关于蒸煮后大米中内源性淀粉的多尺度结构及其在不同工业加工阶段的功能特性的研究洞察

《Food and Bioproducts Processing》：Insight into multiscale structures and functional properties of endogenous starch from parboiled rice across different industrial processing stage

　　淀粉结构特性及抗性淀粉含量研究 |

　　

李明梅|严伟龙|黄倩倩|黄彪|李松楠|杨丽萍

安徽科技大学食品工程学院全谷物营养与高值利用相关学科重点实验室，中国滁州市凤阳县东华路9号，233100

摘要

本文分析了蒸煮大米中内源淀粉在工业加工不同阶段的多尺度结构、理化性质及消化率。不同加工阶段提高了A链的比例，降低了单双螺旋含量和相对结晶度（RC），同时增加了无定形区，但保持了A型结晶结构。蒸煮（ST）对淀粉结构的破坏最为显著，其相对结晶度最低（15.18%），双螺旋含量为59.50%，单螺旋含量为3.25%，层状结构完整性也受到严重影响。浸泡处理后（A-S），峰值粘度和分解值下降，同时加工过程中糊化温度升高，颗粒发生聚集、裂纹，微观结构出现粗糙和不规则现象。缓慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量增加，其中干燥15小时后的样品（D-15 h）SDS和RS含量最高（分别为44.56%和16.24%）。本研究揭示了不同加工阶段对蒸煮大米多尺度结构及消化率的影响，为提升蒸煮大米淀粉的功能性提供了理论依据。

引言

大米属于Oryza属的谷物作物。根据加工程度，大米通常分为糙米、精白米和蒸煮米（Bhar等人，2021年）。然而，精白米在加工过程中会流失大量营养成分，导致营养密度降低且葡萄糖释放速度加快（Zheng等人，2020年）。过量食用精白米会对能量代谢产生不利影响，并可能增加肥胖和心血管疾病的风险（Yin等人，2023年）。糖尿病目前是全球第三大常见慢性病，对人类健康构成严重威胁。因此，通过物理和化学改性等方法降低白米的消化率已成为研究重点。

目前市场上常见的深度加工大米品种包括γ-氨基丁酸大米、营养强化大米、发芽糙米和蒸煮米（Bhar等人，2021年）。蒸煮米是一种半熟产品，通过浸泡、蒸煮、干燥、去壳、碾磨和抛光制成（Yin等人，2023年）。这一过程中，淀粉结构得到重组和优化，米壳、糠层、胚芽等部位的营养成分通过热液作用转移到米粒中。与其他深度加工大米相比，蒸煮米具有储存稳定性更强、产量更高、口感不粘、质地更硬、营养价值更高（Li等人，2021年）、抗性淀粉（RS）含量更高（Yin等人，2023年）以及较低的血糖生成指数（GI）（Cheng等人，2019年）等优点。抗性淀粉有助于预防肥胖和糖尿病（Tamura等人，2019年）。

多项研究探讨了加工方法对大米性质的影响，发现浸泡和煮沸处理后RS和缓慢消化淀粉（SDS）含量增加。相反，大米硬度降低，粘度随浸泡时间延长而增加（Liu等人，2020年；Yang等人，2022年）。超高压处理促进了米粒内部水分的均匀分布并提高了粘度（Xu等人，2019年）。研究还发现蒸煮处理可将大米的GI降至中等水平（Yin等人，2023年）。研究表明，热液处理后大米形成直链淀粉-脂质复合物（ALCs），并增加了SDS和RS含量，其中116°C下高压蒸煮10分钟的效果最佳（Cheng等人，2019年）。然而，这些研究大多在实验室条件下进行，关于蒸煮米工业化生产过程中内源淀粉多尺度结构及理化性质变化的研究仍较为有限。

本研究旨在通过在不同工业加工阶段（浸泡前、浸泡后、蒸煮后、干燥4小时、干燥15小时以及最终产品）取样，探讨蒸煮米的多尺度结构与功能特性，并阐明它们之间的相互关系。我们假设不同的工业加工阶段会调节淀粉的多尺度结构，从而影响其物理和化学性质。本研究结果有望为通过改善多尺度结构来提升蒸煮大米淀粉的功能性提供理论依据。

材料

样品

样品取自安徽蒸煮米食品科技有限公司（中国安徽省凤阳县小岗村）的各个工业加工阶段。所使用的大米品种为Sui Japonica 18。

蒸煮米的制备及直链淀粉含量的测定

样品分别采集于浸泡前、浸泡后（65°C ± 5°C；3.5小时）、蒸煮后（110°C ± 5°C；14分钟）、干燥4小时后（40°C ± 2°C；4小时）和干燥15小时后（40°C ± 5°C；15小时），以及最终产品阶段。这些样品分别标记为B-S、A-S、ST、D-4 h、D-15 h等。

支链淀粉链长分布

根据链长（DP），链长分为四类：A链、B1链、B2链和B3链。样品中B1链的比例最高，其次是A链。这与Wang等人（2022年）的研究结果一致，他们发现不同热处理条件下高原大麦籽粒的链长分布中B1链占比最大。A-S样品中的A链比例最低，而B1链、B2链和

讨论

研究结果表明，不同加工阶段显著影响了蒸煮大米中内源淀粉的多尺度结构、理化性质及消化率。以往的研究主要关注单一加工参数对蒸煮米的影响，未全面分析整个加工过程中各步骤对其结构和性质的综合影响。

结论

本研究表明，不同加工阶段显著改变了蒸煮米的结构和性质。虽然所有样品的结晶类型均为A型，但峰值强度有所减弱。与B-S样品相比，其他样品的双/单螺旋含量、相对结晶度（RC）和α值均降低，而A链及无定形区的含量增加。A-S样品中的淀粉颗粒因吸水而膨胀。同时，蒸煮和干燥过程也影响了淀粉的结构。

未引用的参考文献

(Jagtap等人，2008)

CRediT作者贡献声明

李明梅：撰写初稿、验证数据、开展研究、进行正式分析、数据管理。黄倩倩：开展研究。严伟龙：进行正式分析。李松楠：撰写、审稿与编辑。黄彪：开展研究。杨丽萍：撰写、审稿与编辑、监督项目并争取资金支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

感谢所有参与研究的同事。感谢滁州市工业创新团队、凤阳县“凤翔”人才团队以及Sanshu生物技术有限公司的支持。