APPS | 淀粉分子結(jié)構(gòu)對(duì)新鮮蒸煮和回生米粉質(zhì)地和消化率的影響

本文系A(chǔ)gricultural Products Processing and Storage原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)。

Abstract

本研究考察了淀粉分子結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和消化特性與中國米粉之間的關(guān)系。共選取了4種不同直鏈淀粉含量的米粉作為模型材料，比較了新煮制和回生制米粉的消化特性。發(fā)現(xiàn)米粉的質(zhì)地和可消化性與其淀粉分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。平衡的hAP2/hAP1（直鏈淀粉峰值高度之比，0.73）和中間直鏈淀粉含量有助于提高硬度和彈性，而分子質(zhì)量較低的淀粉則與增加黏結(jié)性有關(guān)。在可消化性方面，盡管直鏈淀粉含量與可消化性呈負(fù)相關(guān)（直鏈淀粉含量最高的樣品為31%，其可消化性最低，為80%），但這并非唯一決定因素。研究發(fā)現(xiàn)，精細(xì)的分子特征，如短直鏈淀粉鏈長度（100＜X≤500）較少且分支程度較高（7.3%）的淀粉，表現(xiàn)出較高的可消化比率，同時(shí)消化速率較低?；厣^程略微降低了米粉的可消化性，影響了可消化比率和消化速率。本研究為選擇適宜的稻米品種和米粉用于傳統(tǒng)中式米粉生產(chǎn)提供了參考，有助于理解質(zhì)量控制及營養(yǎng)優(yōu)化策略。

Introduction

水稻是一種全球至關(guān)重要的主要糧食作物，為全球人口（尤其是亞洲地區(qū)）提供了近一半的卡路里攝入量。然而，盡管水稻產(chǎn)量逐漸提升，近幾十年來亞洲國家的人均水稻消費(fèi)量卻出現(xiàn)了下降。這一趨勢可能在一定程度上可歸因于大米食用方法多樣性有限，煮制仍是其主要形式。為推廣多樣化的大米食用方式，近期的努力嘗試將大米融入各種中國傳統(tǒng)食品中，如烘焙制品和粉條，而非單純依賴煮制或全谷物。其中，米粉是東南亞菜系中的主要食材，其制作過程涉及浸泡、碾磨、凝膠化和擠壓等多個(gè)步驟。

淀粉是稻米籽粒的主要成分（占80%以上），在為人體提供能量以及提升稻米類食品產(chǎn)品的質(zhì)地和消化品質(zhì)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，稻米淀粉的品種、含量以及結(jié)構(gòu)特性均會(huì)對(duì)淀粉基食品的質(zhì)地和消化特性產(chǎn)生顯著影響。直鏈淀粉含量被廣泛公認(rèn)為影響凝膠質(zhì)地和可消化性的關(guān)鍵因素。此外，近期的研究表明，淀粉分子特性的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，如淀粉葡聚糖分支長度和分子量分布，在調(diào)節(jié)淀粉可消化性方面也發(fā)揮著重要作用。然而，這些研究大多針對(duì)的是分離的淀粉體系或煮熟的米飯，而對(duì)具有復(fù)雜加工條件的傳統(tǒng)中式淀粉質(zhì)食品基質(zhì)（如米粉）的研究則相對(duì)較少。在米粉生產(chǎn)過程中，擠壓是一道關(guān)鍵的加工步驟，涉及高溫、高壓和剪切力。這種處理方式使淀粉承受了強(qiáng)烈的熱機(jī)械應(yīng)力。加工過程中淀粉的有序結(jié)構(gòu)遭到破壞，這進(jìn)而影響了其在人體胃腸道系統(tǒng)中的可消化性。此外，淀粉的回生現(xiàn)象（發(fā)生在制作米粉條的最后階段）會(huì)導(dǎo)致抗性淀粉的形成，進(jìn)而影響其消化特性。然而，這些加工步驟對(duì)淀粉含量不同的米面制品的可消化性產(chǎn)生何種影響，目前尚不得而知。

因此，在本研究中，選取了4種不同支鏈淀粉含量（13%～30%）的大米品種，并對(duì)用相應(yīng)大米粉制成的剛煮制和回生的粉條進(jìn)行了評(píng)估，以更好地模擬現(xiàn)實(shí)生活中的食用場景。目的是探究淀粉分子結(jié)構(gòu)及加工處理方式如何影響米粉在現(xiàn)實(shí)食品基質(zhì)內(nèi)的可消化性及質(zhì)地特性。研究結(jié)果為傳統(tǒng)中式淀粉類食品中大米粉的選用及應(yīng)用提供了實(shí)用指導(dǎo)，尤其是在提升營養(yǎng)價(jià)值及改善質(zhì)地表現(xiàn)方面。

因此，本研究對(duì)淀粉的精細(xì)分子結(jié)構(gòu)、加工過程中引發(fā)的改變以及產(chǎn)品的功能性進(jìn)行了考察。共選取了4種淀粉含量精確的稻米品種。通過使用對(duì)數(shù)斜率（LOS）分析法，展示了粉條成型過程中的糊化和回生過程如何影響淀粉的可消化性。通過將凝膠滲透色譜（GPC）與質(zhì)地分析相結(jié)合，表明淀粉分子量的分布與由回生作用驅(qū)動(dòng)的質(zhì)地硬化之間存在關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)表明，支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及加工過程中引發(fā)的分子重排同樣是決定粉條品質(zhì)的關(guān)鍵因素。本研究通過建立超越傳統(tǒng)成分指標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，推動(dòng)了以稻米為原料的加工食品的設(shè)計(jì)。

Results and Discussion

淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)特征

代表性的掃描電鏡圖像展示了不同淀粉含量的大米淀粉顆粒，如圖1所示。這些顆粒的大小分布在2～7 μm之間，分析樣本中的顆粒形狀各異，有的呈多面體狀、球形，或是不規(guī)則形。RS-1和RS-2顆粒的大小較為相似，而其他類型的顆粒則存在差異。它們表面較為光滑，孔隙也相對(duì)較少。這些特征，尤其是光滑的表面和相近的大小，可能導(dǎo)致了RS-1和RS-2較低的消化率。這是因?yàn)榭紫遁^少且排列緊密使得酶更難接觸到淀粉。

圖1 大米淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)

淀粉分子結(jié)構(gòu)

通過SEC技術(shù)對(duì)不同稻米淀粉樣品的分子大小分布進(jìn)行了分析。對(duì)于淀粉葡聚糖和淀粉直鏈糊精而言，其分子結(jié)構(gòu)可被描述為側(cè)鏈長度的分布情況，這一分布由其DP值決定（圖2）。DB指的是淀粉分子中α-1,6糖苷鍵分支相對(duì)于α-1,4糖苷鍵主干的程度，這在淀粉質(zhì)中尤為常見于直鏈淀粉組分中。對(duì)于大米淀粉而言，不同品種間的DB值可能有所不同。給定淀粉中分支程度的提高通常與淀粉葡聚糖含量的降低相關(guān)聯(lián)，這表明分支點(diǎn)相對(duì)數(shù)量增加，從而導(dǎo)致淀粉分子結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜且相互交織。大米淀粉中的DB值會(huì)影響其功能性特性，如糊化、黏度及可消化性。

不同稻米淀粉的結(jié)構(gòu)參數(shù)表現(xiàn)出顯著差異。其中，RS-3尤為突出，其XAP1和XAP2值均位列最高，表明淀粉葡聚糖分子尺寸較大且DB值較高，暗示分支點(diǎn)數(shù)量有所增加。相比之下，RS-1則顯示出hAP2/hAP1比例最高，表明長鏈淀粉葡聚糖的含量更為豐富。在對(duì)這4種稻米淀粉類型進(jìn)行比較時(shí)，它們均表現(xiàn)出中等鏈和長鏈淀粉葡聚糖的高比例，隨后是短鏈。

圖2 通過GPC分析得到的去分支淀粉的重量鏈長分布（CLD）、Wde（lgVh）

米粉的質(zhì)地特性

根據(jù)淀粉含量的高低，大米被劃分為蠟質(zhì)型（0～5%）、極低型（5%～12%）、低型（12%～20%）、中檔型（20%～25%）和高型（25%～33%）等不同類型。RS-1和RS-2屬于高直鏈淀粉水稻品種，RS-3和RS-4則屬于低直鏈淀粉水稻品種。此前的研究表明，影響米粉品質(zhì)的關(guān)鍵因素包括直鏈淀粉含量以及由此帶來的凝膠質(zhì)地、黏度和糊化溫度等特性。米粉通常以早期印度型稻米品種為原料制成，這些稻米品種的特點(diǎn)在于其淀粉含量相對(duì)較高（＞20%）。

這一領(lǐng)域內(nèi)的共識(shí)支持這樣一種觀點(diǎn)：即米粉中較高的淀粉含量與粉條硬度的增加、破損率和烹飪損失率的降低以及感官特性的提升存在關(guān)聯(lián)。凝膠化溫度這一關(guān)鍵參數(shù)在影響淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。較高的凝膠化溫度有助于提升淀粉凝膠的硬度，而過低的溫度則會(huì)削弱食品基質(zhì)的彈性。

在本研究的背景下，利用TPA技術(shù)對(duì)米粉的質(zhì)地特征進(jìn)行了詳細(xì)分析。硬度、黏附性和彈性等參數(shù)被特別加以考察，因?yàn)檫@些屬性被認(rèn)為對(duì)于理解米粉的整體質(zhì)地至關(guān)重要。此次調(diào)查旨在進(jìn)一步深入探討淀粉含量、糊化溫度與米粉條質(zhì)地特性之間的關(guān)系，從而豐富當(dāng)前對(duì)影響其品質(zhì)因素的理解。

熟粉條的質(zhì)地特性（圖3）顯示出高直鏈淀粉含量水稻品種（RS-1和RS-2）所具有的較高硬度和較好的彈性。這些品種通常被認(rèn)為適合加工成米粉。相比之下，RS-3和RS-4屬于直鏈淀粉含量較低至中等的品種，其硬度和彈性表現(xiàn)較差。尤其是RS-4的黏結(jié)性顯著高于其他3個(gè)品種。這些數(shù)據(jù)表明，直鏈淀粉與支鏈淀粉的相對(duì)比例以及支鏈淀粉的鏈長分布分布均可顯著影響米粉的質(zhì)地特性。

大米淀粉中較高的直鏈淀粉含量通常會(huì)導(dǎo)致硬度增加，這是因?yàn)樵诤^程中形成了更為致密的結(jié)構(gòu)所致。大米淀粉中通常較低的直鏈淀粉含量（低于20%）有助于降低凝膠形成過程中的回生現(xiàn)象，從而相應(yīng)地減弱了凝膠的結(jié)構(gòu)。凝膠的硬度主要源自于淀粉凝膠的回生過程，這一過程與水的析出和淀粉葡聚糖的結(jié)晶緊密相關(guān)。這種相互作用最終導(dǎo)致了更為堅(jiān)硬的凝膠基質(zhì)。此外，緊密排列或更為有序的淀粉結(jié)構(gòu)的存在，也有助于提高米粉條的硬度。通過使用一種稻米基因型，其中長鏈比例較高，有助于形成更結(jié)實(shí)且更具彈性的質(zhì)地，便可實(shí)現(xiàn)上述特性。因此，淀粉葡聚糖中短鏈比例的增加與軟糯的粉條特性密切相關(guān)。數(shù)據(jù)表明，RS-2表現(xiàn)出最低的黏附性（?2.35），這可能歸因于該淀粉中直鏈淀粉分量的DP較低，導(dǎo)致其質(zhì)地趨向于不那么黏膩。

圖3 RS-1新鮮米線（左）與RS-2新鮮米線（右）

大米制品的體外消化率

本研究在考察米粉消化過程時(shí)，采用了基于一階方程的視線圖法來計(jì)算K和C∞值。速率常數(shù)（K）由每條線性圖的負(fù)斜率表示，而總淀粉消化量（C∞）則通過從圖中Y軸截點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算得出。對(duì)于所有樣本而言，其特征均為僅包含一種結(jié)構(gòu)均勻、消化速率系數(shù)一致的淀粉組分，因此視線圖呈現(xiàn)出線性特征（圖4）。

圖4 消化曲線，包括大米淀粉、大米粉、米粉和回生米粉的LOS（消解時(shí)間）

不同稻米淀粉的消化率與淀粉中直鏈淀粉的含量呈負(fù)相關(guān)。直鏈淀粉含量最高的淀粉RS-1所顯示的估計(jì)消化率最低。這一觀察結(jié)果可歸因于2個(gè)潛在因素：1）高直鏈淀粉含量的淀粉顆粒具有更高的熱穩(wěn)定性，在制作半干食品的過程中，這些淀粉顆粒往往能夠部分保持其顆粒結(jié)構(gòu)。2）淀粉分子在加熱和消化過程中形成聚集物的動(dòng)態(tài)重組能力，這限制了消化酶的進(jìn)攻位點(diǎn)。然而，令人意外的是，淀粉含量并非影響消化速率的決定性因素。相較于RS-1和RS-3，以較小的淀粉聚糖結(jié)構(gòu)為特征的RS-2和RS-4（圖2）表現(xiàn)出相對(duì)較慢的消化速率。這顯示出快速可消化的淀粉與淀粉聚糖分子大小之間存在正相關(guān)關(guān)系。支化程度較高的淀粉往往對(duì)酶解作用具有更強(qiáng)的抗性，從而導(dǎo)致消化速度減慢，血糖反應(yīng)值也相應(yīng)較低。所有稻米粉的消化率均低于相應(yīng)的純淀粉。尤其值得注意的是，蛋白質(zhì)含量較高的稻米粉（通常與高直鏈淀粉稻米品種相關(guān)）的消化率顯著降低。這表明，除了淀粉結(jié)構(gòu)外，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的存在還會(huì)進(jìn)一步降低淀粉的可消化性。蛋白質(zhì)通過形成物理屏障環(huán)繞淀粉顆粒，展現(xiàn)出一種保護(hù)作用；而脂質(zhì)則可與淀粉分子相互作用，形成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。這兩種情況均會(huì)阻礙淀粉酶對(duì)淀粉底物的擴(kuò)散和酶解作用。

米粉的消化率略高于大米粉，這符合預(yù)期效果，因?yàn)閿D壓過程進(jìn)一步打亂了緊密的顆粒狀淀粉結(jié)構(gòu)。但RS-2存在例外情況，這或許歸因于其較小的粒徑，這可能有助于在擠壓過程中造成的破壞程度較小。盡管如此，米粉的消化速率仍顯著低于相應(yīng)的米淀粉和大米粉。從營養(yǎng)學(xué)的角度來看，食物消化的初始階段對(duì)于營養(yǎng)功能的發(fā)揮至關(guān)重要，這主要體現(xiàn)為快速可消化的淀粉，它負(fù)責(zé)迅速提升血糖水平。降低淀粉或含淀粉食物的水解消化率可通過以下2種方式實(shí)現(xiàn)：1）設(shè)置屏障以減緩或阻止酶接觸/結(jié)合淀粉；2）利用淀粉的結(jié)構(gòu)特性來減緩或阻止后續(xù)淀粉酶的作用。因此，米粉條消化率顯著較低的原因可歸結(jié)為：1）米粉條的致密結(jié)構(gòu)阻礙了淀粉酶的擴(kuò)散，正如對(duì)意大利面和中國小麥粉條的觀察所顯示的那樣；2）以及粉條基質(zhì)中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)與淀粉之間可能發(fā)生的相互作用有所增加。尤其是在高直鏈淀粉含量淀粉（RS-1）中，這進(jìn)一步阻礙了淀粉基質(zhì)的可酶解性。由于延長了消化時(shí)間，最終估算出的米粉條中淀粉顆粒的可消化百分比并未受到顯著影響。

與預(yù)期相反，本研究中采用的淀粉回生條件（4 °C持續(xù)24 h）并未顯著降低米粉條的可消化性。一般而言，回生過程涉及從無定形態(tài)向更為致密、有序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，而這種轉(zhuǎn)變據(jù)知會(huì)降低淀粉的總體可消化性。然而，經(jīng)過重組的米粉中的淀粉結(jié)構(gòu)顯示出較低的糊化溫度（大約為50 °C）。這些產(chǎn)品在第二輪加熱過程中并不穩(wěn)定，導(dǎo)致其消化性與新煮熟的米粉相似。此外，有觀察表明，淀粉中若含有較高比例的短支鏈淀粉，則往往會(huì)導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞形成較小，從而表現(xiàn)出較低的消化速率。

綜上所述，淀粉含量較高的米淀粉及其制品通常表現(xiàn)出較低的消化率。此外，由于米粉條的致密結(jié)構(gòu)，其消化速率相較于相應(yīng)的米淀粉也有所降低。然而，經(jīng)加熱處理后回流的米粉條在模擬胃腸道消化過程中酶抗性的顯著提升情況并不明顯（P＞0.05）。

Conclusion

本研究考察了四種稻米品種，其淀粉含量各不相同，旨在了解稻米制品的質(zhì)地特征和消化特性與淀粉分子的分子結(jié)構(gòu)之間有何關(guān)聯(lián)。稻米淀粉極易消化，消化速率較快；而米粉和回生米粉的結(jié)構(gòu)較為致密，導(dǎo)致消化速率減慢。淀粉含量較高且中鏈長淀粉（DP 500?5000）的稻米制品消化能力較低，而長直鏈淀粉則會(huì)導(dǎo)致消化速率減慢。蛋白質(zhì)和脂肪含量略微降低了消化速率。米粉中淀粉含量較高時(shí)，硬度增加且彈性提升，而淀粉含量較低時(shí)則具有較強(qiáng)黏性。淀粉的分子結(jié)構(gòu)，尤其是淀粉中的淀粉含量和淀粉鏈長分布，對(duì)米粉的質(zhì)地和消化特性有著顯著影響。例如，淀粉含量較高的稻米制品通常消化能力較低，硬度較高且彈性更佳。了解和優(yōu)化淀粉結(jié)構(gòu)有助于優(yōu)化稻米制品特性，以滿足消費(fèi)者偏好。

Effect of starch molecular structure on texture and digestibility of freshly cooked and retrograded rice noodles

Zhihang Li1,2,3, Yu Tian1,2, Xingxun Liu1*

1 Lab of Food Soft Matter Structure and Advanced Manufacturing, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Nanjing, 210023, China

2 Department of Plant and Environmental Sciences, Faculty of Science, University of Copenhagen, Frederiksberg C, DK-1871, Denmark

3 Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, 100193, China

*Corresponding author.

Abstract

This study investigated the relationship between starch molecular structure, texture, and digestion characteristics of Chinese rice noodles. A total of 4 types of rice flour with varying amylose content were selected as model materials, and the digestion characteristics of freshly cooked and retrograded rice noodles were compared. The texture and digestibility of the noodles were found to be closely associated with the molecular structures of the rice starches. A balanced hAP2/hAP1 (ratio of the peak heights of amylopectin) ratio (0.73) and intermediate amylose content contributed to greater hardness and springiness, while starches with lower molecular weights were associated with increased adhesiveness. Regarding digestibility, although amylose content was negatively correlated with digestibility (with the highest-amylose sample, 31%, showing the lowest digestibility at 80%), it was not the sole determinant. Fine molecular features, such as starches with less short amylose chains (100?<?X?≤?500) and a higher degree of branching (7.3%), was found showed a higher digestible ratio while lower digestion rate. Retrogradation slightly reduced the digestibility of rice noodles, affecting both the digestible ratio and rate. This work provides a reference for selecting suitable rice varieties and flours for use in traditional Chinese rice noodle production, offering insights into quality control and nutritional optimization.

Reference:

Li, Z., Tian, Y. & Liu, X. Effect of starch molecular structure on texture and digestibility of freshly cooked and retrograded rice noodles. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 8 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00043-3

翻譯：羅敬（實(shí)習(xí)）

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)

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