《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》：Small matters: the effect of particle size on food analysis, sensory perception, and nutrient release during digestion
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食品中营养素嵌合于复杂的植物结构或结构性微结构域内，这些结构影响其化学与营养学行为，该现象被称为食品基质效应（FME）。FME可解释营养成分相近的食品为何因营养素在结构域内的限域方式与相互作用不同而表现出不同行为。食品基质可作为屏障，限制消化过程中溶剂与酶对营
食品中营养素嵌合于复杂的植物结构或结构性微结构域内，这些结构影响其化学与营养学行为，该现象被称为食品基质效应（FME）。FME可解释营养成分相近的食品为何因营养素在结构域内的限域方式与相互作用不同而表现出不同行为。食品基质可作为屏障，限制消化过程中溶剂与酶对营养素的接触。减小颗粒尺寸可增加表面积暴露、改变基质—营养素相互作用，并最终提高提取效率与特定食品组分的定量测定准确性。这不仅提升分析准确度，也影响感官感知与消化过程中的营养素生物利用度。更细的颗粒似乎主要促进更快的酶解、更好的营养素吸收以及独特的质构与风味属性，其程度取决于食品基质与结构约束。然而，强化研磨可能诱发物理与化学变化，改变食品组分的原始状态。上述效应共同导致依赖粒径减小的研究之间出现结果不一致。因此，标准化粒径减小方案、准确表征颗粒尺寸并确定可能的理化变化，对于确保结果的可重复性与意义至关重要。本文着重阐述颗粒尺寸如何关键性地影响食品分析、感官品质与营养评价，并强调食品研究应系统报告粒径减小的结果，并在解释分析与生理学结果时考虑其影响。
引言部分指出，食品颗粒来源多样，其尺寸、形状与性质影响食品的加工、外观、质构、风味、消化及营养价值；粒径减小常通过研磨或高压均质实现，也发生于口腔加工与消化过程。营养素在植物材料中的包埋及其对定量与生物可及性的影响自二十世纪中叶即已被认识，但食品基质内组分作用仅在近几十年得到系统研究。食品基质效应（FME）可解释营养成分相近的食品因限域、结合与相互作用方式不同而表现各异，也说明食品组成对消化过程中营养素释放动力学及最终生物可及性的预测能力有限。粒径减小是半固体与固体食品分析的常见前处理步骤，相同方法常因忽视颗粒尺寸影响而得到相互矛盾的提取值；机械研磨不仅增大表面积、减小样品尺寸，还改变颗粒基质的物理状态与营养素生物可及性。文中列举熟米粒径与淀粉体外消化速率的负相关、葡萄渣最细粒级纤维基质降解与抗氧化组分释放增强、黄酮体外生物利用度差异由FME及释放组分与其他食品组分相互作用所致，以及海藻多酚与种子壳抗氧化活性测定中粒径作为重要变量的结论。文章通过Scopus、Web of Science与Google Scholar系统检索，辅以引文追溯，围绕食品结构—功能关系展开讨论，并提出增强研究稳健性的框架。
自然食品基质与加工食品基质部分首先讨论粒径减小的基质依赖机制。食品基质是容纳、相互作用并赋予组分或微结构元素特定功能的物理与空间域，可为天然细胞结构，也可源于配方产品加工；宏观上可呈乳液、凝胶、结晶与纤维材料及多孔固体等形态。天然细胞基质研究较充分，而加工食品复杂基质认识较少；加工引起物理化学变化，如热诱导淀粉糊化与蛋白变性、干燥改变微结构形成无定形微区、均质改变脂肪球结构，粒径减小增大表面积并加剧氧化及维生素A与必需脂肪酸等损失。基质性质强烈影响粒径减小效果：植物与动物细胞基质中，粒径减小促进细胞破裂与组织崩解，释放原先物理包埋的化合物，植物基质主要涉及细胞壁破裂与胞内结构破坏，动物基质则破坏肌肉与结缔组织；富蛋白基质中，粒径减小可影响蛋白构象、变性与聚集而非单纯物理释放，过度研磨蛋清粉可促进聚集、降低酶可及性；淀粉基体系中，关键机制是淀粉颗粒结构改变，包括结晶度、糊化与物理损伤，研磨增加淀粉损伤与无定形区，加速酶解与血糖反应；乳化体系中，效应由界面现象主导，包括液滴尺寸、界面组成与表面积，较小液滴增加脂肪酶吸附界面面积，但强烈依赖乳化剂类型与界面结构；富脂与含维生素基质中，粒径减小增强可及性，同时可能促进氧化与降解，尤其对多不饱和脂肪酸与脂溶性维生素等敏感组分。综上，粒径减小与组分可及性的关系并非普适，而由体系依赖机制决定，包括细胞基质结构破坏、大分子组织改变与分散体系界面动力学。
其次讨论粒径减小作为加工诱导结构转变的替代指标。粒径常被用作分散食品体系的关键描述符，但多数实验与工业情境下并非独立变量；研磨、均质、挤压或喷雾干燥等过程同时施加机械、热与理化应力，改变温度历程、氧暴露、结晶度、相分布与结构完整性，因此归因于粒径的效应可能源于几何变化与加工诱导转变的共同作用。从机制看，机械粒径减小通过剪切、压缩与冲击力破坏多尺度层级结构；植物体系中还破坏细胞壁、胞内区室化，使原先受保护组分暴露于酶与氧，激活内源酶并引发多酚氧化或脂质水解等生化反应。谷物与淀粉体系中，研磨引起损伤淀粉比例升高、结晶度降低与部分无定形化，淀粉消化速率与程度同淀粉损伤及结构无序度的相关性优于与粒径本身的相关性。富蛋白体系中，机械与热加工可诱导蛋白展开、变性与聚集，改变表面性质、酶可及性与网络形成，可能增强或阻碍消化性。含脂体系中，粉碎增大表面积与氧扩散，加速脂质氧化及敏感组分降解；乳化体系中均质在减小液滴的同时改变界面组成、表面活性剂分布与界面流变。与粒径减小相关的热与干燥过程还可诱导玻璃化转变、重结晶及无定形或半结晶域形成，影响分子迁移率、水相互作用与稳定性。因此，粒径宜理解为更广泛相互关联的结构与理化变化的替代指标，而非纯几何参数；仅以粒径归因功能或营养变化有过度简化之虞，稳健框架需同时表征粒径与结晶度、结构损伤程度、界面性质及热历程等关键结构变化。
概念背景部分包括三方面。关于粒径及其测量，颗粒尺寸、形状、表面积与力学性质是影响食品及产品性质的关键因素，而标准筛分仍是当前文献报告平均尺寸与粒径分布（PSD）数据的主导却含糊的方法；筛分以二维尺寸估计分类，不考虑形状或表面积变化，无法分析20–50 μm以下颗粒，通常仅提供有限粒级数据而将PSD简化为直方图。文中已讨论生物活性成分分析中颗粒表征的主要方法（筛分、激光衍射与图像分析）及报告粒径的统计指标（均值、中位数、d10与d90），并指出即便同一食品基质数据比较亦存在固有困难；少数情况下可获得与风味释放或酶活性相关的表面基指标。关于粒径减小，该过程以机械能创建新表面并多以热耗散，可通过压缩、冲击、磨蚀与切割力实现；适宜粒径提高混合、过滤等单元操作效率，溶剂提取与热烫、蒸煮等热处理在粒径减小时往往更节能、耗时更短；改变粉末或乳液物理尺寸可显著影响感官品质，尤其风味释放与质构感知；但粒径减小本质上伴随温度、结构完整性、结晶度与氧化状态的同步改变，故应视为复合加工操作而非纯维度与形态转变。关于粒径与化学成分提取，依基质不同，较小颗粒可为溶剂与酶提供更大作用表面，促进传质与提取效率，提取结果受溶剂扩散、增溶速率与溶质迁移影响；超声、微波与高剪切均质等物理预处理可增强溶剂接触；提取效率不仅由粒径决定，也受细胞破裂、蛋白变性、淀粉损伤与界面变化等加工诱导结构修饰支配，这些效应可与粒径减小协同或拮抗。例如麦麸粒径减小与酚酸、黄酮、花青素及类胡萝卜素提取增加相关，但抗氧化活性在不同分析测定中未必呈相同趋势；番茄加工废弃物中长时间研磨与极小粒径与部分类胡萝卜素回收率下降相关，可能源于加工中降解。
颗粒尺寸对营养素与生物活性成分组成的影响部分指出，食品成分数据支撑营养标签、膳食指南与健康促进策略；样品制备对固体与半固体食品尤为关键，粒径减小改善组分提取并显著影响分析结果。总体而言，较小粒径在多数食品基质中导致多种分析物报告水平升高，如藜麦粉蛋白、脂肪、粗纤维与膳食纤维随粒径减小而升高；人参研磨至平均粒径16 μm细粉时钙、钾、镁等矿物质含量增加近50%，总糖亦呈类似效应；甘薯与绿茶粉维生素C值随粒径减小明显升高；植物材料中淀粉与脂质值亦因更好从细胞基质释放而趋于升高，但效应因食品类型而异；蛋白呈混合响应，某些情况下较小粒径导致可测蛋白含量下降，可能与研磨中蛋白变性或溶解度变化有关；粒径减小还可释放结合态多酚而影响分析结果。加工食品中，大豆—小麦混合肉糜类似物粒径由3000 μm降至500 μm可改善烹煮后蛋白溶解度与氨基酸可利用性；挤压谷物零食粒径由2000 μm降至250 μm因表面积增大与挤压结构破坏共同增强淀粉糊化与消化性；熟意面碎片平均尺寸由5000 μm降至200 μm使淀粉消化性提高约30%并伴随硬度下降。但上述趋势不应解释为粒径与营养素含量间的普遍因果关系，而反映粒径减小与加工诱导结构转变（基质完整性、热历程与生化稳定性）的综合效应。食品分析中，粒径减小通过增大表面积、破坏细胞屏障与释放结合态化合物促进分析物释放，但研磨能量多转化为热，过度减小可降解热敏组分（如香辛料风味），故粒径优化至关重要；粉碎过程应像溶剂提取与仪器方法一样精确记录，粒径、形状与分布应以先进仪器准确测定。在谷物基食品如意面中，较小粒径通常因破坏紧密蛋白—淀粉网络、增加酶作用位点暴露而增强淀粉消化性与营养素生物可及性，较小碎片淀粉消化可提高达50%；研磨与粒径减小还可改变谷物组分分布与功能，如硬粒小麦副产物经研磨与气流分级可得富蛋白细组分与富纤维粗组分并用于意面配方；焙烤体系中减小小麦粉粒径增加淀粉损伤、吸水率与面团延展性，但也导致更高蒸煮损失；糙米面条研究确认中等粒径可平衡质构与降低淀粉消化性；豆类种子种皮加入米基共挤压零食可改变孔隙率、硬度与酚类谱。总体而言，营养素释放由粒径、基质结构与加工历史的耦合变化支配，而非单纯几何尺寸减小。
颗粒尺寸对感官特性的影响部分指出，粒径可影响分散颗粒体系与乳液的感官特性；食品分散体系与乳液的口腔质构感知主要由流变与润滑性质决定，理论上液体中固体颗粒分散体系连续相黏度不受粒径影响，主要取决于体积分数与分散液黏度，但粒径可通过影响摩擦、润滑及粗糙感与 creamy 感等属性感知影响口腔质构。长期认为约20–30 μm可能是光滑感与颗粒感感知的近似转变阈值，但该阈值应谨慎解读且并非普遍适用；口腔颗粒感知取决于颗粒浓度、分散介质黏度与润滑性质及与唾液相互作用等多因素。巧克力棒与巧克力产品质量高度依赖可可、糖与乳固体颗粒在可可脂中的PSD；光散射测定牛奶巧克力棒颗粒PSD发现其条件下颗粒感检测阈值高于40 μm，并观察到不同粒径巧克力质构性质差异，但这并不确立粒径与硬度间普遍负相关；黑巧克力粒径由18 μm增至50 μm影响质构属性，较大粒径通常与若干质构属性值较低相关，但粒径与质构关系可因食品基质而异。肉与植物基类似物中，减小粒径与多汁性、嫩度与咀嚼性变化相关；低脂预煮碎牛肉饼粒径影响蒸煮与复热损失、剪切值、硬度与多汁性；牛肉粒径与消费者评价嫩度相关但依赖肉特性与测定方法；全麦粉平均粒径1315、450与199 μm影响面团性质、面包结构、比容与硬度，较细全麦粉体外消化中葡萄糖释放更高；含脱脂大豆粉中位粒径约259、92与4 μm的汉堡饼理化与感官性质存在差异。乳液液滴尺寸效应较固体颗粒更不直接，取决于界面组成与体系整体结构，液滴尺寸宜理解为界面与胶体耦合现象的一种表现；较小油滴可增强脂肪感知并贡献更光滑、更细腻质构，部分源于口腔润滑增加，但并非普遍，取决于界面性质、液滴相互作用与体系组成；增大1–10 μm脂肪液滴体积分数显著改善O/W乳液润滑；蛋黄酱油滴尺寸分布因堆积与相互作用对质构、黏度、风味及稳定性影响重大。风味化合物释放取决于配料混合、液滴尺寸与分布、黏度与界面类型等；咀嚼中结构破碎减小粒径、增大可用表面积，可促进挥发性化合物释放，如将熟米在口腔加工中破碎至更小粒径者香气释放更多；乳液中较小液滴提供更大界面面积与更短扩散距离，可能促进风味向口腔与鼻腔受体传递，但效应取决于风味化合物理化性质、黏度、界面组成等；微流化可改善乳品、果蔬与谷物体系理化、流变、质构与结构性质，表面积增加还可增强某些生物活性成分的生物可及性与生物利用度，幅度取决于基质与加工条件。
颗粒尺寸与体外消化研究部分指出，食品营养功能初步通过生物可及性（营养素释放）与生物利用度（体外营养素吸收）试验评估，通常包括模拟咀嚼与胃过程的粒径减小步骤；但研磨改变物理与微结构性质，研磨样品并不反映原始食品在体内的机械破碎，可显著影响试验结果。蛋白与淀粉作为主要膳食组分受到特别关注；体外消化性综述强调样品粒径对蛋白释放及不同分析技术测定的消化值至关重要，粒径是淀粉类食品淀粉酶敏感性研究与血糖指数测定变异性的重要来源，但应作为淀粉结构、糊化程度、水合、黏度、食品微结构与加工历史等交互变量的一部分解读。样品制备与粒径减小程序差异可引入体外消化研究间变异，故明确报告粒径减小程度与方法对提高可重复性与可比性十分重要。减小粒径可影响众多体系中营养素生物可及性与生物利用度研究，但效应体系依赖并受食品结构、组成与加工诱导转变强烈调制。如小麦胚乳制品平均粒径由1.95 mm降至0.11 mm使体外消化中淀粉降解由约25%升至52%、葡萄糖释放由约47%升至92%，蛋白生物可及性呈类似趋势，提示较大颗粒可作为酶接触的物理屏障；鹰嘴豆泥与饼干初始粒径减小增加模拟胃肠消化中淀粉与蛋白水解，细饼干360 min消化后淀粉水解显著高于粗饼干（48.1%对36.3%）；小麦粥与高粱等淀粉类食品粒径减小分别增强葡萄糖释放与改变结晶度模式；花生与葵花籽粉等富脂基质较小粒径显示更快脂解与更高脂肪酶活性；辣木与菠菜叶粉较细者改善钙、铁、镁等矿物质可提取性；胡萝卜粉粒径减小增加β-胡萝卜素释放，但也提高光诱导损失敏感性；富纤维米糠超细研磨提高酚类生物可及性与抗氧化活性。较小粒径增加消化酶作用表面积并加速营养素释放，但过度减小可引发化学降解、氧化与分子聚集，最终损害营养素稳定性与功能。在焙烤产品如全麦与蚕豆复合面包中，较细粒径增强淀粉消化性与葡萄糖释放，同时改善蛋白溶解度与面包瓤质构；鹰嘴豆零食中粒径减小与孔隙率提高共同加速淀粉与蛋白水解；肉体系中粒径效应常通过机械崩解而非直接研磨体现，较细乳化猪肉产品体外蛋白消化性较完整或腌制肉高约40%；豌豆蛋白汉堡等植物基类似物中粒径减小改善多汁性与内聚性，间接促进咀嚼中营养素释放；全谷物饼干面团较小粒径增强脆性、淀粉消化性与酚类生物可及性。总体而言，加工与复合食品中减小粒径可通过增大表面积与减少物理屏障促进酶接触与营养素释放，但效应幅度甚至方向取决于组成、结构与加工历史，过度减小还可改变淀粉损伤、蛋白聚集、氧化等结构特征，故最优粒径应兼顾营养功能与理想质构感官特性的保持。生物活性成分健康效应是增长中的研究领域，其在传统与新型食品中的定量因浓度低及与植物基质相互作用认识有限而具挑战；粒径减小可破坏植物细胞壁、提高酚类等生物活性成分可提取性，进而影响分析测定中的抗氧化活性，抗氧化活性与生物活性成分体外消化研究现已与粒径相关联；膳食纤维颗粒性质与尺寸如何影响其主要化学成分的肠道微生物发酵性亦值得关注。
结论与未来研究指南部分指出，食品颗粒尺寸是影响化学分析、质构、风味感知及营养素生物可及性与生物利用度的关键理化性质；证据显示粒径影响实验与实践结果，但准确测量与报告常被忽视，导致数据矛盾并损害结果解读。减小粒径无论用于分析方法或改善配料加工，均可破坏基质、增大表面积、改变物理状态、释放食品组分并在消化中产生潜在相互作用。建议详细记录粒径与基质破坏信息，尤其在结果关联营养与健康结局的分析程序中；未来研究应考察粒径减小方法与粒径如何影响食品组分的测定、释放与稳定性；适当控制粒径对改善食品分析、评价感官特性及准确理解消化研究中营养素生物可及性与代谢物形成至关重要。文章进一步提出可操作建议：第一，采用标准化指南，强制报告粒径分布指标（不仅平均尺寸）、测量技术与粒径减小程序（如研磨类型、能量输入与温升）；第二，建立基质特异性实验设计框架，区分植物细胞体系、富蛋白基质、淀粉基体系与乳液，因各自对粒径减小的响应机制根本不同；第三，未来研究应在粒径之外纳入多参数表征（如食品基质内部组织破坏、界面面积变化与氧化标志物），以避免过度简化解读。文章同时指出当前文献的主要局限：其一，粒径生成、测量与报告的实验方法高度异质，粒径减小可通过研磨、均质、挤压与高压处理等多种策略实现，各策略除尺寸减小外还可能引入理化与结构修饰，且粒径描述不一致（平均直径d50、体积加权直径、表面加权直径、粒径分布、比表面积或显微观察所得“直径”等），显著限制研究间直接比较，缺乏标准化粒径表征方案仍是建立清晰粒径—功能关系的主要障碍；其二，难以将粒径的特异贡献与其他加工诱导变化分离，粒径减小常伴随细胞组织破坏、淀粉结晶度变化、蛋白变性、脂质再分布、胞内化合物释放、表面化学改变与水合性质变化，热历程、机械能输入、水分迁移与化学转化可独立或协同影响功能结局，故许多现有研究无法确证观察到的溶解、消化动力学、风味释放、感官感知或营养素生物可及性变化主要由颗粒尺寸减小还是相关基质转变驱动；其三，许多现有消化研究的生理相关性有限，体外消化模型虽可提供颗粒崩解、营养素释放与酶可及性信息，但常过度简化人体消化复杂过程，咀嚼、唾液混入、胃动力、胃肠转运时间、化学与生化相互作用及个体消化能力差异难以在实验室完全再现，体外生物可及性与消化动力学的改善并不总能直接转化为等效体内响应，未来需将先进消化与感官感知模型同真实食品基质的人体生理研究衔接；其四，许多研究使用简化模型体系而非商业相关食品，限制研究结果的实践适用性，真实食品体系含复杂多组分结构，蛋白、碳水化合物、脂质、矿物质与生物活性成分间相互作用可影响粒径对功能的作用。未来研究应统一颗粒表征方法、采用可将粒径效应与加工历史解耦的实验设计，并在模型体系、真实食品与人体研究中系统验证；建立该框架将提高食品颗粒结构—功能关系的可比性、可重复性与机制理解，从而更准确预测风味感知、质构、消化行为与营养素生物利用度等结局。
