《Food Research International》：Deciphering starch–protein interaction mechanisms in rice noodles: A synergistic perspective of starch chain architecture and starch granule size
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米线品质受淀粉链结构和大颗粒尺寸调控，揭示淀粉-蛋白双阻力机制及结构优化策略。
王一鸣|唐宁|耿东辉|王快天|李宇伟|埃比尼泽·阿西亚马|程永强
中国农业大学食品科学与营养工程学院植物资源功能食品重点实验室，北京100083
摘要
了解淀粉-蛋白质相互作用对于调整米粉的结构和营养品质至关重要。本研究通过一个受控重组模型，阐明了大米淀粉链结构和颗粒大小的作用。从天然米粉中分离出大米淀粉（RS）和大米蛋白质（RP）；通过筛分对RS进行分级，得到不同粒径分布的颗粒，然后在固定蛋白质水平下重新组合RF/RS/RP，以生成计划好的颗粒大小（A–C；D–E）和链结构对比，后者通过RF–RS混合进行调整，并通过HPAEC验证。多尺度表征（RVA、流变学、DSC、FTIR、XRD、拉曼、ssNMR）和基于图像的孔隙率分析将结构与功能联系起来。结果表明，较长的支链淀粉B2/B3和直链淀粉增加了双螺旋含量和回变焓，增强了凝胶的稳定性但降低了消化率。较小的颗粒改善了水合性能，使蛋白质分散更加均匀，并形成了孔隙率较低的连续骨架，从而提高了保水性和烹饪稳定性。消化动力学和结构指标支持双重抗性机制：（i）由致密凝胶壁产生的空间/扩散障碍减少了有效水解程度；（ii）淀粉-蛋白质接触点的结合节点促进了局部有序排列，限制了酶的进入。这些发现为改进口感和降低血糖指数的米粉配方提供了机制基础。
引言
作为传统的以大米为主的食物，米粉近年来由于消费者需求的增加而受到越来越多的关注（Chen等人，2024年）。米粉的食用品质来源于碾磨、水合、糊化、挤压/切割、烹饪和短期回变过程中形成的淀粉-蛋白质凝胶（Li、You等人，2021年；Zainab等人，2025年）。随着生产规模的扩大，制造商必须在不牺牲工艺稳定性的前提下控制米粉的质地、烹饪稳定性和营养成分（Guan等人，2023年）。实现这一平衡需要从机制上理解天然大米成分——大米淀粉和面粉中的内源性大米蛋白质——如何共同组装成一个多尺度网络，从而最终决定宏观性能（Tiozon Jr.等人，2021年）。
大多数先前的研究都是在孤立条件下或简化模型系统中研究淀粉的行为（Wang、Tang、Geng、Wang等人，2025年；Zhang、Chen等人，2025年）。虽然这些研究阐明了直链淀粉和支链淀粉如何影响糊化和回变，但它们仅部分反映了在含有内源性大米蛋白质的米粉基质中的实际情况，这些蛋白质可以参与网络形成、相连续性和酶的 accessibility（Bao等人，2025年）。其他研究添加了外源蛋白质来调节质地或血糖反应；这些设计对于强化产品有一定意义，但它们没有单独研究仅含大米的基质中天然大米蛋白质组分的作用（Roy等人，2023年；Zhang、Cheng、Tang，2025年）。因此，在天然系统中内源性蛋白质在米粉凝胶中的具体作用仍不够明确（Ren等人，2024年；Wang、Tang、Geng、Asiamah、Cheng，2025年）。
众所周知，不同来源的淀粉具有不同的颗粒大小和晶体结构（Zhang、Wang等人，2025年）。因此，添加外源淀粉会改变天然淀粉基质的颗粒大小分布和晶体多态性（Jia等人，2022年；Xing等人，2023年）。先前的研究表明，适当添加非大米淀粉可以显著改善米粉的质地、弹性、复水能力和感官特性（Geng等人，2022年；Kraithong等人，2025年）。然而，过量添加可能会破坏凝胶结构或降低口感（Geng等人，2020年）。这些发现主要基于简化淀粉系统中的糊化和回变分析，可能无法完全反映米粉凝胶的复杂性。
此外，直链淀粉和支链淀粉的结构特征——特别是它们的比例和链长分布——在决定米粉品质方面起着关键作用（Geng等人，2025年；Zhang等人，2019年；Zhang、Kong、Ban等人，2022年）。直链淀粉有助于提高咀嚼性和机械强度，高直链淀粉的大米可以生产出更光滑、更有弹性的即食米粉（Yan等人，2025年）。另一方面，支链淀粉由于其高度分支和短链结构，促进了更松散的凝胶网络的形成，增强了吸水性和复水速度——非常适合快速烹饪的米粉（Zhang、Kong、Li等人，2022年）。通过修改淀粉来增加直链淀粉含量、去除短链或调整支链结构也可以稳定螺旋结构并降低淀粉的消化率（Lopez-Rubio等人，2008年；Zhu、Bao等人，2024年）。这些功能改进通常归因于晶体有序性的提高和相对结晶度的增加（Cheng等人，2025年）。
尽管已经假设了淀粉微观结构对米粉品质的协同效应，但大多数研究仅关注淀粉的行为（Zhang等人，2024年）。在天然大米基质中，蛋白质——特别是内源性大米蛋白质——在凝胶形成中的作用尚未得到充分研究（Li等人，2025年）。有报道称，添加外源蛋白质可以改善米粉的质地，减少烹饪损失，提高感官接受度，甚至减弱血糖反应（Hu等人，2024年）。然而，关于天然大米系统中淀粉和蛋白质之间相互作用的系统理解仍然不足。
基于这一空白，我们假设大米淀粉和蛋白质之间的相互作用受到淀粉颗粒大小和链结构的强烈影响。为了验证这一假设，我们通过结合天然来源的大米淀粉和大米蛋白质，设计了具有不同颗粒大小分布和蛋白质含量的复合米粉。本研究的目的是探讨这些组成变化如何影响淀粉的糊化、米粉的质地以及米粉的多尺度结构，从而揭示这一复杂凝胶系统中的关键淀粉-蛋白质相互作用机制。
材料
早籼米（南岭品种，淀粉含量73.97%，直链淀粉含量23.34%，总蛋白质含量8.26%，数据为干基含量）由中国安徽省南岭新塘大米厂提供。α-淀粉酶（5 U/mg）、胃蛋白酶（500 U/mg）和胰酶（4 × USP）购自Sigma公司（美国密苏里州圣路易斯）。总淀粉测定试剂盒（K-TSTA）、直链淀粉/支链淀粉测定试剂盒（K-AMYL）、淀粉葡萄糖苷酶（3300 U/mL）和葡萄糖氧化酶-过氧化物酶（GOPOD）测定试剂盒购自Megazyme公司（爱尔兰威克洛）。
混合粉末的物理和化学性质
原始粉末和改性粉末的物理化学性质如图1所示。如图1A所示，处理后的粉末显示出比天然米粉更高的直链淀粉含量，尽管总淀粉含量的变化导致样品之间的直链淀粉与淀粉比例不同。如图1D所示，通过配方控制了蛋白质含量。A组、B组和C组之间以及D组之间没有观察到蛋白质水平的显著差异结论
本研究通过整合淀粉链结构和颗粒大小效应的见解，阐明了米粉系统中淀粉和蛋白质之间的相互作用机制。使用重组粉末系统使得可以控制淀粉-蛋白质比例和结构特征，从而全面理解它们对米粉品质的影响。结果表明，长支链淀粉（B2和B3链）和直链淀粉的比例
CRediT作者贡献声明
王一鸣：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法学，研究，形式分析，概念化。唐宁：撰写 – 审稿与编辑，形式分析，数据管理。耿东辉：方法学，概念化。王快天：验证，概念化。李宇伟：概念化。埃比尼泽·阿西亚马：概念化。程永强：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100200/2021YFD2100201）和国家自然科学基金（32172161）的财政支持。
