3。容重在一定程度上反映籽粒的大小和飽滿程度。同一品種的稻谷中，凡是較大、飽滿結實者，其容重則大，出精率較高。

千粒重是指1000粒稻谷的總質量，以g為單位。千粒重大的籽粒飽滿結實，角質粒高，出米率高。大粒稻谷的千粒重大于26g，中粒稻谷的千粒重22～26g，小粒稻谷的千粒重小于22g。

密度是指稻谷籽粒單位體積的質量。相對密度一般約為1.18～1.22。同樣，稻谷密度的大小決定于籽粒的飽滿程度和胚乳結構。一般說來正常而充分成熟、粒大而飽滿的谷粒，其密度必然較發育不良、成熟不足、粒小而不飽滿的谷粒為大，其出米率也高。因此，密度也可以作為評定稻谷品質的一項指標。

（4）粒質

粒質是指胚乳的結構，一般分為角質粒、粉質粒和蠟白色胚乳三類。角質粒具有光滑的玻璃狀或琥珀質的胚乳，又稱透明粒（指腹白程度小于1/10體積的籽粒）。出口規定：米粒透明，基本無腹白，呈玻璃質，但腹白和不透明部分不足整個籽粒1/10（一般為腹白部分未達到米粒靠近腹部的第一條側縱溝）者仍作為透明粒，簡稱明粒。透明程度則指角質粒（透明粒）占試樣質量的百分率。粉質粒是指結構松散、胚乳呈粉質、局部透光的稻粒，其中籽粒不飽滿、外觀全部呈粉質的顆粒為未熟粒。蠟白色胚乳一般為糯性米胚乳。米粒腹部的白色部分叫做腹白，白色部分位于米粒中央時叫做心白。凡是具有腹白和心白的米粒都稱為腹白粒。腹白度是指米粒的白色部分的大小。如上所述，腹白度小于米粒1/10的籽粒歸屬于角質粒，腹白度大于米粒1/2的籽粒常稱為堊白粒，腹白度大于1/10～1/2的稱為腹白粒。由于心白米的心白部分是淀粉粒排列較疏松的柔軟部分，它的周圍是淀粉排列緊密的堅硬部分，軟硬連接處孔隙較多，吸水好，酶容易進入，因而容易糊化和糖化，心白多的大粒米適合釀酒。角質粒、腹白粒、堊白粒、粉質粒、未熟粒的出米率、食用品質和營養品質依次降低。

（5）裂紋粒和谷殼率

裂紋粒是指糙米粒面出現裂紋的顆粒，又稱爆腰粒。如裂紋為縱橫裂紋，稱為龜板粒。米粒中裂紋粒占試樣顆粒的百分數為裂紋率（爆腰率）。裂紋是由于對稻米采取急劇加熱或者冷卻，使米粒表面與內部在膨脹或收縮上產生不均勻的應力錯位，或者受到外力的撞擊作用而產生的。裂紋粒的強度較正常米粒低，加工時出碎率高。

谷殼率是指稻谷的谷殼占稻谷質量的百分數。谷殼率高的稻谷千粒重小，谷殼厚且包裹緊密，脫殼困難，出糙率低。

（6）米粒強度

米粒強度是指稻米粒承受壓力和剪切折斷大小的能力。一般分為抗剪切強度（籽粒抗剪切破碎的能力）和抗壓強度（籽粒受外壓時抵抗破碎的能力），可用米粒硬度計來測定，其大小以每粒米所能承受外力的大小來表示。米粒強度大，在加工時就不易壓碎和折斷，出碎少，整精米粒高。米粒強度因品種、米粒飽滿程度、胚乳結構、水分含量和溫度等因素的不同而有差異。通常蛋白質含量高、透明度大的米粒強度比蛋白質含量低、胚乳組織松散、不透明的米粒大。粳稻米的米粒強度比秈稻米的大，晚稻米的米粒強度比早稻米的大，水分低的米粒強度比水分高的大，冬季稻米的米粒強度比夏季的大。據測定，米粒在5℃強度最大，隨著溫度的上升，其強度逐漸降低。

2.1.2.3　稻米的化學性質

要提高稻米資源的生物轉化率和生物利用度，了解和掌握稻谷籽粒各部分的化學組成、營養價值、生理功效和功能特性至關重要。唯有如此，才能科學地進行開發研究，合理有效地加工利用。

（1）稻米的化學成分

稻米的化學成分包括水分、碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維素、無機鹽、維生素等。

①水分

水分是稻米的重要化學成分，它對稻米的生理有重大影響，與稻米的儲存和加工關系也很密切。稻米的水分含量一般為13%～15%，一般不能超過15%，水分過高則貯藏性差。目前，稻米的水分含量測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準　食品中水分的測定》。

②碳水化合物（淀粉及糖分）

稻米中淀粉含量一般在80%以上，稻米的淀粉含量隨精白度增加而增加。稻米中還含有0.37%～0.53%的糖分。釀酒通常選擇淀粉含量高的稻米。淀粉含量測定參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》中酸水解法。

③蛋白質

蛋白質多分布在米的外側，隨著米的精白而減少，糙米含蛋白質7%～9%，精米含蛋白質5%～7%。蛋白質種類主要是谷蛋白，經蛋白酶分解可生成肽和氨基酸。氨基酸是黃酒中重要的營養成分，部分氨基酸會轉化生成高級醇，但高級醇的含量過高會給黃酒帶來異雜味。蛋白質的含量過高，也會有損黃酒的風味和穩定性。蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2010《食品安全國家標準　食品中蛋白質的測定》中凱式定氮法進行測定。

④脂肪

脂肪對釀酒來說是有害物質。脂肪主要分布在糠層中，其含量為糙米質量的2%左右，含量隨米的精白而減少。精白大米脂肪含量一般0.2%～1.4%。稻米中的脂肪多為不飽和脂肪酸，容易被氧化變質，影響黃酒的風味。脂肪含量測定參照GB/T 5512—2008《糧油檢驗　糧食中粗脂肪含量測定》中索式抽提法。

⑤纖維素、無機鹽、維生素

稻米中還含有微量元素，其中精白稻米纖維素質量分數僅為0.4%，無機鹽為0.5%～0.9%，主要為磷酸鹽。維生素以水溶性維生素B₁、維生素B₂最多，還含有少量維生素A。

黃酒的品質和稻米的化學成分含量相關，應選用質地軟、顆粒大、心白多、淀粉含量高的稻米作為釀酒原料。不同類型的稻米水結合力不同，水結合力的強弱與淀粉顆粒結構的致密程度有關，秈米和粳米水結合力一般為107%～120%，而糯米則較高，可達128%～129%。不同種類稻米化學成分的比較如表2-4所示。

（2）稻谷籽粒及其組成部分

稻谷籽粒及其組成部分營養成分含量如表2-5所示。

（3）糙米粒各部分的化學成分

糙米粒各部分的營養成分含量如表2-6所示。

據美國農業部研究報告稱，稻米中65%的營養素（營養物質和必需成分）蓄積在米胚和皮層中。科學家應用現代檢測技術對稻米的各部分進行食品分析和測定，稻米中存有的生物活性成分幾乎全部聚集在米胚和皮層中，已知米胚和皮層中的生物活性成分高達數十種之多。隨著分析方法的進步，新的生物活性成分還在不斷地被發現。

2.1.2.4　稻米拋光對營養成分和黃酒釀造的影響

糙米經過多機碾白后，去除碎米和糠片，經噴霧著水、潤米后（使胚乳和米糠的結合力減小，由于添加的水很少，僅在米粒的表面形成一層薄薄的膜，加之拋光時間不長，對大米的含水率沒有影響），進入拋光機的拋光室內，在一定的壓力和溫度下，通過摩擦使米粒表面上光，這個加工過程叫做大米拋光。大米拋光是大米精加工工藝流程中必不可少的一道工序。

（1）大米拋光前后的區別

從營養上有區別，拋光大米不如不拋光大米有營養，谷皮是大米的最外層，主要含有纖維素和半纖維素，含有一定量的蛋白質、脂肪、維生素和較多的無機鹽，在大米拋光過程中全部損失。

從加工方式上，拋光大米：第一脫去谷殼，得出帶米皮的大米再次加工（俗稱拋光），出來的物品是精白大米（脫去米皮），附屬品是玉糠，一般是較大型的機械加工。不拋光大米：直接用稻谷加工，加工出來的大米帶點米塵，附屬品是直出糠，一般是鄉村的小型機械加工。

（2）大米拋光的優缺點

大米米粒的表面還帶有少量糠粉，影響大米的外觀品質、儲存性和制成的米飯的口感，所以需要通過拋光工序去掉這部分糠粉。拋光是清潔米加工的關鍵工序之一，由于拋光可去除米粒表面的糠粉，適當的拋光能使米粒表面淀粉膠質化，呈現一定的亮光，外觀效果好，商品價值提高。

目前流行的拋光是濕式拋光，也就是在拋光的過程中加入適量的水，這樣可使胚乳和留存在米上的少量米糠的結合力減弱，有利于徹底碾去米糠，提高米的光潔度和拋光均勻度。著水量通常約為大米流量的0.2%～0.3%。合理的水量可以有效地去除糠粉，降低米溫，減少增碎，還起到使米粒表面淀粉預糊化和膠質化作用，淀粉糊化彌補裂紋，從而獲得色澤晶瑩光潔的外觀質量，提高大米的儲藏性能和實用品質。

大米拋光后能夠獲得顏色比較光亮的精白大米，精白大米口感雖好但營養不高，大米中60%～70%的維生素、礦物質和大量必需氨基酸都聚積在谷皮、糊粉層、胚芽等外層組織中。從這個角度講，大米的傳統加工工藝，如清選、去雜、碾白、拋光、色選等一系列加工程序，實際上破壞了大米的營養。拋光大米會將大米外層的營養物質打磨掉，降低大米的營養價值。

（3）大米拋光對營養成分的影響

國家標準GB/T 1354—2009《大米》規定，大米按其加工精度分為一等（粒面等皮層去凈≥90%）、二等（粒面等皮層去凈≥85%）、三等（粒面皮層殘留不超過五分之一的≥80%）、四等（粒面皮層殘留不超過三分之一的≥80%）4個等級。從一級到四級，大米加工程度呈遞減趨勢。大米的等級越高，只能說明其口感更好，并不代表其營養價值高。大米加工程度越高，意味著去掉的外層組織越多，流失掉的營養也就越多。目前，新國標GB/T 1354—2018《大米》規定將根據加工精度大米分為精碾和適碾，精碾是指背溝基本無皮，或有皮不成線，米胚和粒面皮層去凈占80%～90%，或留皮度在2.0%以下；適碾是指背溝有皮，粒面皮層殘留不超過1/5的占75%～85%，其中優質粳米中有胚的米粒在20%以下，或留皮度為2.0%～7.0%。同樣，精碾加工程度高于適碾，適碾營養成分高于精碾。

拋光度加工對稻米營養成分變化有影響，研究證明，大米拋光時的損耗是，蛋白質29%，脂肪79%，鐵67%。拋光前后兩種大米之間的蛋白質含量差異大約為2g/100g，糙米和精米的礦物成分比較表明，精米中的礦物質含量降低。另外，對20種不同大米拋光后營養成分組成研究表明，水分含量在4.0～11.4g/100g，干物質含量為88.6～96.0g/100g，粗蛋白含量為4.7～14.9g/100g，粗纖維含量為6.4～41.5g/100g，乙醚提取物含量為1.0～18.0g/100g，無氮提取物含量為25.1～52.9g/100g，總灰分含量為7.1～17.6g/100g。大米拋光的副產物具有豐富的營養價值，可與玉米、小麥和高粱等其他谷物媲美，含有蛋白質（13.2%～17.1%）、脂肪（14.0%～22.9%）、碳水化合物（16.1%）、纖維素（9.5%～13.2%）、維生素和礦物質。它也是磷、鉀、鐵、銅和鋅的來源。研究表明大米拋光的副產物是天然存在的抗氧化劑的獨特復合物。

（4）大米拋光對黃酒釀造的影響

大米在經過脫除谷殼成為糙米后，都需要再經過碾米精白才能作為黃酒釀造原料。糙米表面是一層含粗纖維較多的皮層（糠層）組織，含有較多的脂肪、粗蛋白、粗纖維，給黃酒帶來異味，并影響酒體的穩定性。同時糠層組織難以膨化和溶解，米粒不易浸透，會延長蒸煮時間和出飯率，進而影響糊化和糖化。精白過程中的化學成分變化規律是：隨著精白度的提高，白米的化學成分接近于胚乳；淀粉的含量比例隨著精白度的提高而增加，其他成分（水分、蛋白質、礦物質、脂肪）則相應減少。

大米拋光一方面會損失掉聚積在谷皮、糊粉層、胚芽等外層組織中60%～70%的維生素、礦物質和大量必需氨基酸；另一方面可能會造成不同種類大米的混合，陳米和發霉大米的混入等。黃酒含有豐富的氨基酸和維生素等營養成分，拋光大米用來釀酒會造成營養成分的缺失，影響黃酒的質量；雜米會導致浸米吸水、蒸煮糊化不均勻，米飯粒返生老化現象，容易沉淀生酸，影響酒質和出酒率；發霉大米會造成黃酒存在安全性問題。同樣道理，大米拋光時，如果能做到適度拋光，也能去除糙米表面糊粉層中的蛋白質，能夠減少蛋白質和脂肪給酒造成雜味，能夠提升黃酒的風味和口感。