解析煮熟米饭中的壳层与核心的异质性：碾磨程度对分子结构及口感形成的影响

《Food Hydrocolloids》：Unraveling the Shell-Core Heterogeneity in Cooked Rice: Impact of Milling Degree on Molecular Structure and Texture Formation

米饭壳芯 flour 成分、结构与质地关联研究。通过不同 DOM 毫米加工度分离壳芯 flour，系统分析其淀粉特性（链长、颗粒尺寸）、胶体热稳定性及 retrogradation 特性差异，揭示壳芯 flour 比例对米饭硬度与粘性的调控机制。

　　

胡罗罗|李丹丹|塔宾达·塔里克|丁彦峰|刘正辉

中国江苏省南京市南京农业大学农业学院，邮编210095

摘要

在煮米过程中，溶出的淀粉和其他可溶性成分会在米粒表面形成一层薄膜，从而形成特有的壳-核结构。然而，壳粉和核粉在成分、结构和理化性质上的差异，以及它们对米饭口感的各自贡献仍不清楚。因此，本研究从经过不同程度碾磨（碾磨度0–60%）的煮熟米粒中分离出壳粉和核粉并进行了表征。结果表明，壳粉的链长较短，颗粒较小，有利于形成层状结构且不易发生回生；而核粉的链较长，颗粒较大，容易形成紧密的聚集体且更容易发生回生。随着碾磨度的增加，壳粉中的直链淀粉和短链支链淀粉含量升高，使得米饭更加粘稠。与此同时，核粉的回生倾向较低，其孔隙率较大，结构完整性降低，从而降低了米饭的硬度。这些发现为了解煮熟米饭中淀粉结构的空间异质性和功能性提供了新的见解，为提升米制品的质量提供了理论基础。

引言

大米是全球种植最广泛的作物之一，是全球约一半人口的主食（Murtey等人，2020年）。近年来，随着经济的发展，对高质量大米的需求稳步增长。口感特性，尤其是硬度和粘性，是评估大米食用品质的关键指标（Yin等人，2023年）。然而，不同地区消费者对大米口感的偏好存在差异。例如，泰国和印度等东南亚国家更喜欢口感较硬的大米（Aznan等人，2023年），而中国长江流域和北部地区则更喜欢口感较软的大米（Zhang等人，2021年）。因此，了解大米口感形成的机制对于研究人员和食品生产商来说至关重要，以便开发符合不同消费者偏好的大米产品。

淀粉是大米的主要成分，也是决定其口感的关键因素。人们普遍认为直链淀粉含量与大米硬度呈正相关。例如，直链淀粉含量越高，大米硬度越大，粘性越低（Zhu等人，2021年）。然而，Xu等人（2018年）研究了直链淀粉含量在13%到20%之间的大米，发现直链淀粉含量与硬度之间并非严格呈正比关系。此外，相同直链淀粉含量的大米也可能具有不同的口感（Peng等人，2021年）。因此，直链淀粉含量并不是影响大米口感的唯一因素。

为了进一步研究影响大米口感的因素，本研究探讨了支链淀粉微观结构的影响。先前的研究表明，即使直链淀粉含量相似的不同大米品种，其品质也存在差异（Peng等人，2021年）。Li等人（2016年）发现长链支链淀粉与大米硬度呈正相关，而短链支链淀粉（DP < 70）与硬度呈负相关。这表明长链支链淀粉含量较高的大米品种通常口感较硬。他们的研究还指出，长链直链淀粉（DP 1000–2000）是导致大米硬度增加的关键因素。然而，Li等人（2022年）发现，较短的直链淀粉和较高的长链支链淀粉含量会使大米更加紧实但粘性降低。与Li等人（2016年）的研究结果相反，他们观察到长链直链淀粉（DP 1000–2000）并非影响大米口感的主要因素。因此，关于淀粉微观结构对大米口感的影响目前尚无共识。

近年来，研究人员研究了淀粉溶出行为对煮熟大米口感特性的决定性作用（Li等人，2023年）。在煮米过程中，小分子淀粉和其他可溶性成分会渗入周围液体中，随着水分蒸发，在米粒表面形成一层薄膜，即壳-核结构（Tamura等人，2012年）。Yi等人（2024年）发现，煮熟大米的粘性主要取决于渗出物质（壳）和残留物质（核）中不同链长成分的相对比例。特别是，渗出的淀粉分子越多，煮熟大米的粘性越强。Li等人（2023年）发现，渗出的超长直链淀粉含量与米粒中的直链淀粉含量呈正相关，但与煮熟大米的粘性呈负相关。然而，目前尚缺乏对壳粉和核粉结构和理化性质的系统比较。

此外，米粒内部成分分布的空间异质性显著影响其加工特性。例如，蛋白质主要分布在原始米粒的外层（Amagliani等人，2017年），而淀粉颗粒的尺寸从外层向核心逐渐增大（Cai等人，2014年）。这些差异共同决定了不同米粒区域的渗透性和机械性质，从而影响煮米过程中的渗出物组成。正如Zhang等人（2023年）所证明的，碾磨过程会促使短链直链淀粉和长链支链淀粉的渗出，从而降低大米硬度并增强其粘性。因此，通过控制碾磨度（DOM）来调节壳-核结构是一种研究这种空间异质性的有效方法。这种方法将有助于我们深入理解影响大米口感形成的基本机制。

因此，在本研究中，我们获得了不同碾磨度的大米样品，并分别收集了壳粉和核粉。系统地研究了它们的成分特性、链长分布、颗粒大小和形状、糊化特性以及热稳定性。最后，分析了壳粉和核粉对大米口感的各自贡献。这些发现为了解大米口感形成机制提供了新的见解，并为大米育种、栽培和加工提供了理论基础。

材料与试剂

2023年11月，在中国丹阳收获了粳稻（宁乡粳9号；平均长度4.984±0.320毫米；宽度2.758±0.190毫米）。该品种在长江流域较为受欢迎，因其口感较软且在碾磨过程中米粒完整性良好。二甲基磺氧化物、蛋白酶、亚硫酸氢钠、无水乙醇等试剂均为分析级，购自南京首德生物科技有限公司（中国南京）。

大米制备

去除了米壳

壳粉和核粉的总淀粉、直链淀粉和蛋白质含量

图1a显示，壳粉和核粉的总淀粉含量范围为77.07%至90.08%，证实淀粉是这两种粉的主要成分，这与先前的研究结果一致（Zhu等人，2020a）。值得注意的是，壳粉的总淀粉含量随着碾磨度的增加而逐渐增加。在低碾磨度（0–40%）时，核粉的总淀粉含量相对稳定；而在高碾磨度（60%）时显著增加。这一趋势可以通过成分的优先分布来解释

结论

本研究探讨了壳粉和核粉在成分、结构和理化性质上的差异，以及它们在决定大米口感中的作用。壳粉的特点是淀粉中的短链比例较高，颗粒较小，冷却时的回生倾向较低，热稳定性较低；而核粉的链较长，颗粒较大，有利于形成紧密的聚集体，因此

作者贡献声明

胡罗罗：撰写初稿、验证、数据分析、数据整理。李丹丹：撰写与编辑、监督、项目管理、方法学设计、资金申请、概念构思。塔宾达·塔里克：方法学设计、实验研究。丁彦峰：撰写与编辑、监督、项目管理。刘正辉：撰写与编辑、监督、项目管理

未引用的参考文献

Murtey和Seeni，2020年；Scott和Awika，2023年；Tamura和Ogawa，2012年。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD2300700）、国家自然科学基金（32201894）、淮源科学技术基金（080-61VQ240002）、国家市场调节营养与健康化学计量与应用重点实验室（2024ZYYKF04）以及云南西部抗病原植物资源筛选与研究重点实验室（APR202402）的支持。