《食品科学》：西北农林科技大学杜双奎等：粳糯性黄米淀粉的结构和理化特性

糜子（Panicum miliaceum L.）为禾本科黍属，是我国最古老的栽培作物之一，可种植于干旱贫瘠的土壤，生长期短，是干旱、半干旱地区居民重要的粮食来源。糜子经脱壳、碾米后得到黄米。黄米富含淀粉、蛋白质、膳食纤维、矿物质（钙、铁、镁等）、维生素（烟酸、叶酸等）等营养物质，且不含麸质，是乳糜泻患者的理想食物。此外，受淀粉结构特性及蛋白质、脂质、纤维和多酚等成分的影响，黄米的消化率通常比许多谷物低，且升糖指数较低。

淀粉是黄米中最丰富的碳水化合物，黄米淀粉的结构、功能、形态、流变和理化性质很大程度上决定了黄米淀粉的应用场景及黄米产品的蒸煮和加工特性。依据直链淀粉含量的高低，黄米淀粉通常被分为粳性和糯性2 种。粳性黄米常被用来制作米饭、粥等，糯性黄米则适合制作糕点、酿酒等。

西北农林科技大学食品科学与工程学院的常蕾、李馨怡、杜双奎*等以糯性黄米淀粉（‘陕糜3号’和‘陕糜5号’）和粳性黄米淀粉（‘陕糜4号’和‘陕糜6号’）为实验材料，对其微观形态、晶体结构、短程有序结构、糊化特性、热特性、流变学特性、体外消化特性进行分析，比较糯性和粳性黄米淀粉理化特性的差异，探讨黄米淀粉结构和理化性质之间的关系，以促进不同直链淀粉含量黄米品种的选育，为黄米产品的开发提供数据基础和理论依据。

01

黄米淀粉的总淀粉和直链淀粉含量分析

如表1所示，4 种黄米淀粉的总淀粉含量具有一定差异，质量分数分布在81.81%～94.90%之间，这与半纤维素、木质素、果胶等成分与淀粉的物理相互作用有关，影响了淀粉的提取。直链淀粉含量显著影响淀粉的理化特性和加工品质。粳性黄米淀粉的直链淀粉质量分数为42.62%～42.81%，显著高于糯性黄米淀粉（1.88%～2.97%，P＜0.05）。晁桂梅等研究发现，粳性黄米淀粉的直链淀粉质量分数为26.90%～27.40%，糯性黄米淀粉的直链淀粉质量分数为1.33%～1.39%。Yang Qinghua等的研究结果显示，粳性黄米淀粉和糯性黄米淀粉的直链淀粉质量分数分别为32.80%和2.80%。不同黄米淀粉的直链淀粉含量有所差异，这归因于品种、遗传、环境等因素的不同。

02

黄米淀粉的颗粒微观形貌分析

如图1所示，黄米淀粉颗粒均为多边形或球形，其中多边形颗粒占比较高，这和晁桂梅等的研究结果一致。部分淀粉颗粒表面向内凹陷，这可能是蛋白质体对淀粉颗粒的压迫导致的。观察到黄米淀粉颗粒表面随机分布有微孔，这些微孔提供了进入淀粉颗粒中心腔的通道，使外部溶剂更容易扩散进入淀粉颗粒内部，从而破坏淀粉的无定形区域，降低淀粉结构的致密性，进而提高淀粉的水化和膨胀特性。表面孔隙的存在提高了黄米淀粉的可修饰性，并有助于其在需要高水分结合性能的食品凝胶和增稠剂中的应用。淀粉颗粒表面孔洞可能会提高淀粉消化酶的可及性，从而提高淀粉的消化率。

03

黄米淀粉的结晶特性分析

如图2所示，4 种黄米淀粉均在2θ15°、17°、18°、23°处有明显衍射峰，表明黄米淀粉晶体结构为A型，这与前人的报道结果一致。除4 个强特征衍射峰外，黄米淀粉在2θ 20°附近有一较弱的衍射峰，且粳性黄米淀粉此处衍射峰的强度高于糯性黄米淀粉，这可能与其中直链淀粉-脂质复合物的存在有关，直链淀粉-脂质复合物的存在会影响淀粉的吸水膨胀和酶消化特性。如表2所示，黄米淀粉的结晶度为35.95%～42.69%，其中，糯性黄米淀粉的结晶度显著高于粳性黄米淀粉（P＜0.05）。不同品种黄米淀粉的结晶度不同，这与其直链淀粉含量、直/支链淀粉比例、支链淀粉链长分布的差异有关。

04

黄米淀粉的短程有序结构分析

如图3所示，4 种黄米淀粉具有相似的傅里叶变换红外光谱图。3 600～3 000 cm-1间较宽的吸收峰与羟基的伸缩振动有关，2 930 cm-1附近为—CH2伸缩振动的吸收峰，1 649 cm-1附近的吸收峰由淀粉无定形区所吸收水的O—H振动引起。1 047 cm-1处的吸收峰强度与1 022 cm-1处的吸收峰强度比值（R1 047/1 022）通常可以表示淀粉结晶区与无定形区之间的比例关系，反映淀粉的短程有序度，R1 047/1 022越大，表示有序度越高。如表3所示，4 种黄米淀粉的R1 047/1 022有显著差异（P＜0.05），其中陕糜5号淀粉的R1 047/1 022最高，为0.826，陕糜6号淀粉的R1 047/1 022最低，为0.687。糯性黄米淀粉的R1 047/1 022显著高于粳性黄米淀粉（P＜0.05），这表明糯性黄米淀粉的短程有序度更高，这与其较低直链淀粉含量和较高结晶度有关，这一结果与Sun Xiangxiang等对普通小麦淀粉与糯小麦淀粉的研究结果一致。淀粉的短程有序结构受植物来源、品种、直链淀粉含量和淀粉分子结构的影响，并影响淀粉的理化和加工性质。

05

黄米淀粉的糊化特性分析

如表4所示，黄米淀粉的起糊温度为78.78～80.25 ℃，不同品种间有显著差异（P＜0.05），其中‘陕糜5号’淀粉的起糊温度最低，较易糊化；‘陕糜4号’淀粉的起糊温度最高，较难糊化。与糯性黄米淀粉相比，粳性黄米淀粉的起糊温度较高、峰值黏度较低，这是由于粳性黄米淀粉含有较多的直链淀粉，能够限制淀粉的膨胀和糊化。粳性黄米淀粉的崩解值显著低于糯性黄米淀粉，最终黏度和回生值显著高于糯性黄米淀粉（P＜0.05），说明粳性黄米淀粉具有较强的热糊稳定性和抗剪切性，但其冷糊的稳定性较差、凝胶性强、回生趋势高，这与粳性黄米淀粉较高的直链淀粉含量及较低的结晶度和短程有序度有关。不同的糊化特性决定了黄米淀粉在食品工业中的不同用途，糯性黄米淀粉适合用作增稠剂或胶凝剂，粳性黄米淀粉可作为糖果或断奶食品中的填充物。

06

黄米淀粉的热特性分析

如表5所示，黄米淀粉的To、Tp、Tc和ΔH范围分别为66.64～70.16、70.02～73.83、78.64～83.19 ℃和11.20～16.40 J/g，这与Yang Qinghua等报道结果一致。糯性黄米淀粉的凝胶化温度（To、Tp、Tc）和ΔH均显著高于粳性黄米淀粉（P＜0.05），这是由于糯性黄米淀粉的直链淀粉含量较低、结晶度和短程有序度较高，具有更有序的双螺旋和更紧凑、稳定的晶体结构，因此凝胶化过程需要更高的温度和能量。此外，淀粉的热特性还受支链淀粉链长分布的影响，据报道，短链支链淀粉（聚合度＜10）通常形成较短的双螺旋和较弱的晶体结构，而较长的支链淀粉（聚合度12～23）形成的双螺旋能够跨越整个结晶片层，从而提高晶体热稳定性，导致凝胶化温度升高。相较于糯性黄米淀粉，粳性黄米淀粉具有显著较高的回生率（P＜0.05），这是由于直链淀粉回生的速率比支链淀粉重结晶更快，与回生值结果一致（表4）。

07

黄米淀粉的流变学特性分析

淀粉糊的黏度决定了其作为食品增稠剂的增稠能力，其在剪切加工中的变化影响淀粉基食品的质构特性。如图4所示，随着剪切速率的增加，4 种黄米淀粉糊的表观黏度均呈下降趋势，表明黄米淀粉糊表现出剪切稀化行为，这是假塑性非牛顿流体的特征。不同品种黄米淀粉糊的剪切稀化程度不同，粳性黄米淀粉糊的剪切稀化程度明显高于糯性黄米淀粉糊，这表明在低剪切速率下，直链淀粉对淀粉糊较高的分子间阻力和表观黏度贡献较大。在静置或低剪切速率下，直链淀粉分子链之间及其与支链淀粉分子链相互缠绕，提供了高黏性阻力，阻碍了淀粉分子的流动；在高剪切速率下，淀粉糊空间网络结构被破坏、长链聚合物解缠、分子间流动阻力下降、黏度下降，表现为剪切稀化现象。

如图5所示，4 种黄米淀粉糊的剪切应力均随着剪切速率的增加而提高，表明其为假塑性非牛顿流体。所有样品的剪切速率-剪切应力曲线上行线都可用Herschel-Bulkley模型很好地拟合，决定系数（R2）为0.993～0.999（表6）。τ0是指样品开始流动所需的最小剪切应力。糯性黄米淀粉样品的τ0为负值，粳性黄米淀粉糊的τ0为7.44～13.00 Pa，表明相同条件下粳性黄米淀粉糊比糯性黄米淀粉糊更难流动，前者可能含有某些交联结构或其他相关结构，必须打破这些结构才能实现流动。n表示样品流动行为与牛顿行为的接近性，K反映体系的黏稠度。4 种黄米淀粉糊的n均小于1，表明黄米淀粉糊具有假塑性。糯性黄米淀粉糊的n低于粳性黄米淀粉糊，K高于粳性黄米淀粉糊，表明糯性黄米淀粉糊的假塑性较强、黏稠度较高。此外，观察到所有样品的剪切速率-剪切应力曲线的上行线和下行线不完全重叠，形成了不同大小的滞后环，表明黄米淀粉糊具有触变性。糯性黄米淀粉糊的滞后环面积（4 327.5～5 817.6 Pa/s）远大于粳性黄米淀粉糊（728.1～1 279.2 Pa/s），说明前者触变性大，具有较差的结构稳定性，其体系结构被破坏程度大且不易恢复到初始状态。‘陕糜6号’淀粉糊的滞后环面积最小，表明其触变性最小，剪切变形后易恢复到剪切前的状态，有利于搅拌、混合等工业化加工生产过程。

如图6所示，在线性黏弹性范围内，样品的G’和G”表现出明显的角频率依赖性，即随角频率的增加而提高，且G’始终大于G”，tanδ小于1，表明黄米淀粉糊以弹性为主，为典型的弹性固体弱凝胶体系。粳性黄米淀粉糊的G’高于糯性黄米淀粉糊，tanδ低于糯性黄米淀粉糊，表明粳性黄米淀粉糊的凝胶强度更高，这是由于较多直链淀粉的存在限制了颗粒膨胀和糊化，有利于提高淀粉凝胶网络结构刚性。‘陕糜4号’淀粉糊的G’最高，tanδ最低，表明其淀粉分子链的缠结和相互作用较强，易形成稳定、牢固的凝胶网络结构。

08

黄米淀粉的体外消化特性分析

如表7所示，与粳性黄米淀粉相比，糯性黄米淀粉具有较高的RDS含量及较低的RS含量，表明其容易被消化，这归因于其较低的直链淀粉含量。据Govindaraju等报道，直链淀粉含量与淀粉酶解敏感性呈显著负相关，是决定淀粉水解性质的关键因素。粳性黄米淀粉具有较高的直链淀粉含量，形成了能够阻止淀粉酶渗透并接触α-1,4键的致密结构，因此具有较低的RDS含量及较高的RS含量。淀粉消化特性也受淀粉分子、晶体结构的影响，较多的支链淀粉中间链会形成更有序的晶体结构，导致高凝胶化温度，从而使一些淀粉颗粒不能完全凝胶化，因此降低了消化率。除此之外，淀粉颗粒的形态和大小、糖苷键的排列、直链淀粉-脂质复合物的存在及淀粉颗粒表面蛋白质、脂质和磷酸盐等非淀粉成分的附着等因素均不同程度影响淀粉的消化程度。不同品种黄米淀粉的消化特性显著不同（P＜0.05），其中‘陕糜5号’淀粉的RDS含量最高，可能会导致餐后血糖的快速升高；‘陕糜4号’淀粉的RDS含量最低，RS含量最高，具有相对较强的消化酶抗性，适用于糖尿病人和肥胖人群食品的加工；‘陕糜6号’淀粉的SDS含量较高，能够长时间地供应能量，有利于维持稳定的能量水平和饱腹感。

结论

黄米淀粉颗粒多数为多边形，少数为球形，表面存在微孔。不同黄米淀粉均具有A型晶体结构，傅里叶变换红外光谱图相似。糯性黄米淀粉的结晶度和短程有序度高于粳性黄米淀粉。相较于糯性黄米淀粉，粳性黄米淀粉具有较低的峰值黏度、崩解值和ΔH，但起糊温度和回生趋势较高。黄米淀粉糊是假塑性非牛顿流体，表现出剪切稀化行为，具有触变性，体系以弹性为主，G’大于G”。相较于糯性黄米淀粉，粳性黄米淀粉糊的剪切稀化程度和凝胶强度较高，黏稠度较低、假塑性和触变性较弱。粳性黄米淀粉的RDS含量较低，RS含量较高，适用于糖尿病人和肥胖人群食品的加工。粳/糯性黄米淀粉理化性质的差异与其直链淀粉含量和结构不同密切相关。

本文《粳糯性黄米淀粉的结构和理化特性》来源于《食品科学》2025年46卷第10期88-94页，作者：常 蕾，李馨怡，姚 洋，李梦卿，牛睿淼，杜双奎。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240805-046。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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