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Abstract
本研究考察了淀粉分子结构、质地和消化特性与中国米粉之间的关系。共选取了4种不同直链淀粉含量的米粉作为模型材料，比较了新煮制和回生制米粉的消化特性。发现米粉的质地和可消化性与其淀粉分子的结构密切相关。平衡的hAP2/hAP1（直链淀粉峰值高度之比，0.73）和中间直链淀粉含量有助于提高硬度和弹性，而分子质量较低的淀粉则与增加黏结性有关。在可消化性方面，尽管直链淀粉含量与可消化性呈负相关（直链淀粉含量最高的样品为31%，其可消化性最低，为80%），但这并非唯一决定因素。研究发现，精细的分子特征，如短直链淀粉链长度（100＜X≤500）较少且分支程度较高（7.3%）的淀粉，表现出较高的可消化比率，同时消化速率较低。回生过程略微降低了米粉的可消化性，影响了可消化比率和消化速率。本研究为选择适宜的稻米品种和米粉用于传统中式米粉生产提供了参考，有助于理解质量控制及营养优化策略。
Introduction
水稻是一种全球至关重要的主要粮食作物，为全球人口（尤其是亚洲地区）提供了近一半的卡路里摄入量。然而，尽管水稻产量逐渐提升，近几十年来亚洲国家的人均水稻消费量却出现了下降。这一趋势可能在一定程度上可归因于大米食用方法多样性有限，煮制仍是其主要形式。为推广多样化的大米食用方式，近期的努力尝试将大米融入各种中国传统食品中，如烘焙制品和粉条，而非单纯依赖煮制或全谷物。其中，米粉是东南亚菜系中的主要食材，其制作过程涉及浸泡、碾磨、凝胶化和挤压等多个步骤。
淀粉是稻米籽粒的主要成分（占80%以上），在为人体提供能量以及提升稻米类食品产品的质地和消化品质方面发挥着关键作用。研究发现，稻米淀粉的品种、含量以及结构特性均会对淀粉基食品的质地和消化特性产生显著影响。直链淀粉含量被广泛公认为影响凝胶质地和可消化性的关键因素。此外，近期的研究表明，淀粉分子特性的精细结构特征，如淀粉葡聚糖分支长度和分子量分布，在调节淀粉可消化性方面也发挥着重要作用。然而，这些研究大多针对的是分离的淀粉体系或煮熟的米饭，而对具有复杂加工条件的传统中式淀粉质食品基质（如米粉）的研究则相对较少。在米粉生产过程中，挤压是一道关键的加工步骤，涉及高温、高压和剪切力。这种处理方式使淀粉承受了强烈的热机械应力。加工过程中淀粉的有序结构遭到破坏，这进而影响了其在人体胃肠道系统中的可消化性。此外，淀粉的回生现象（发生在制作米粉条的最后阶段）会导致抗性淀粉的形成，进而影响其消化特性。然而，这些加工步骤对淀粉含量不同的米面制品的可消化性产生何种影响，目前尚不得而知。
因此，在本研究中，选取了4种不同支链淀粉含量（13%～30%）的大米品种，并对用相应大米粉制成的刚煮制和回生的粉条进行了评估，以更好地模拟现实生活中的食用场景。目的是探究淀粉分子结构及加工处理方式如何影响米粉在现实食品基质内的可消化性及质地特性。研究结果为传统中式淀粉类食品中大米粉的选用及应用提供了实用指导，尤其是在提升营养价值及改善质地表现方面。
因此，本研究对淀粉的精细分子结构、加工过程中引发的改变以及产品的功能性进行了考察。共选取了4种淀粉含量精确的稻米品种。通过使用对数斜率（LOS）分析法，展示了粉条成型过程中的糊化和回生过程如何影响淀粉的可消化性。通过将凝胶渗透色谱（GPC）与质地分析相结合，表明淀粉分子量的分布与由回生作用驱动的质地硬化之间存在关联。研究发现表明，支链淀粉的精细结构以及加工过程中引发的分子重排同样是决定粉条品质的关键因素。本研究通过建立超越传统成分指标的基本结构-功能关系，推动了以稻米为原料的加工食品的设计。
Results and Discussion
淀粉颗粒的微观结构和形态学特征
代表性的扫描电镜图像展示了不同淀粉含量的大米淀粉颗粒，如图1所示。这些颗粒的大小分布在2～7 μm之间，分析样本中的颗粒形状各异，有的呈多面体状、球形，或是不规则形。RS-1和RS-2颗粒的大小较为相似，而其他类型的颗粒则存在差异。它们表面较为光滑，孔隙也相对较少。这些特征，尤其是光滑的表面和相近的大小，可能导致了RS-1和RS-2较低的消化率。这是因为孔隙较少且排列紧密使得酶更难接触到淀粉。
图1 大米淀粉的颗粒结构
淀粉分子结构
通过SEC技术对不同稻米淀粉样品的分子大小分布进行了分析。对于淀粉葡聚糖和淀粉直链糊精而言，其分子结构可被描述为侧链长度的分布情况，这一分布由其DP值决定（图2）。DB指的是淀粉分子中α-1,6糖苷键分支相对于α-1,4糖苷键主干的程度，这在淀粉质中尤为常见于直链淀粉组分中。对于大米淀粉而言，不同品种间的DB值可能有所不同。给定淀粉中分支程度的提高通常与淀粉葡聚糖含量的降低相关联，这表明分支点相对数量增加，从而导致淀粉分子结构更为复杂且相互交织。大米淀粉中的DB值会影响其功能性特性，如糊化、黏度及可消化性。
不同稻米淀粉的结构参数表现出显著差异。其中，RS-3尤为突出，其XAP1和XAP2值均位列最高，表明淀粉葡聚糖分子尺寸较大且DB值较高，暗示分支点数量有所增加。相比之下，RS-1则显示出hAP2/hAP1比例最高，表明长链淀粉葡聚糖的含量更为丰富。在对这4种稻米淀粉类型进行比较时，它们均表现出中等链和长链淀粉葡聚糖的高比例，随后是短链。
图2 通过GPC分析得到的去分支淀粉的重量链长分布（CLD）、Wde（lgVh）
米粉的质地特性
根据淀粉含量的高低，大米被划分为蜡质型（0～5%）、极低型（5%～12%）、低型（12%～20%）、中档型（20%～25%）和高型（25%～33%）等不同类型。RS-1和RS-2属于高直链淀粉水稻品种，RS-3和RS-4则属于低直链淀粉水稻品种。此前的研究表明，影响米粉品质的关键因素包括直链淀粉含量以及由此带来的凝胶质地、黏度和糊化温度等特性。米粉通常以早期印度型稻米品种为原料制成，这些稻米品种的特点在于其淀粉含量相对较高（＞20%）。
这一领域内的共识支持这样一种观点：即米粉中较高的淀粉含量与粉条硬度的增加、破损率和烹饪损失率的降低以及感官特性的提升存在关联。凝胶化温度这一关键参数在影响淀粉凝胶网络的结构方面发挥着至关重要的作用。较高的凝胶化温度有助于提升淀粉凝胶的硬度，而过低的温度则会削弱食品基质的弹性。
在本研究的背景下，利用TPA技术对米粉的质地特征进行了详细分析。硬度、黏附性和弹性等参数被特别加以考察，因为这些属性被认为对于理解米粉的整体质地至关重要。此次调查旨在进一步深入探讨淀粉含量、糊化温度与米粉条质地特性之间的关系，从而丰富当前对影响其品质因素的理解。
熟粉条的质地特性（图3）显示出高直链淀粉含量水稻品种（RS-1和RS-2）所具有的较高硬度和较好的弹性。这些品种通常被认为适合加工成米粉。相比之下，RS-3和RS-4属于直链淀粉含量较低至中等的品种，其硬度和弹性表现较差。尤其是RS-4的黏结性显著高于其他3个品种。这些数据表明，直链淀粉与支链淀粉的相对比例以及支链淀粉的链长分布分布均可显著影响米粉的质地特性。
大米淀粉中较高的直链淀粉含量通常会导致硬度增加，这是因为在糊化过程中形成了更为致密的结构所致。大米淀粉中通常较低的直链淀粉含量（低于20%）有助于降低凝胶形成过程中的回生现象，从而相应地减弱了凝胶的结构。凝胶的硬度主要源自于淀粉凝胶的回生过程，这一过程与水的析出和淀粉葡聚糖的结晶紧密相关。这种相互作用最终导致了更为坚硬的凝胶基质。此外，紧密排列或更为有序的淀粉结构的存在，也有助于提高米粉条的硬度。通过使用一种稻米基因型，其中长链比例较高，有助于形成更结实且更具弹性的质地，便可实现上述特性。因此，淀粉葡聚糖中短链比例的增加与软糯的粉条特性密切相关。数据表明，RS-2表现出最低的黏附性（−2.35），这可能归因于该淀粉中直链淀粉分量的DP较低，导致其质地趋向于不那么黏腻。
图3 RS-1新鲜米线（左）与RS-2新鲜米线（右）
大米制品的体外消化率
本研究在考察米粉消化过程时，采用了基于一阶方程的视线图法来计算K和C∞值。速率常数（K）由每条线性图的负斜率表示，而总淀粉消化量（C∞）则通过从图中Y轴截点进行计算得出。对于所有样本而言，其特征均为仅包含一种结构均匀、消化速率系数一致的淀粉组分，因此视线图呈现出线性特征（图4）。
图4 消化曲线，包括大米淀粉、大米粉、米粉和回生米粉的LOS（消解时间）
不同稻米淀粉的消化率与淀粉中直链淀粉的含量呈负相关。直链淀粉含量最高的淀粉RS-1所显示的估计消化率最低。这一观察结果可归因于2个潜在因素：1）高直链淀粉含量的淀粉颗粒具有更高的热稳定性，在制作半干食品的过程中，这些淀粉颗粒往往能够部分保持其颗粒结构。2）淀粉分子在加热和消化过程中形成聚集物的动态重组能力，这限制了消化酶的进攻位点。然而，令人意外的是，淀粉含量并非影响消化速率的决定性因素。相较于RS-1和RS-3，以较小的淀粉聚糖结构为特征的RS-2和RS-4（图2）表现出相对较慢的消化速率。这显示出快速可消化的淀粉与淀粉聚糖分子大小之间存在正相关关系。支化程度较高的淀粉往往对酶解作用具有更强的抗性，从而导致消化速度减慢，血糖反应值也相应较低。所有稻米粉的消化率均低于相应的纯淀粉。尤其值得注意的是，蛋白质含量较高的稻米粉（通常与高直链淀粉稻米品种相关）的消化率显著降低。这表明，除了淀粉结构外，蛋白质和脂质的存在还会进一步降低淀粉的可消化性。蛋白质通过形成物理屏障环绕淀粉颗粒，展现出一种保护作用；而脂质则可与淀粉分子相互作用，形成淀粉-脂质复合物。这两种情况均会阻碍淀粉酶对淀粉底物的扩散和酶解作用。
米粉的消化率略高于大米粉，这符合预期效果，因为挤压过程进一步打乱了紧密的颗粒状淀粉结构。但RS-2存在例外情况，这或许归因于其较小的粒径，这可能有助于在挤压过程中造成的破坏程度较小。尽管如此，米粉的消化速率仍显著低于相应的米淀粉和大米粉。从营养学的角度来看，食物消化的初始阶段对于营养功能的发挥至关重要，这主要体现为快速可消化的淀粉，它负责迅速提升血糖水平。降低淀粉或含淀粉食物的水解消化率可通过以下2种方式实现：1）设置屏障以减缓或阻止酶接触/结合淀粉；2）利用淀粉的结构特性来减缓或阻止后续淀粉酶的作用。因此，米粉条消化率显著较低的原因可归结为：1）米粉条的致密结构阻碍了淀粉酶的扩散，正如对意大利面和中国小麦粉条的观察所显示的那样；2）以及粉条基质中蛋白质与脂质与淀粉之间可能发生的相互作用有所增加。尤其是在高直链淀粉含量淀粉（RS-1）中，这进一步阻碍了淀粉基质的可酶解性。由于延长了消化时间，最终估算出的米粉条中淀粉颗粒的可消化百分比并未受到显著影响。
与预期相反，本研究中采用的淀粉回生条件（4 °C持续24 h）并未显著降低米粉条的可消化性。一般而言，回生过程涉及从无定形态向更为致密、有序结构的转变，而这种转变据知会降低淀粉的总体可消化性。然而，经过重组的米粉中的淀粉结构显示出较低的糊化温度（大约为50 °C）。这些产品在第二轮加热过程中并不稳定，导致其消化性与新煮熟的米粉相似。此外，有观察表明，淀粉中若含有较高比例的短支链淀粉，则往往会导致凝胶网络细胞形成较小，从而表现出较低的消化速率。
综上所述，淀粉含量较高的米淀粉及其制品通常表现出较低的消化率。此外，由于米粉条的致密结构，其消化速率相较于相应的米淀粉也有所降低。然而，经加热处理后回流的米粉条在模拟胃肠道消化过程中酶抗性的显著提升情况并不明显（P＞0.05）。
Conclusion
本研究考察了四种稻米品种，其淀粉含量各不相同，旨在了解稻米制品的质地特征和消化特性与淀粉分子的分子结构之间有何关联。稻米淀粉极易消化，消化速率较快；而米粉和回生米粉的结构较为致密，导致消化速率减慢。淀粉含量较高且中链长淀粉（DP 500−5000）的稻米制品消化能力较低，而长直链淀粉则会导致消化速率减慢。蛋白质和脂肪含量略微降低了消化速率。米粉中淀粉含量较高时，硬度增加且弹性提升，而淀粉含量较低时则具有较强黏性。淀粉的分子结构，尤其是淀粉中的淀粉含量和淀粉链长分布，对米粉的质地和消化特性有着显著影响。例如，淀粉含量较高的稻米制品通常消化能力较低，硬度较高且弹性更佳。了解和优化淀粉结构有助于优化稻米制品特性，以满足消费者偏好。
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
翻译：罗敬（实习）
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片来源：摄图网
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