2.1.2 稻米的结构形态和理化性质
2.1.2.1 稻米的结构
稻谷籽粒由颖（稻壳）和颖果（糙米）两部分组成。糙米由谷皮（果皮、种皮、外胚乳）、糊粉层、胚乳和胚四部分组成。有些研究认为胚乳是米粒的最大部分，包括糊粉层和淀粉细胞。
稻谷籽粒各组成部分的结构特点如表2-3所示。
表2-3 稻谷籽粒各组成部分的结构特点
（1）谷皮
谷皮是果皮（自外向内分为外果皮、中果皮和内果皮）、种皮、外胚乳的统称。谷皮的主要成分不包含淀粉，主要是纤维素、无机盐等，碾米时，大部分皮层被碾米机碾去成米糠，所以谷皮也称为糠层。
（2）糊粉层
糊粉层由排列整齐的近乎方行的厚壁细胞组成。糊粉层细胞比较大，胞腔内充满小的粒状物质，叫做糊粉粒，其富含蛋白质、脂肪、维生素、无机盐和有机磷酸盐等。糊粉层占整个稻谷质量的4%～6%。谷皮和糊粉层统称为米糠层，米糠含有20%～21%的脂肪，如果脂肪和蛋白质含量过多，不利于酒的风味，所以精白度高的米更适合作为酿酒原料。
（3）胚乳
胚乳是稻米最主要的组成部分，可供食用，位于糊粉层内侧，在稻谷发芽和苗期作为营养源，其质量约为整个稻谷的70%。胚乳主要是淀粉细胞，淀粉细胞中充满了淀粉粒。胚乳淀粉是酿酒利用的主要成分。米粒的胚乳有的全部为角质，有的全部为粉质，也有角质和粉质兼有。对于后一种情况，一般粉质多位于米粒的腹部（俗称腹白粒）或心部（称心白粒）。如果腹白、心白的部分大于米粒的1/3，称为垩白粒。淀粉细胞生长一般是内部较早，越靠近周围生长越晚，所以细胞以中心线为中心，有向四面做放射状排列为同心圆的趋势。颖果表面光滑，具有蜡状光泽，并有纵向沟纹5条，背上的一条叫背沟，两侧面上各有两条纵沟，其中较明显的一条是内外颖勾合部位形成的痕迹，另一条与外颖上最明显的一条脉纹相对应。纵沟的深浅随稻谷品种的不同而异，它对出米率有一定的影响。碾米主要是碾去颖果的皮层，而纵沟内的皮层往往很难全部碾去，必然对胚乳造成很大的损伤。因此，在其他条件相同的情况下，如要达到同一精度（糙米表面去皮程度），则纵沟越浅，皮层越易碾去，胚乳损失小，出米率就高；反之，出米率则低。
（4）胚
胚位于颖果腹部下端，占整个稻谷质量的2%～3.5%，是生理活性最强的部分，蛋白质、脂肪、糖类和维生素等营养物质丰富，对酿酒不利。胚的组织结构较松散，与胚乳连接不甚紧密，砻糠时容易脱落。胚由盾片和胚芽组成。盾片可以分为几个部分，上皮层与胚乳连接，发芽时分泌各种酶类，使胚乳储存物质转化为可以被利用来供给胚芽生长所需的养分。胚芽鞘包围胚芽的顶端，舌状的外胚叶保护其侧面。胚根鞘包围着胚根。胚芽可分为幼芽、胚根和胚轴。胚轴位于幼芽和胚根之间，胚根可分化出根冠。碾米时脱落下来的胚混落在米糠中，如果经过提胚并提纯即为米胚。米胚是稻米的精华所在。
2.1.2.2 稻米的物理性质
稻米的物理性质是指稻米在加工过程中反映的各种物理属性，如色泽、气味、粒形、粒度及其均匀性、千粒重、密度、容重、粒质、裂纹（爆腰）粒、谷壳率、米粒强度等。这些物理性质与稻米加工的工艺效果有着密切的关系，因此对此进行了解是很有必要的。
（1）谷粒的色泽和气味
正常的谷粒色泽应该是鲜黄色（有色米稻米除外），无不良气味。未成熟的谷粒一般呈黄绿色。发热发霉的谷粒不仅米粒颜色黄变，失去正常的色泽，而且还会产生霉味，甚至苦味。陈稻谷的色泽和气味要比新鲜稻谷差。
（2）谷粒的粒形、粒度及其均匀性
谷粒的形状（粒形）和大小（粒度）因稻米的类型和品种不同差异很大，即使是同一品种的稻米，由于田间生长的气候条件不同，其籽粒的粒形、粒度也有所差异。稻米籽粒粒形有三度尺寸：长度、宽度和厚度。长度是三度尺寸的最大者，宽度是其次者，厚度是最小者。稻米的粒形按照长度比例可分为3类：细长粒形，长宽比大于3；长粒形，长宽比2～3；短粒形，长宽比小于2。一般籼稻米属于前两类，而粳稻米大部分属于后一类。稻谷的粒度指籽粒的大小，一般用千粒重来表示。
籽粒越接近球形，其壳和皮所占的质量分数就越小，胚乳的质量则相对较大，且其耐压性越强。同一品种的稻米，以粒度大的为优。同批次的稻米要求粒形相一致，粒度均匀。
（3）容重、千粒重和密度
容重是指单位容积内的稻谷质量，以kg/m3表示。粳稻谷、粳糙米、粳米的容重一般分别为560kg/m3、770kg/m3、800kg/m3；而籼稻谷、籼糙米、籼米的容重分别是584kg/m3、748kg/m3、780kg/m3。容重在一定程度上反映籽粒的大小和饱满程度。同一品种的稻谷中，凡是较大、饱满结实者，其容重则大，出精率较高。
千粒重是指1000粒稻谷的总质量，以g为单位。千粒重大的籽粒饱满结实，角质粒高，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。
密度是指稻谷籽粒单位体积的质量。相对密度一般约为1.18～1.22。同样，稻谷密度的大小决定于籽粒的饱满程度和胚乳结构。一般说来正常而充分成熟、粒大而饱满的谷粒，其密度必然较发育不良、成熟不足、粒小而不饱满的谷粒为大，其出米率也高。因此，密度也可以作为评定稻谷品质的一项指标。
（4）粒质
粒质是指胚乳的结构，一般分为角质粒、粉质粒和蜡白色胚乳三类。角质粒具有光滑的玻璃状或琥珀质的胚乳，又称透明粒（指腹白程度小于1/10体积的籽粒）。出口规定：米粒透明，基本无腹白，呈玻璃质，但腹白和不透明部分不足整个籽粒1/10（一般为腹白部分未达到米粒靠近腹部的第一条侧纵沟）者仍作为透明粒，简称明粒。透明程度则指角质粒（透明粒）占试样质量的百分率。粉质粒是指结构松散、胚乳呈粉质、局部透光的稻粒，其中籽粒不饱满、外观全部呈粉质的颗粒为未熟粒。蜡白色胚乳一般为糯性米胚乳。米粒腹部的白色部分叫做腹白，白色部分位于米粒中央时叫做心白。凡是具有腹白和心白的米粒都称为腹白粒。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的籽粒归属于角质粒，腹白度大于米粒1/2的籽粒常称为垩白粒，腹白度大于1/10～1/2的称为腹白粒。由于心白米的心白部分是淀粉粒排列较疏松的柔软部分，它的周围是淀粉排列紧密的坚硬部分，软硬连接处孔隙较多，吸水好，酶容易进入，因而容易糊化和糖化，心白多的大粒米适合酿酒。角质粒、腹白粒、垩白粒、粉质粒、未熟粒的出米率、食用品质和营养品质依次降低。
（5）裂纹粒和谷壳率
裂纹粒是指糙米粒面出现裂纹的颗粒，又称爆腰粒。如裂纹为纵横裂纹，称为龟板粒。米粒中裂纹粒占试样颗粒的百分数为裂纹率（爆腰率）。裂纹是由于对稻米采取急剧加热或者冷却，使米粒表面与内部在膨胀或收缩上产生不均匀的应力错位，或者受到外力的撞击作用而产生的。裂纹粒的强度较正常米粒低，加工时出碎率高。
谷壳率是指稻谷的谷壳占稻谷质量的百分数。谷壳率高的稻谷千粒重小，谷壳厚且包裹紧密，脱壳困难，出糙率低。
（6）米粒强度
米粒强度是指稻米粒承受压力和剪切折断大小的能力。一般分为抗剪切强度（籽粒抗剪切破碎的能力）和抗压强度（籽粒受外压时抵抗破碎的能力），可用米粒硬度计来测定，其大小以每粒米所能承受外力的大小来表示。米粒强度大，在加工时就不易压碎和折断，出碎少，整精米粒高。米粒强度因品种、米粒饱满程度、胚乳结构、水分含量和温度等因素的不同而有差异。通常蛋白质含量高、透明度大的米粒强度比蛋白质含量低、胚乳组织松散、不透明的米粒大。粳稻米的米粒强度比籼稻米的大，晚稻米的米粒强度比早稻米的大，水分低的米粒强度比水分高的大，冬季稻米的米粒强度比夏季的大。据测定，米粒在5℃强度最大，随着温度的上升，其强度逐渐降低。
2.1.2.3 稻米的化学性质
要提高稻米资源的生物转化率和生物利用度，了解和掌握稻谷籽粒各部分的化学组成、营养价值、生理功效和功能特性至关重要。唯有如此，才能科学地进行开发研究，合理有效地加工利用。
（1）稻米的化学成分
稻米的化学成分包括水分、碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素、无机盐、维生素等。
①水分
水分是稻米的重要化学成分，它对稻米的生理有重大影响，与稻米的储存和加工关系也很密切。稻米的水分含量一般为13%～15%，一般不能超过15%，水分过高则贮藏性差。目前，稻米的水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。
②碳水化合物（淀粉及糖分）
稻米中淀粉含量一般在80%以上，稻米的淀粉含量随精白度增加而增加。稻米中还含有0.37%～0.53%的糖分。酿酒通常选择淀粉含量高的稻米。淀粉含量测定参照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定》中酸水解法。
③蛋白质
蛋白质多分布在米的外侧，随着米的精白而减少，糙米含蛋白质7%～9%，精米含蛋白质5%～7%。蛋白质种类主要是谷蛋白，经蛋白酶分解可生成肽和氨基酸。氨基酸是黄酒中重要的营养成分，部分氨基酸会转化生成高级醇，但高级醇的含量过高会给黄酒带来异杂味。蛋白质的含量过高，也会有损黄酒的风味和稳定性。蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2010《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中凯式定氮法进行测定。
④脂肪
脂肪对酿酒来说是有害物质。脂肪主要分布在糠层中，其含量为糙米质量的2%左右，含量随米的精白而减少。精白大米脂肪含量一般0.2%～1.4%。稻米中的脂肪多为不饱和脂肪酸，容易被氧化变质，影响黄酒的风味。脂肪含量测定参照GB/T 5512—2008《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》中索式抽提法。
⑤纤维素、无机盐、维生素
稻米中还含有微量元素，其中精白稻米纤维素质量分数仅为0.4%，无机盐为0.5%～0.9%，主要为磷酸盐。维生素以水溶性维生素B1、维生素B2最多，还含有少量维生素A。
黄酒的品质和稻米的化学成分含量相关，应选用质地软、颗粒大、心白多、淀粉含量高的稻米作为酿酒原料。不同类型的稻米水结合力不同，水结合力的强弱与淀粉颗粒结构的致密程度有关，籼米和粳米水结合力一般为107%～120%，而糯米则较高，可达128%～129%。不同种类稻米化学成分的比较如表2-4所示。
表2-4 不同种类稻米化学成分的比较 单位：%
注：直链淀粉包含在碳水化合物（淀粉及糖分）内。
（2）稻谷籽粒及其组成部分
稻谷籽粒及其组成部分营养成分含量如表2-5所示。
表2-5 稻谷籽粒及其组成部分营养成分含量 单位：%
①无氮抽出物：胚乳中主要是淀粉，米胚和皮层中不含淀粉，稻壳中主要是戊聚糖。
（3）糙米粒各部分的化学成分
糙米粒各部分的营养成分含量如表2-6所示。
表2-6 糙米粒各部分的营养成分含量 单位：%
据美国农业部研究报告称，稻米中65%的营养素（营养物质和必需成分）蓄积在米胚和皮层中。科学家应用现代检测技术对稻米的各部分进行食品分析和测定，稻米中存有的生物活性成分几乎全部聚集在米胚和皮层中，已知米胚和皮层中的生物活性成分高达数十种之多。随着分析方法的进步，新的生物活性成分还在不断地被发现。
2.1.2.4 稻米抛光对营养成分和黄酒酿造的影响
糙米经过多机碾白后，去除碎米和糠片，经喷雾着水、润米后（使胚乳和米糠的结合力减小，由于添加的水很少，仅在米粒的表面形成一层薄薄的膜，加之抛光时间不长，对大米的含水率没有影响），进入抛光机的抛光室内，在一定的压力和温度下，通过摩擦使米粒表面上光，这个加工过程叫做大米抛光。大米抛光是大米精加工工艺流程中必不可少的一道工序。
（1）大米抛光前后的区别
从营养上有区别，抛光大米不如不抛光大米有营养，谷皮是大米的最外层，主要含有纤维素和半纤维素，含有一定量的蛋白质、脂肪、维生素和较多的无机盐，在大米抛光过程中全部损失。
从加工方式上，抛光大米：第一脱去谷壳，得出带米皮的大米再次加工（俗称抛光），出来的物品是精白大米（脱去米皮），附属品是玉糠，一般是较大型的机械加工。不抛光大米：直接用稻谷加工，加工出来的大米带点米尘，附属品是直出糠，一般是乡村的小型机械加工。
（2）大米抛光的优缺点
大米米粒的表面还带有少量糠粉，影响大米的外观品质、储存性和制成的米饭的口感，所以需要通过抛光工序去掉这部分糠粉。抛光是清洁米加工的关键工序之一，由于抛光可去除米粒表面的糠粉，适当的抛光能使米粒表面淀粉胶质化，呈现一定的亮光，外观效果好，商品价值提高。
目前流行的抛光是湿式抛光，也就是在抛光的过程中加入适量的水，这样可使胚乳和留存在米上的少量米糠的结合力减弱，有利于彻底碾去米糠，提高米的光洁度和抛光均匀度。着水量通常约为大米流量的0.2%～0.3%。合理的水量可以有效地去除糠粉，降低米温，减少增碎，还起到使米粒表面淀粉预糊化和胶质化作用，淀粉糊化弥补裂纹，从而获得色泽晶莹光洁的外观质量，提高大米的储藏性能和实用品质。
大米抛光后能够获得颜色比较光亮的精白大米，精白大米口感虽好但营养不高，大米中60%～70%的维生素、矿物质和大量必需氨基酸都聚积在谷皮、糊粉层、胚芽等外层组织中。从这个角度讲，大米的传统加工工艺，如清选、去杂、碾白、抛光、色选等一系列加工程序，实际上破坏了大米的营养。抛光大米会将大米外层的营养物质打磨掉，降低大米的营养价值。
（3）大米抛光对营养成分的影响
国家标准GB/T 1354—2009《大米》规定，大米按其加工精度分为一等（粒面等皮层去净≥90%）、二等（粒面等皮层去净≥85%）、三等（粒面皮层残留不超过五分之一的≥80%）、四等（粒面皮层残留不超过三分之一的≥80%）4个等级。从一级到四级，大米加工程度呈递减趋势。大米的等级越高，只能说明其口感更好，并不代表其营养价值高。大米加工程度越高，意味着去掉的外层组织越多，流失掉的营养也就越多。目前，新国标GB/T 1354—2018《大米》规定将根据加工精度大米分为精碾和适碾，精碾是指背沟基本无皮，或有皮不成线，米胚和粒面皮层去净占80%～90%，或留皮度在2.0%以下；适碾是指背沟有皮，粒面皮层残留不超过1/5的占75%～85%，其中优质粳米中有胚的米粒在20%以下，或留皮度为2.0%～7.0%。同样，精碾加工程度高于适碾，适碾营养成分高于精碾。
抛光度加工对稻米营养成分变化有影响，研究证明，大米抛光时的损耗是，蛋白质29%，脂肪79%，铁67%。抛光前后两种大米之间的蛋白质含量差异大约为2g/100g，糙米和精米的矿物成分比较表明，精米中的矿物质含量降低。另外，对20种不同大米抛光后营养成分组成研究表明，水分含量在4.0～11.4g/100g，干物质含量为88.6～96.0g/100g，粗蛋白含量为4.7～14.9g/100g，粗纤维含量为6.4～41.5g/100g，乙醚提取物含量为1.0～18.0g/100g，无氮提取物含量为25.1～52.9g/100g，总灰分含量为7.1～17.6g/100g。大米抛光的副产物具有丰富的营养价值，可与玉米、小麦和高粱等其他谷物媲美，含有蛋白质（13.2%～17.1%）、脂肪（14.0%～22.9%）、碳水化合物（16.1%）、纤维素（9.5%～13.2%）、维生素和矿物质。它也是磷、钾、铁、铜和锌的来源。研究表明大米抛光的副产物是天然存在的抗氧化剂的独特复合物。
（4）大米抛光对黄酒酿造的影响
大米在经过脱除谷壳成为糙米后，都需要再经过碾米精白才能作为黄酒酿造原料。糙米表面是一层含粗纤维较多的皮层（糠层）组织，含有较多的脂肪、粗蛋白、粗纤维，给黄酒带来异味，并影响酒体的稳定性。同时糠层组织难以膨化和溶解，米粒不易浸透，会延长蒸煮时间和出饭率，进而影响糊化和糖化。精白过程中的化学成分变化规律是：随着精白度的提高，白米的化学成分接近于胚乳；淀粉的含量比例随着精白度的提高而增加，其他成分（水分、蛋白质、矿物质、脂肪）则相应减少。
大米抛光一方面会损失掉聚积在谷皮、糊粉层、胚芽等外层组织中60%～70%的维生素、矿物质和大量必需氨基酸；另一方面可能会造成不同种类大米的混合，陈米和发霉大米的混入等。黄酒含有丰富的氨基酸和维生素等营养成分，抛光大米用来酿酒会造成营养成分的缺失，影响黄酒的质量；杂米会导致浸米吸水、蒸煮糊化不均匀，米饭粒返生老化现象，容易沉淀生酸，影响酒质和出酒率；发霉大米会造成黄酒存在安全性问题。同样道理，大米抛光时，如果能做到适度抛光，也能去除糙米表面糊粉层中的蛋白质，能够减少蛋白质和脂肪给酒造成杂味，能够提升黄酒的风味和口感。