大米淀粉结构与功能性质相关性分析及其在珍珠粉圆中应用初探

李梦锦1,张昊2,冯伟1,王涛1,李亚男1,霍坚3,刘莉3,王韧1*

1(江南大学 食品学院,江苏 无锡,214122)2(南京农业大学 食品科学技术学院,江苏 南京,210095)3(湖南聚宝金昊生物科技有限公司,湖南 湘潭,411100)

摘 要 大米淀粉凭借颗粒小、粒度均匀等特性广泛应用于食品和纺织行业,而品种差异性导致的直链淀粉(amylose,AM)含量跨度广、分子/结晶结构多样,赋予其差异化的加工功能特性。该文旨在利用聚类相关性分析探究不同品种的大米淀粉结构和功能特性之间的关系,并初探大米淀粉在珍珠粉圆中的应用潜力。结果表明,12种大米淀粉均呈现典型A型晶体结构,其AM含量跨度达0.83%~29.01%,相对结晶度与糊化焓值呈正相关。基于AM含量梯度差异,黏度分析图谱可划分为中高AM型、低AM型及糯稻型三类。短期老化过程中,AM显著影响凝胶特性。大米淀粉添加可改善产品低温稳定性,与对照组相比,4 ℃/4 h硬度增加率显著降低了20.7%~55.5%(P<0.05)。当粳米添加量为30%(质量分数)时,产品体现出最佳适口性,感官特性与质构协同体现产品状态。以上结果表明,大米淀粉具有应用于珍珠粉圆中的可行性及潜力,为珍珠粉圆制品原料优化提供新思路。

关键词 大米淀粉;结构;功能性质;相关性;珍珠粉圆

大米(Oryza sativa L.)作为全球约35亿人口的主粮作物,其淀粉特性直接影响食品加工品质与消费者接受度[1]。淀粉由直链淀粉(amylose,AM,α-1,4糖苷键线性连接)和支链淀粉(amylopectin,AP,α-1,4主链与α-1,6分支点构成的高度分支聚合物)组成[2],二者通过分子有序组装形成多尺度结构,进而影响其糊化、凝胶及回生行为等。研究表明,低直链大米淀粉可形成具有良好延展性的凝胶,赋予食品柔软质地,而高直链大米淀粉通过线性分子紧密排列提升凝胶硬度、弹性等[3]。此外,大米淀粉因其低致敏性、粒径均匀(3~8 μm)、不同品种大米淀粉AM含量范围宽等特点,可应用于不同质构要求的产品中,比如米粉、年糕、布丁等[4],然而其在市场爆品奶茶珍珠中的应用潜力尚未得到挖掘。作为奶茶等饮品的核心成分,珍珠粉圆的软糯口感和质构稳定性与原料淀粉的凝胶特性有很大关系。目前珍珠粉圆生产主要采用木薯淀粉,但其主要依赖于国外进口,供应不稳定;且木薯中含有天然氰苷,木薯淀粉通过与氰化物分子形成氢键可能导致氢氰酸残留超过安全阈值,存在食品安全隐患[5];并且木薯淀粉AM含量在18%~24%左右,在冰奶茶中易回生影响口感[6]。相比之下,大米淀粉展现出独特替代潜力,不同AM含量的大米淀粉可通过影响凝胶强度、黏稠度和结构稳定性等显著影响食品的质构和加工性能,通过调整其比例或加工方式,可对产品口感提供更多可能性[7];且与其他常见的珍珠粉圆品质改良剂(各类胶体和变性淀粉)相比,天然大米淀粉,符合“清洁标签”的要求,更易被消费者接受;中国稻米年产量超2.1亿t,其中作为口粮的比例逐年下降,精深加工产品(如大米淀粉、大米蛋白)的产量逐年上升,具有稳定的供应来源。

基于此,本文拟选择AM含量差异较大的大米淀粉,阐明其结构及热力学、糊化与凝胶特性之间的关系,并初探大米淀粉在珍珠粉圆制作中的可行性和应用潜力。首先,以籼米、粳米、糯米三类大米(各4个品种,共12个品种)为对象,采用聚类相关性分析方法找寻结构与功能性质之间的关联,接着筛选适配珍珠粉圆需求的品种,通过质构和感官指标协同分析大米淀粉在珍珠粉圆应用中的效果,拓宽大米淀粉应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料:籼米(珍桂矮、湘早籼45、五优308、深两优5814)、粳米(南粳9108、南粳5055、吉粳816、五优稻4)、糯米(珍珠糯、镇糯19、皖垦糯、靖西香糯)由农科院提供或购买于网络平台。

试剂:庞博碱性蛋白酶(酶活力 20万U/g),庞博生物工程有限公司;淀粉葡萄糖苷酶(酶活力 3 260 U/mL)、α-淀粉酶(酶活力 3 000 U/mL),美国Sigma公司;石油醚、NaOH、硼酸等试剂,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

JMS-50胶体磨,中国廊坊通用机械制造有限公司;GYB60-6S高压均质机,中国上海东华高压均质机厂;SP-1500实验型喷雾干燥机,上海顺仪实验设备有限公司;SH220F石墨消解仪、K9840全自动凯氏定氮仪、OX406脂肪测定仪,中国山东海能科学仪器有限公司;MB25水分测定仪,美国奥豪斯仪器有限公司;CTM100灰分挥发测定仪,中国徐州威科科技有限公司;D8型X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪,德国布鲁克AXS有限公司;DSC 3+型差示扫描量热仪,瑞士梅特勒-托利多公司;RVA 4500快速黏度分析(rapid viscosity analysis,RVA)仪,澳大利亚波通公司;TA.XT plus物性分析(texture profile analysis,TPA)仪,英国Stable Micro System公司。

1.3 实验方法

1.3.1 大米淀粉的制备

称取大米样品按料液比1∶8 (g∶mL)分散于质量分数0.2% NaOH溶液中,浸泡1 h后经胶体磨连续研磨3次,所得米浆搅拌反应4 h、4 000 r/min离心去除上清液,重复水洗并调节浆液浓度至10 °Bé。采用30 MPa压力均质3次后再次水洗,调节pH值至7并离心2次,过100目筛后喷雾干燥制得淀粉。上述步骤适用于粳米及糯米,而籼米需在均质后补充酶解处理:将湿淀粉浆液调至10 °Bé后调节pH值至10,按干基质量添加质量分数0.3%庞博碱性蛋白酶,于30 ℃水浴酶解1 h,终止反应后调pH值至7,经2次水洗离心,调浆至10 °Bé并过100目筛后进行喷雾干燥。

1.3.2 基本成分的测定

参照以下国标及方法:GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》;GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》;GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;GB/T 15683—2008《大米 直链淀粉含量的测定》;总淀粉使用Megazyme试剂盒法。

1.3.3 结晶结构的测定

使用XRD仪对淀粉样品的结晶结构进行分析。扫描角度范围5°~35°(2θ),目标电压40 kV,电流40 mA,扫描速度5°/min,步长0.02°,样品的相对结晶度(relative crystallinity,RC)计算如公式(1)所示:

(1)

式中:Aa,代表非结晶面积,%;Ac,代表结晶区面积,%。

1.3.4 理化性质的测定

1.3.4.1 热力学性质的测定

取3 mg淀粉(干基)与去离子水按料液比1∶3 (g∶mL)混匀于差示扫描量热仪铝坩埚,密封并在4 ℃平衡12 h。以空坩埚为参比,程序升温(30~100 ℃,10 ℃/min)记录热流量曲线,分析糊化温度及焓变(ΔH)。

1.3.4.2 糊化特性的测定

参照李亚楠等[8]的方法进行测定。

1.3.4.3 凝胶特性的测定

取3 g大米淀粉与25 mL去离子水混合,沸水浴糊化后于4 ℃静置24 h成胶。采用TPA仪配P/25探头,设置50%压缩形变率、两次压缩间隔5 s、测试前速度2 mm/s,测试、测试后速度1 mm/s,测定凝胶硬度、弹性、内聚性、胶着性和咀嚼性。

1.3.5 珍珠粉圆的制备

参照陈志刚等[9]的工艺进行修改,按1∶9(质量比)混合预糊化与普通木薯淀粉,加质量分数50%水揉团后制成1 g圆球,沸水煮20 min、焖10 min并冷却。以籼米淀粉(深两优5814,X)、粳米淀粉(南粳9108,J)、糯米淀粉(镇糯19,N)分别替代10%、30%、50%质量的普通木薯淀粉,同法制备珍珠粉圆样品组。

1.3.6 珍珠粉圆感官品质特性的测定

1.3.6.1 感官评价

感官评定小组由10名(5男5女)经过培训的评审人员组成,对煮熟的珍珠粉圆从外观、滋味、口感3个方面进行感官品质的评定,评定标准如表1所示。

表1 珍珠粉圆的感官评定标准

Table 1 Sensory evaluation criteria of starch pearls

评定项目评分细则分值/分外观 20分 表面光滑 均匀 圆润饱满14~20表面稍粗糙 不均匀 部分颗粒不够圆润饱满7~13表面粗糙 形状软榻 大小不均匀0~6滋味 20分 味感协调 无异味14~20味感不协调 稍有异味7~13味感不协调 有明显异味0~6口感 60分 口感软糯 咀嚼性良好 弹性好 不黏牙41~60口感过硬或过软 咀嚼性略差 弹性略差 略黏牙21~40口感过硬或过软 咀嚼性差 弹性差 黏牙0~20

1.3.6.2 质构

采用TPA配P/36R探头,设置60%压缩形变率、触发力5.0 g、两次压缩间隔10 s、测试前速度1 mm/s、测试中速度2 mm/s、测试后速度5 mm/s,测定硬度、弹性、内聚性、胶黏性、咀嚼性及回复性等指标。

将珍珠粉圆在恒温4 ℃放置4 h后,利用TPA检测其硬度并计算硬度增加率(Z),如公式(2)所示:

(2)

式中:H1,煮熟后新鲜珍珠粉圆的硬度,g;H2,4 ℃条件下放置4 h后珍珠粉圆的硬度,g。

1.4 数据处理与统计分析

每个实验平行进行3次,以“平均值±标准差”表示。所有实验数据使用Origin 2024、GraphPad Prism 8进行处理并绘图。SPSS 27进行数据的统计学分析,P<0.05表示差异显著,采用聚类相关性对结构与功能性质进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种大米淀粉基本成分分析

如图1所示,各品种大米淀粉的灰分及脂肪含量均在0.30%以下,总淀粉含量范围在86.21%~89.65%,蛋白质含量均在0.70%以下,表明制备的大米淀粉具有较高的纯度,可较好地反映大米淀粉的理化结构。AM是大米淀粉颗粒的重要组成部分,其含量的差异对淀粉的糊化特性、凝胶强度和回生特性等均具有影响[10]。各品种大米淀粉的AM含量范围在0.83%~29.01%,所选样品AM含量涵盖范围广,根据JULIANO[11]的分类标准,可依据AM含量的差异划分为以下几类:蜡质淀粉(0%~2%,包括珍珠糯、镇糯19、皖垦糯和靖西香糯)、极低直链淀粉(5%~12%,包括深两优5814、南粳9108和南粳5055)、低直链淀粉(12%~20%,包括湘早籼45、吉粳816和五优稻4)和高直链淀粉(≥25%,包括珍桂矮和五优308)。

a-总淀粉;b-AM;c-灰分;d-脂肪;e-蛋白质;f-水分

图1 不同品种大米淀粉基本成分

Fig.1 Basic composition of different varieties of rice starch

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

2.2 不同品种大米淀粉的结晶结构分析

如图2-a所示,天然淀粉的晶体结构由结晶区和非结晶区交替组成,图谱中的尖峰衍射对应结晶区,而弥散衍射特征则反映非结晶区[12]。12种大米淀粉均呈现典型A型晶体结构,主要衍射峰位于2θ为15.1°、17.1°、18.1°和23.1°处,其中17.1°和18.1°处为相连的双峰,衍射强度最高,与文献报道一致[13]。尽管不同品种的大米淀粉衍射峰的位置相似,但其RC存在显著差异,范围在26.23%~39.07%(图2-b)。其中,靖西香糯的结晶度最高,而五优稻4最低。赵冰等[14]认为RC与AM含量呈现负相关关系,但在本研究中RC与AM含量呈现微弱负相关关系。微晶层基本单元是AP分子通过外链分支点聚集形成分子簇,并依靠羟基间氢键构建双螺旋结构;而AM分子通过与AP共结晶或相互缠绕,贡献或干扰结晶区比例[15],从而使RC与AM含量的负相关关系较弱。

a-XRD图谱;b-RC

图2 不同品种大米淀粉结晶结构

Fig.2 Crystalline structure of different varieties of rice starch

2.3 不同品种大米淀粉理化性质分析

2.3.1 不同品种大米淀粉的热稳定性分析

不同品种大米淀粉的热特性分析表明(表2),AM含量最高的珍桂矮具有较高的TO,这可能由于AM分子与AP的分支形成更稳定的双螺旋结构。稳定性较低的微晶在较低温度下熔化,即TO;而较为稳定的微晶在更高的温度下熔化,即TC,高AM含量的大米淀粉具有较高的TC,与RC相呼应。12种淀粉的ΔH存在显著差异,且ΔH与RC呈正相关趋势,AM与ΔH的变化规律与RC一致,ΔH升高反映了淀粉分子间氢键作用的增强以及双螺旋结构的稳定性[16]。GOLDSTEIN等[17]的研究进一步揭示了AM含量对双螺旋结构的影响机制:在低AM含量中,双螺旋完全依靠AP的短链形成;当AM含量提升至18%时,AP仍主导结晶区,但AM通过穿插无定形区并与AP部分共结晶,增加了有效双螺旋数量;而在更高AM含量下,AM通过回生形成独立的长链双螺旋,从而使ΔH升高,更好的解释了AM与ΔH之间的复杂关系。

表2 不同品种大米淀粉热力学参数

Table 2 Thermodynamic parameters of different varieties of rice starch

品种TO/℃TP/℃TC/℃ΔH/ J/g 湘早籼4561.95±0.23d70.61±0.36c87.17±0.49a12.81±1.08bc珍桂矮74.31±0.05a78.33±0.04a82.61±0.25b12.15±0.70cde五优30869.76±0.19b74.45±0.25b82.31±0.85b12.57±0.12bcd深两优581460.95±0.20f66.68±0.09h73.36±0.77h10.50±0.84fg南粳910861.29±0.11ef67.68±0.09g75.31±0.92g11.29±0.66ef南粳505563.35±0.11c70.12±0.06d76.64±0.34ef11.59±0.14de吉粳81660.06±0.61g65.57±0.16i71.49±0.29i9.04±0.34h五优稻456.06±0.40h63.29±0.17j69.68±0.16j9.88±0.59gh珍珠糯61.07±0.14f67.07±0.19h78.85±0.83c12.48±0.36bcd镇糯1961.30±0.33ef68.17±0.12f76.21±0.34fg12.27±0.55bcde皖垦糯61.70±0.17de68.58±0.38e78.08±0.41cd13.28±0.69b靖西香糯61.50±0.61def67.94±0.58fg77.56±0.93de14.32±0.56a

注:同列不同小写字母代表显著差异(P<0.05);To-起始糊化温度;Tp-峰值温度;Tc-终止温度;ΔH-糊化焓值(下同)。

2.3.2 不同品种大米淀粉的糊化特性分析

如图3所示,参考吴殿星等[18]对大米淀粉 RVA糊化曲线图谱的分类方法,将本研究中的12种大米淀粉划分为中高AM型(>10%,湘早籼45、五优308、珍桂矮、五优稻4、吉粳816)、低AM型(5%~10%,深两优5814、南粳9108、南粳5055)和糯稻型(<5%,镇糯19、靖西香糯、皖垦糯、珍珠糯)。中高AM品种的糊化曲线表现为最终黏度高于峰值黏度、崩解值低且回复值高;低AM品种则呈现最终黏度低、回复值小的特征。糯稻品种的糊化曲线在起始至峰值阶段黏度迅速上升(曲线近乎垂直),而保温及冷却阶段曲线平缓且回复值低。因此,基于RVA糊化曲线的特征参数可筛选具有特定功能性质的大米品种用于不同加工场景。

a-中高AM型;b-低AM型;c-糯稻型

图3 不同品种大米淀粉糊化曲线

Fig.3 Pasting curves of different varieties of rice starch

如表3所示,峰值黏度作为淀粉糊化过程中黏度变化的临界点,范围在2 551~4 356 mPa·s。峰值黏度的显著差异涉及淀粉颗粒吸水膨胀与结构破裂的动态平衡[19],以及微晶区熔化的协同作用[20]。低AM的“南粳”系列为江苏特色软米品种,其糊化特性表现为高峰值黏度、高崩解值及低回复值。崩解值为峰值黏度和最低黏度的差值反映淀粉糊热稳定性,珍桂矮和五优稻4的崩解值显著偏低(P<0.05),抗剪切能力提升[21]。回复值为最终黏度和最低黏度的差值,反映短期回生特性,与AM含量呈显著正相关,由于冷却过程中AM通过氢键重排形成凝胶网络[22]。高AM通过抑制颗粒溶胀,导致成糊温度显著升高。

表3 不同品种大米淀粉糊化特性参数

Table 3 Pasting properties of different varieties of rice starch

样品名称峰值黏度/ mPa s 最低黏度/ mPa s 崩解值/ mPa s 最终黏度/ mPa s 回复值/ mPa s 成糊温度/℃湘早籼453012±9e1594±1e1418±11e2704±13e1110±11e85.60±0.00a珍桂矮2984±83ef2407±15a577±68i4083±25a1676±40b84.83±0.04a五优3082948±35fg1802±6cd1146±40g3592±238b1790±232a82.33±0.04b深两优58142919±31g1427±42f1492±11d2228±49g801±7f76.65±0.00c南粳91083892±25c1973±3b1919±22b2651±21e678±23gh75.10±0.07cd南粳50554356±54a2007±4b2349±51a2630±117e624±114h75.88±0.04c吉粳8163260±22a1830±13c1430±9e3311±16c1481±4c73.00±0.64ef五优稻42551±25i1787±32d764±7h3104±30d1317±1d81.50±0.00b珍珠糯2657±32h1247±31h1410±63e1570±27i323±4i73.50±0.07e镇糯193967±24b1616±44e2351±20a2389±104f773±60fg71.40±1.00f皖垦糯2596±12i1334±35g1262±23f1629±117i295±82i71.45±2.00f靖西香糯3023±27e1393±48f1630±21c1762±42h369±6i74.23±3.43de

2.3.3 不同品种大米淀粉的凝胶特性分析

如表4所示,12种大米淀粉的凝胶硬度呈现显著差异(P<0.05),其范围为22.40~329.57 g。AM含量最高的珍桂矮展现出较大的凝胶强度,在糊化到冷却过程中,游离AM分子通过疏水缔合及氢键作用诱导AP侧链形成高密度交联网络[23]。弹性与内聚性的变化体现形成凝胶网络的差异。糯米淀粉因AP分支结构太长,分子链之间缠绕不够紧密,表现为较低弹性及丝状流变特性。AM含量与凝胶硬度、胶着性、咀嚼性等均呈现显著正相关(P<0.01),这可为选择应用于珍珠粉圆中的大米淀粉品种提供理论依据。

表4 不同品种大米淀粉凝胶质构特征参数

Table 4 Textural characteristics of gels from different varieties of rice starch

样品名称硬度/g弹性/mm内聚性胶着性/g咀嚼性/mJ湘早籼4543.49±5.01e0.53±0.03cd0.59±0.06b25.36±1.74e13.53±1.43e珍桂矮329.57±38.31a0.85±0.03a0.83±0.07a275.43±41.6a234.95±38.68a五优308256.17±10.31b0.84±0.05a0.78±0.06a199.73±22.46b167.51±29.58b深两优581431.19±2.95e0.49±0.01d0.60±0.03b18.65±1.03e9.16±0.46e南粳910840.22±2.86e0.57±0.02c0.65±0.03b26.22±2.53e14.97±1.97e南粳505529.47±2.48e0.50±0.02d0.62±0.03b18.36±1.24e9.13±1.03e吉粳816118.63±12.73d0.77±0.03b0.78±0.04a91.98±10.60d70.94±8.38d五优稻4173.80±25.73c0.83±0.04a0.81±0.04a140.44±26.59c117.64±27.27c珍珠糯22.64±0.56e0.30±0.02f0.60±0.02b13.52±0.70e4.12±0.54e镇糯1944.79±4.97e0.53±0.02cd0.74±0.09a32.90±2.04e18.93±1.79e皖垦糯22.40±1.83e0.27±0.04f0.57±0.06b12.70±0.23e3.43±0.58e靖西香糯26.20±2.39e0.38±0.04e0.62±0.05b16.12±2.16e6.26±1.54e

2.4 不同品种大米淀粉结构与功能性质的关系

图4的皮尔森相关性分析揭示了不同大米淀粉结构参数与功能特性间的内在关联。AM含量与淀粉凝胶硬度、弹性的强正相关(r>0.8)证实其作为短期回生主导因子的特性,通过抑制颗粒溶胀形成致密网络,在降低加工剪切敏感性(与崩解值负相关)的同时影响终产品稳定性(与最终黏度正相关)。RC与ΔH的正相关(r=0.76)则表明致密结晶区需要更高能量解离双螺旋结构,这为调节淀粉糊化温度提供了理论依据。

图4 不同品种大米淀粉结构与功能性质的相关性聚类热图

Fig.4 Heatmap of correlation clustering between amylose structural and functional properties of different rice varieties

层次聚类分析进一步解析了多指标协同作用规律:簇2整合了AM含量、成糊温度、质构参数(硬度/胶着性/咀嚼性等)与最终黏度等,簇内各因子间呈正相关,解释AM含量对功能性质的影响。结合珍珠粉圆口感与质地方面,根据各因子间的协调关系可以选择AM含量<10%的品种进行珍珠粉圆应用初探;簇3中崩解值与峰值黏度的显著正相关(r=0.83)可以在加工中预测产品稳定性,而ΔH与RC的聚类特征为更好的解释低AM含量的大米淀粉在高温加工中的相变行为。簇1中热特性参数(TO/TP/TC)的独立聚类反应温度响应机制可能受其他结构因子调控。该多维分析解释了大米淀粉结构和功能特性间的关系,为珍珠粉圆原料优化提供了理论支撑。

2.5 不同品种大米淀粉添加量对珍珠粉圆感官评价的影响

感官评价结果表明,大米淀粉作为珍珠粉圆原料可行。表5数据显示,随着大米淀粉添加比例提升至50%,不同品种大米淀粉对珍珠粉圆外观具有一定影响:X50和J50样品在糊化过程中AM分子对颗粒膨胀的抑制作用增强,形成更为紧实的质地,但伴随表面光滑度下降;而N50因吸水膨胀系数较大,具有较高的崩解值,导致颗粒结构相对松散。各品种淀粉均保持中性风味,不会掩盖珍珠粉圆制品原有风味特征。在口感维度,J30样品表现出较理想的软糯质地和咀嚼弹性,但当添加量增至50%时,品种特异性增强,直链淀粉/支链淀粉比差异使产品呈现过硬或过软的质地特征。说明调整大米淀粉添加比例及品种选择,可在保持珍珠粉圆传统风味的同时,有效改善其产品质地。

表5 不同品种大米淀粉添加比例对珍珠粉圆感官评价的影响 单位:分

Table 5 Effects of differential addition ratio and varieties of rice starch on sensory evaluation of starch pearls

样品名称外观滋味口感对照18.25±0.96ab16.75±1.75a42.00±2.63bX1017.75±1.22abc16.75±1.25a44.25±1.98abJ1019.00±1.41a18.50±1.00a45.50±3.19abN1019.25±0.96a18.75±1.71a45.00±2.31abX3015.75±1.71bcd17.00±1.45a43.25±2.36bJ3019.00±1.41a17.75±1.06a48.75±2.19aN3017.50±1.73abc18.50±1.91a45.50±2.38abX5015.50±1.08cd16.50±1.38a30.00±2.55cJ5015.50±1.91cd17.00±1.16a32.00±2.29cN5014.50±1.11d18.00±1.63a42.25±3.08b

2.6 不同品种大米淀粉添加量对珍珠粉圆质构的影响

TPA结果表明,大米淀粉的引入可协同改善珍珠粉圆质构特性与短期贮藏稳定性。杨佳[24]在研究淀粉珍珠的抗老化配方时,将珍珠粉圆4 ℃/4 h贮藏后,测定其硬度增加率来表示其老化程度,由图5-a可知,样品组的硬度增加率较对照组显著降低20.7%~55.5%(P<0.05)。结合淀粉糊化特性分析,这可能是由于大米淀粉的低回复值及贮藏后凝胶强度弱。如图5所示,珍珠粉圆的硬度、胶着性与咀嚼性均呈现同步变化趋势,且受大米淀粉品种影响(P<0.05),其中籼米与粳米淀粉在50%添加量时因AM含量提升,凝胶网络致密珍珠粉圆硬度提高,但感官评价说明过高硬度反而导致珍珠粉圆质构适口性下降。而糯米淀粉在低添加比例(≤30%)时对质构参数的贡献度低于木薯淀粉,但随着添加比例提升至50%,其颗粒溶胀效应成为主导因素,导致珍珠粉圆较差的咀嚼性,与感官结果一致。大米淀粉的添加对珍珠粉圆的弹性、内聚性及回复性未产生显著影响,因此不会导致其原有质构特性发生劣变。

a-硬度及硬度增加率;b-弹性;c-内聚性;d-胶着性;e-咀嚼性;f-回复性

图5 不同品种大米淀粉添加量对珍珠粉圆质构的影响

Fig.5 Effects of differential addition ratio and varieties of rice starch on texture of starch pearls

3 结论

本研究系统分析了12种A型结晶结构大米淀粉(AM含量0.83%~29.01%)结构与功能性质之间的关系及其在珍珠粉圆中的应用潜力,结果表明:RC与ΔH呈正相关,双螺旋结构与热稳定性密切相关;高AM型淀粉因双螺旋结构致密化导致糊化起始温度显著升高;基于AM水平差异,RVA图谱可分为中高AM型、低AM型和糯稻型;AM含量与成糊温度、最终黏度及质构参数呈显著正相关,其协同关联机制为珍珠粉圆原料中大米淀粉品种的选择提供了理论依据;其中粳米淀粉在30%添加比例时呈现最优适口性,并具有优于对照组的抑制短期老化现象。该发现揭示了大米淀粉结构与功能性质之间的关系,及应用于珍珠粉圆的可行性,为珍珠粉圆原料的国产化替代提供了理论依据。

参考文献

[1] WING R A,PURUGGANAN M D,ZHANG Q F.The rice genome revolution:From an ancient grain to Green Super Rice[J].Nature Reviews Genetics,2018,19(8):505-517.

[2] 刘传菊,李欢欢,汤尚文,等.大米淀粉结构与特性研究进展[J].中国粮油学报,2019,34(12):107-114.LIU C J,LI H H,TANG S W,et al.A review on structures and properties of rice starches[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2019,34(12):107-114.

[3] 范子玮,张庆,张淑蓉,等.云南软米淀粉的理化性质[J].食品与发酵工业,2017,43(11):87-94.FAN Z W,ZHANG Q,ZHANG S R,et al.Study on the physicochemical properties of Yunnan soft rice starch[J].Food and Fermentation Industries,2017,43(11):87-94.

[4] LAWAL O S,LAPASIN R,BELLICH B,et al.Rheology and functional properties of starches isolated from five improved rice varieties from West Africa[J].Food Hydrocolloids,2011,25(7):1785-1792.

[5] QI M M,SONG J L,JIANG L J,et al.Understanding the degradation mechanisms of cyanide and starch in cassava flour during extrusion processing[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies,2024,91:103548.

[6] WATERSCHOOT J,GOMAND S V,FIERENS E,et al.Production,structure,physicochemical and functional properties of maize,cassava,wheat,potato and rice starches[J].Starch-Stärke,2015,67(1-2):14-29.

[7] WANG Y L,OU X Q,ALI AL-MAQTARI Q,et al.Evaluation of amylose content:Structural and functional properties,analytical techniques,and future prospects[J].Food Chemistry:X,2024,24:101830.

[8] 李亚楠,盛阳晨,牟安琼,等.不同离子型多糖对玉米淀粉性质的影响[J].食品与发酵工业,2025,51(6):224-231.LI Y N,SHENG Y C,MOU A Q,et al.Effects of different ionic polysaccharides on corn starch properties[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(6):224-231.

[9] 陈志刚,张念念,吴雨桐,等.一种湿态即食粉圆及其制备方法:中国,CN111820400A[P].2020-10-27.CHEN Z G,ZHANG N N,WU Y T,et al.A kind of wet instant vermicelli and its preparation method:China,CN111820400A[P].2020-10-27.

[10] 王晶,冯思敏,余佳浩,等.直链淀粉含量对淀粉基凝胶3D打印适应性的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(3):250-260.WANG J,FENG S M,YU J H,et al.Effect of amylose concentration on 3D printing adaptability of starch-based gels[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(3):250-260.

[11] JULIANO B O.Structure,chemistry,and function of the rice grain and its fractions[J].Cereal Foods World,1992,37(10):772-779.

[12] POZO C,RODRGUEZ-LLAMAZARES S,BOUZA R,et al.Study of the structural order of native starch granules using combined FTIR and XRD analysis[J].Journal of Polymer Research,2018,25(12):266.

[13] ZHONG Y Y,LI Z H,QU J Z,et al.Relationship between molecular structure and lamellar and crystalline structure of rice starch[J].Carbohydrate Polymers,2021,258:117616.

[14] 赵冰,陈佩,张晓,等.不同直链淀粉含量米淀粉结构性质的研究[J].食品研究与开发,2015,36(5):5-8.ZHAO B,CHEN P,ZHANG X,et al.Structures and properties of rice starches with different amylose content[J].Food Research and Development,2015,36(5):5-8.

[15] LIU X N,XU Z K,LIU X X,et al.Lamellar structure changes in rice starch during α-amylase hydrolysis:Effect of starch granule surface and channel proteins[J].Food Bioscience,2024,61:104502.

[16] LIU X L,ZHANG J,YANG X J,et al.Combined molecular and supramolecular structural insights into pasting behaviors of starches isolated from native and germinated waxy brown rice[J].Carbohydrate Polymers,2022,283:119148.

[17] GOLDSTEIN A,ANNOR G,PUTAUX J L,et al.Impact of full range of amylose contents on the architecture of starch granules[J].International Journal of Biological Macromolecules,2016,89:305-318.

[18] 吴殿星,舒庆尧,夏英武.利用RVA谱快速鉴别不同表观直链淀粉含量早籼稻的淀粉粘滞特性[J].中国水稻科学,2001,15(1):57-59.WU D X,SHU Q Y,XIA Y W.Rapid identification of starch viscosity property of early indica rice varieties with different apparent amylose content by RVA profile[J].Chinese Journal of Rice Science,2001,15(1):57-59.

[19] WANI A A,SINGH P,AHMAD SHAH M,et al.Rice starch diversity:Effects on structural,morphological,thermal,and physicochemical properties:A review[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2012,11(5):417-436.

[20] WANG S J,ZHANG X,WANG S,et al.Changes of multi-scale structure during mimicked DSC heating reveal the nature of starch gelatinization[J].Scientific Reports,2016,6:28271.

[21] 柳艳梅,左小博,房升,等.亲水性胶体对大米淀粉流变与回生性的影响[J].食品科学,2017,38(1):47-52.LIU Y M,ZUO X B,FANG S,et al.Effect of hydrocolloids on the rheology and retrogradation of rice starch[J].Food Science,2017,38(1):47-52.

[22] KONG X L,ZHU P,SUI Z Q,et al.Physicochemical properties of starches from diverse rice cultivars varying in apparent amylose content and gelatinisation temperature combinations[J].Food Chemistry,2015,172:433-440.

[23] 靳宇丹,王涛,冯伟,等.提取方法对大米淀粉结构与理化性质的影响[J].食品与生物技术学报,2024,43(6):31-39.JIN Y D,WANG T,FENG W,et al.Effects of extraction methods on structural and physicochemical properties of rice starches[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2024,43(6):31-39.

[24] 杨佳.淀粉珍珠的抗老化研究及即食淀粉珍珠的制备[D].武汉:华中农业大学,2024.YANG J.Study on anti-retrogradation of starch pearl and preparation of ready-to-eat[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2024.

Correlation analysis of structural and functional properties of rice starch and its application in starch pearl:A preliminary study

LI Mengjin1,ZHANG Hao2,FENG Wei1,WANG Tao1,LI Yanan1,HUO Jian3,LIU Li3,WANG Ren1*

1(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)2(College of Food Science and Technology,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)3(Hunan Ju Bao Jin Hao Biotechnology Co.Ltd.,Xiangtan 411100,China)

ABSTRACT Rice starch has small particle size and uniform distribution,making it widely used in food and textile industries.Varietal differences contribute to the wide span of straight-chain amylose (AM) content and diverse molecular/crystalline structures,endowing it with differentiated processing and functional properties.This study aims to investigate the relationship between the structural and functional properties of different varieties of rice starch using cluster correlation analysis,and preliminarily evaluate the potential of rice starch for application in starch pearl.Results showed that all 12 varieties of rice starch exhibited typical A-type crystal structure with AM content spanning 0.83%-29.01%.The relative crystallinity was positively correlated with the gelatinization enthalpy.Based on the difference of AM content gradients,RVA profiles could be categorized into three types:medium-high AM type,low AM type and glutinous rice type.During short-term retrogradation,AM significantly influenced gel properties.The incorporation of rice starch improved the low-temperature stability of products (20.7%-55.5% reduction in the increase rate of hardness at 4 ℃/4 h compared with the control,P<0.05).When the addition of japonica rice was 30%,the product showed optimal palatability,where the sensory properties and texture synergized to exhibit the product properties.These findings indicate that rice starch has the feasibility and potential to be applied in starch pearl,providing new insights for raw material optimization in starch pearl products.

Key words rice starch;structure;functional properties;correlation analysis;starch pearl

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042605

引用格式:李梦锦,张昊,冯伟,等.大米淀粉结构与功能性质相关性分析及其在珍珠粉圆中应用初探[J].食品与发酵工业,2025,51(23):304-311.LI Mengjin,ZHANG Hao,FENG Wei,et al.Correlation analysis of structural and functional properties of rice starch and its application in starch pearl:A preliminary study[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(23):304-311.

第一作者:硕士研究生(王韧教授为通信作者,E-mail:nedved_wr@jiangnan.edu.cn)

基金项目:国家重点研发计划项目(2023YFD2100803);国家自然科学基金青年基金项目(32472370)

收稿日期:2025-03-04,改回日期:2025-04-17