淀粉结构与理化性质如何决定不同粳稻品种的粥品质

《Food Chemistry: X》：How starch structure and physicochemical properties dictate the porridge quality of diverse japonica rice varieties

　　

研究人员选取了6个代表性粳稻品种，其中吉粳830（JR2）制作的粥具有浓稠、光滑、黏稠的质构和最高的感官评分。值得注意的是，JR2淀粉的直链淀粉含量为12.33%，中位粒径（D₅₀）为5.98 μm，相对结晶度为33.05%，这些值在六个品种中处于中间水平。这些结构特性平衡了淀粉溶出与颗粒完整性，有利于快速水合同时防止结构坍塌。此外，JR2淀粉相对较高的峰值粘度、低的回生值（setback）和较高的结合水比例使粥具有优异的持水性，形成稳定的粥基质。相关性分析证实，淀粉组成、结晶度、糊化行为（pasting behavior）和水分分布显著影响粥的质构和感官属性。这些发现揭示了粥适口性的结构基础，指导粳稻的育种和工业利用。

**论文解读：淀粉结构及理化性质决定粳稻粥品质的机制研究**

**研究背景与问题**
粥作为传统主食，其品质与原料稻米的理化性质密切相关。然而，目前对不同粳稻品种间粥品质差异的内在机制认识不足。尽管已有研究关注稻米品种、烹饪方式、碾磨程度及非淀粉多糖添加对粥品质的影响，但淀粉结构如何主导粥的质地和感官特性仍不清晰。淀粉作为稻米主要成分，其半结晶颗粒在热加工过程中吸水、膨胀并糊化，这一过程从根本上决定米制食品的质构。直链淀粉与支链淀粉比例已被证实与米饭硬度、粘度相关，但这些结论并不完全适用于高水分体系的粥。粥需要颗粒崩解、淀粉溶出和基质形成之间的适当平衡，以获得理想质构和感官品质。因此，有必要系统研究不同品种淀粉特性与粥品质的关系。

**研究目的与意义**
本研究旨在阐明淀粉结构特性如何决定粥的食用品质，为优质粳稻品种选育和粥产品工业化提供理论依据。论文发表在《Food Chemistry: X》。

**主要关键技术方法**
研究人员从中国主要粳稻产区收集了20个品种，基于外观品质、营养组成、烹饪特性及粥的品质，筛选出6个差异显著的粳稻品种（JR1–JR6）。主要技术方法包括：扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒微观形貌，激光衍射粒度分析仪测定粒径分布，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征短程有序结构（1047/1022 cm^?1峰强度比，R_1047/1022），X射线衍射（XRD）测定结晶类型和相对结晶度（RC），差示扫描量热（DSC）分析热特性（起始温度T_o、峰值温度T_p、终止温度T_c和糊化焓ΔH），快速粘度分析仪（RVA）测定糊化特性（峰值粘度、保持强度、最终粘度、崩解值、回生值），流变仪进行稳态剪切和动态振荡测试（储能模量G′、损耗模量G″、损耗角正切tan δ），低场核磁共振（LF-NMR）测定水分状态与分布（横向弛豫时间T₂及对应峰面积比例A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄）。此外，采用质构分析仪（P36/R探头）测试粥的硬度、粘附性、内聚性、胶粘性和咀嚼性，并按照国家标准（GB/T 16291.1–2012）进行感官评价（13名评估员，6男7女，21–30岁，经培训并签署知情同意书，研究经北京工商大学伦理委员会批准，批号2025年第(158)号）。

**研究结果**

**3.1 粥品质分析**
通过质构剖面分析（TPA）和感官评价，JR2粥表现出最高的粘附性和适中的硬度、内聚性，获得最佳口感、外观和总体感官评分。JR3和JR4硬度、胶粘性、咀嚼性过高，呈未熟感；JR5和JR6网络脆弱，易坍塌。JR2实现了淀粉溶出与颗粒完整性的平衡，形成粘稠均匀的基质。

**3.2 颗粒微观结构**
SEM显示所有淀粉颗粒呈不规则复合颗粒，表面光滑有凹陷。JR3和JR4边界清晰完整，结构致密；JR2排列较紧凑；JR5和JR6聚集明显，暗示水合行为差异。

**3.3 粒径分布**
JR3中位粒径（D₅₀）最大（6.34 μm），比表面积小，可能限制水分渗透。JR2的D₅₀为5.98 μm，相对较小，有利于水合和糊化，贡献光滑质地。

**3.4 短程有序结构**
FT-IR中R_1047/1022反映短程有序度。JR2的R_1047/1022处于中间值（1.2216–1.2495），维持结晶区与无定形区的平衡；JR1、JR3较高，有序度高不利于水渗入；JR5、JR6较低，结构松散。

**3.5 结晶结构**
XRD显示所有淀粉为典型A型结晶，衍射峰在15.2°、17.1°、18.0°、23.0°。相对结晶度（RC）范围31.08%–35.09%。JR3、JR4结晶度高，结构致密限制吸水；JR5、JR6结晶度低，凝胶化时易破坏；JR2的RC为33.05%，适中，利于水合同时保持有序性。

**3.6 膨胀特性**
随温度升高（55–95°C），所有淀粉的膨胀势（SP）和水溶性指数（WSI）上升，85°C后急剧增加。95°C时，JR5、JR6的WSI和SP极高，颗粒脆弱易破裂；JR3、JR4最低，结构致密限制膨胀；JR2的WSI和SP较高，既促进分子溶出形成浓稠粥，又防止过度崩解。

**3.7 热特性**
DSC显示JR2的T_o、T_p、T_c均较低（60.50、65.81、71.15°C），ΔH为9.04 J/g，处于中间水平。表明JR2较易糊化，同时保持足够分子有序性，有利于粥的稠度和光滑度。JR5的T_o最低，ΔH（8.29 J/g）较低；JR6的ΔH最低（6.83 J/g），结构稳定性差，易过糊化。

**3.8 糊化特性**
RVA显示JR2淀粉峰值粘度较高（1830.81 cP）、回生值（setback）较低（1193.33 cP），表明吸水膨胀能力强且糊化速率快，抗回生，形成稳定厚实粥基质。JR6崩解值最高（1256.60 cP），颗粒脆弱易破裂；JR3、JR4最终粘度和回生值最高，冷却后形成致密凝胶。

**3.9 流变特性**
稳态剪切测试显示所有淀粉糊呈现假塑性流体特征（表观粘度随剪切速率增加而下降）。JR2淀粉糊表观粘度较高，下降较缓；JR5、JR6粘度下降明显，剪切稀化强，与高崩解值一致。动态振荡测试中，所有样品G′>G″，tan δ<1，形成弹性凝胶网络。JR3、JR4的G′最高、tan δ最低，凝胶刚硬；JR5、JR6的G′最低、tan δ最高，趋于粘性；JR2的G′、G″、tan δ适中，粘弹性平衡，维持颗粒形态并提供顺滑吞咽感，与感官评价吻合。

**3.10 水分状态与分布**
LF-NMR将凝胶中水分分为强结合水（A₂₁）、弱结合水（A₂₂）、固定化水（A₂₃）和自由水（A₂₄）。A₂₄占绝对优势（90.63%–95.13%）。JR1的A₂₄最高（95.13%），A₂₁、A₂₃最低，网络松散易析水。JR2的A₂₄较低（90.99%），A₂₁较高，持水能力优异，保持粥浓稠均匀。

**3.11 相关性分析**
Pearson相关分析表明：粥硬度与直链淀粉含量、直链/支链比、ΔH、保持强度、最终粘度、相对结晶度显著正相关，与WSI显著负相关；胶粘性和咀嚼性与直链淀粉含量、直链/支链比显著正相关；粘附性与糊化温度负相关；内聚性与崩解值、A₂₁正相关，与A₂₄负相关。感官指标（口味、外观、总体评分）与糊化温度负相关，与崩解值正相关；外观与A₂₁、A₂₃正相关，与A₂₄负相关。证实淀粉组成、结晶结构、糊化行为和水分分布是影响粥质构和感官接受度的关键因素。

**总结与结论**
本研究系统比较了不同粳稻品种淀粉的结构与理化性质，揭示了粥品质的决定因素。JR2粥因其中等水平的直链淀粉含量（12.33%）、中位粒径（D₅₀=5.98 μm）和相对结晶度（33.05%），以及较高的峰值粘度、低回生值和较高结合水比例，获得最佳感官和质构。这些结构特性促进水合和均匀糊化，同时防止过度崩解，并凭借优良持水能力形成稳定粥基质。结论指出，淀粉的化学组成、结晶结构、糊化行为和水分分布是决定粥品质的关键。研究为优质粳稻品种选育和粥产品工业化提供了理论依据，未来需结合更广泛品种筛选、烹饪优化及营养消化评估，进一步阐明淀粉结构—加工行为—食用品质—营养品质之间的关系。