《食品科学》：长沙理工大学刘艳兰博士等：低共熔溶剂改性米糠膳食纤维对籼米淀粉理化性质的影响

近年来，营养健康、资源节约的全谷物食品成为学界和产业界的关注热点。然而，全谷物米制食品往往由于外层米糠的加入而引起食品口感粗糙、易碎裂或断条等问题，尤其是中高水分的凝胶类米制食品。有研究报道，米糠膳食纤维（RBDF）主要由木质素、纤维素和半纤维素等组成，90%以上的膳食纤维不溶于水。目前，针对RBDF的改性研究主要集中在提高可溶性膳食纤维含量、改善理化特性以及增强功能活性等方面。

低共熔溶剂（DES）是一种新兴绿色溶剂，具有成本低、制备简单、生物降解性高和可回收性等优点。DES具有改善膳食纤维结构、功能性质等能力，但DES改性RBDF的研究鲜有报道。

籼米是我国主要的大米品种，常作为中高水分凝胶类食品的原料，比如鲜湿米粉、发糕、年糕等。籼米中最主要的成分是淀粉，含量一般超过80%。因此全谷物米制食品的品质很大程度取决于米糠对籼米淀粉理化性质的影响。

湖南女子学院社会发展学院的易翠平，长沙理工大学食品与生物工程学院的谢俊文、刘艳兰*等研究拟采用DES改性米糠膳食纤维（D-RBDF），并分析其对籼米淀粉糊化、流变及质构等特性的影响，以期为米糠在中高水分全谷物米制食品中的应用提供理论依据。

1 RBDF的化学组成分析

如表1所示，经DES改性后，RBDF中酸不溶性木质素和半纤维素质量分数显著降低（P＜0.05），而纤维素质量分数显著增加（P＜0.05），从34.65%升高到61.53%。有研究表明，DES中的乳酸（解离常数为3.86）可与木质素的酚羟基和羧基等形成氢键，削弱木质素分子内及分子间的氢键作用；同时氯化胆碱提供Cl-，催化木质素中β-O-4键断裂，使木质素结构松散并从纤维细胞壁中脱离。经DES处理后，RBDF中油脂、蛋白质及淀粉质量分数显著下降（P＜0.05）。这一结果主要归因于DES对非纤维成分的溶解和萃取作用。一方面，乳酸-氯化胆碱体系具有较强的极性及氢键作用，可有效破坏油脂与细胞壁组分之间的结合力，从而促进残留脂质的乳化与溶解；另一方面，该溶剂体系能够与蛋白质分子中的氢键和疏水键相互作用，导致蛋白质变性并进入溶液相，因而残留在RBDF中的蛋白质量分数显著降低（P＜0.05）。此外，DES可通过破坏淀粉结晶区与分子间氢键，导致部分淀粉溶解或迁移至上清液，从而减少RBDF的淀粉质量分数。因此，氯化胆碱/乳酸体系的DES改性可使RBDF中的纤维素富集。

2 RBDF的XRD分析

如图1所示，RBDF和D-RBDF的结晶度分别为23.5%和45.2%，RBDF中纤维素具有较强的晶体结构，经过DES处理的RBDF结晶度增大。木质素和半纤维素多为无定型区域，基本没有X射线衍射强度，纤维素在15.4°、22.0°和34.6°出现的衍射峰，分别对应纤维素I型结构的（101）、（002）和（040）晶面。RBDF和D-RBDF在约22°处均出现衍射峰，说明其中的纤维素均为I型纤维素。根据文献报道，高结晶度能够更好地捕获和固定纤维内部分子之间的相互作用，从而使得纤维更加稳定。

3 RBDF的热重分析

植物纤维的木质素、纤维素和半纤维素等化学组分因结构差异而具有不同的热分解温度。如图2所示，RBDF的DTG曲线中显示出4 个特征峰，表明样品中存在不同热解温度的化学组分。第1个特征峰出现在25～100 ℃，峰值为55 ℃，对应样品中水分的蒸发。第2个特征峰出现在200～327 ℃，峰值为305 ℃，对应半纤维素的热分解。第3个特征峰位于325～384 ℃，峰值为343 ℃，对应纤维素的热分解。D-RBDF的DTG曲线中，其纤维素的分解峰（349 ℃）较RBDF（343 ℃）的略有后移，表明D-RBDF的热稳定性增加。这种变化主要归因于D-RBDF中纤维素含量的增加和结构变化，DES选择性去除半纤维素、蛋白质、淀粉和油脂等无定形或低热稳定性组分，使纤维素结晶区暴露并发生重新排列，导致纤维素结晶度提高（图2），从而增加了热裂解的活化能。同时有研究表明，纤维素反应基团的变化也可以影响其热稳定性。第4个特征峰位于382～700 ℃，峰值对应温度为409 ℃，主要源于木质素的热降解。木质素热降解温度范围为200～700 ℃，最大质量损失率所对应的温度范围为399～450 ℃。相比之下，DES改性后的D-RBDF在409 ℃的特征峰显著增强，可能由于DES处理可以通过改变RBDF的孔隙结构而促进木质素的释放。从TG曲线来看，D-RBDF的初始分解温度（255 ℃）明显高于RBDF（166 ℃），进一步表明DES改性可以提高RBDF的热稳定性。Ma Jingxia等利用DES改性汉麻纤维的热稳定性具有与本研究类似的结果。

4 RBDF对籼米淀粉凝胶微观形貌的影响

籼米淀粉凝胶的微观形貌如图3所示。未添加RBDF的籼米淀粉凝胶表面光滑致密。随着RBDF的添加，凝胶表面发生了明显变化。当添加3%的RBDF后，凝胶的表面出现了不规则的凹陷和裂纹，这可能是RBDF与淀粉颗粒之间的吸附和糊化作用所致；而添加3%的D-RBDF后，凝胶表面出现了连续褶皱和凹陷，表明D-RBDF与淀粉的相互作用增强；添加6% RBDF的籼米淀粉凝胶表面结构更加粗糙，而添加6% D-RBDF的籼米淀粉凝胶表面形成多孔网络结构。

5 RBDF对籼米淀粉理化性质的影响

5.1 糊化特性

如表2所示，随着膳食纤维的添加，籼米淀粉的糊化温度升高，而峰值黏度显著降低。这可能是因为膳食纤维与淀粉分子竞争水分，导致糊化不充分。在相同添加量下，D-RBDF对籼米淀粉峰值黏度的影响趋势与RBDF类似。此外，RBDF与D-RBDF的添加均能显著降低淀粉的回生值，其中D-RBDF的降低效果更为明显，且在添加量为6%时最显著，其回生值达到最低（860.20 cP）。回生值反映糊化后淀粉的重结晶和老化程度，其越低表明抗老化能力越强，有助于提高抗消化能力。这可能与RBDF包裹淀粉颗粒，阻碍直链淀粉分子链的相互靠近、干扰其重排成有序的结晶结构有关。由于D-RBDF的纤维素含量增加，其与直链淀粉中羟基的竞争性结合增加，进一步削弱淀粉分子间的氢键作用，抑制双螺旋结构的形成，增强对淀粉回生的抑制。崩解值能够反映淀粉糊的稳定性。随着膳食纤维添加量的增加，籼米淀粉的崩解值增大，说明其抗剪切性和热稳定性下降。这可能是由于膳食纤维对水分的吸附和阻碍作用，导致糊化过程中淀粉颗粒周围的水分分布不均匀，某些区域淀粉颗粒受到局部过热影响而发生结构破坏，从而导致崩解值升高。

5.2 流变特性

G’能够反映淀粉凝胶的弹性特性，其数值越高表示淀粉凝胶在受外力作用时形变恢复的能力越强。随着频率的增加，籼米淀粉的G’均呈现上升趋势（图4A），表明其弹性增强。膳食纤维的添加导致籼米淀粉的G’减小，说明其削弱了淀粉凝胶的形变恢复能力。可能是因为膳食纤维作为刚性颗粒嵌入淀粉凝胶体系中，限制了弹性凝胶网络的形成，这与Xu Ning等的研究结果基本一致。在相同添加量下，D-RBDF使籼米淀粉的G’更低，可能与其更高的纤维素含量有关，纤维素含量的增加进一步抑制直链淀粉分子链的重新聚合排列，导致淀粉的分子间相互作用力进一步减弱。添加D-RBDF的籼米淀粉凝胶表面微观结构比较粗糙多孔（图3），也证实D-RBDF弱化了淀粉凝胶网络结构。G”反映淀粉凝胶的黏性特性，即其在受外力作用下的流动性。随着频率的升高，籼米淀粉的G”均呈现上升趋势（图4B），说明籼米淀粉凝胶的黏性增强。膳食纤维的添加降低了籼米淀粉的G”，表明其黏性减弱。D-RBDF的影响更为显著。可能因为D-RBDF的纤维素含量更高，增强了与淀粉的水分竞争，导致连续相黏度下降。另一方面，米糠的膳食纤维硬度比籼米淀粉大，具有较强的填充效应，D-RBDF的纤维素含量增加（纤维素的微纤丝机械强度更大）补偿甚至超越了它破坏淀粉网络所带来的负面效应，整体网络强度反而增强，因此D-RBDF使籼米淀粉的G”降低。损耗因子（tan δ＝G”/G’）反映淀粉凝胶黏性与弹性性质的相对强度。随着频率的增加，籼米淀粉的tan δ均呈现上升趋势，且始终小于1（图4C），说明无论是否添加米糠的膳食纤维，籼米淀粉凝胶均以弹性行为为主。膳食纤维的添加增大了籼米淀粉的tan δ，且在相同添加量下，D-RBDF-RS组的tan δ更高。

5.3 质构特性

如表3所示，硬度反映凝胶对外力作用产生形变的抵抗能力，与直链淀粉的聚集和排列紧密相关。随着膳食纤维的添加，籼米淀粉凝胶的硬度显著增大（P＜0.05），当RBDF添加量从3%增至6%时，凝胶的硬度增加了66.6%。这可能是由于刚性较强的RBDF在籼米淀粉体系中占据更大空间，对淀粉分子链的运动阻碍更显著，进而增强凝胶网络的致密性和稳定性。当添加量为6%时，D-RBDF与RBDF对淀粉凝胶硬度的影响无显著差异。此外，所有籼米淀粉凝胶的弹性均接近于1，说明其均具有较好的弹性品质。添加膳食纤维籼米淀粉凝胶的弹性均略微减小，可能是因为RBDF阻碍了淀粉溶胀，使凝胶的弹性降低，这与流变特性的结果相印证。RBDF与D-RBDF对籼米淀粉凝胶的弹性没有显著差异。在胶黏性方面，籼米淀粉凝胶的胶黏性随着RBDF的添加量增加而增大。对于咀嚼性，籼米淀粉凝胶的咀嚼性为3.63 N，而添加3%和6%的RBDF后分别显著增加至43.23 N和65.86 N（P＜0.05）。D-RBDF的添加对凝胶咀嚼性的影响趋势与RBDF基本一致。总之，RBDF显著影响籼米淀粉凝胶的质构特性，但DES改性前后的RBDF对籼米淀粉凝胶质构特性无显著影响。虽然添加D-RBDF的淀粉凝胶表面结构比添加RBDF的凝胶表面结构更加粗糙多孔（图3），出现微裂纹（脆弱点），但同时RBDF本身也可能通过以下方式增强了淀粉凝胶基体：一方面，米糠的膳食纤维作为额外的物理交联点增强了淀粉凝胶网络的刚性。另一方面，米糠的膳食纤维（尤其是纤维素的微纤丝）具有很高的机械强度，它们分散在淀粉基质中起到了增强作用，流变学特性也验证了这一结论。因此，淀粉凝胶的“脆化效应”（裂纹）和“增强效应”（纤维加固）相互抵消，导致改性前后米糠膳食纤维-淀粉凝胶的质构参数无显著差异。

结论

本研究采用氯化胆碱-乳酸体系对RBDF进行绿色改性，系统评价了改性产物D-RBDF对籼米淀粉理化性质的影响。DES处理可选择性去除酸不溶木质素、半纤维素及杂质，使纤维素质量分数由34.65%显著增至61.53%，结晶度由23.5%提高至45.2%，热稳定性显著提升（初始分解温度由166 ℃升至255 ℃）。D-RBDF的加入使籼米淀粉的糊化温度升高、崩解值增大，峰值黏度和回生值显著降低，其中在6%添加量条件下籼米淀粉凝胶的回生值降至860.20 cP，表现出更强的抗老化能力，D-RBDF使籼米淀粉凝胶表面呈现更多凹陷和裂纹。流变特性分析结果显示D-RBDF显著降低了淀粉凝胶的G’和G”值，并提高tanδ，籼米淀粉凝胶刚性减弱、黏性增强，且随添加量增加效果更为显著。D-RBDF使淀粉凝胶硬度、胶黏性和咀嚼度显著增加，而弹性下降。综上，DES改性通过调控RBDF的化学组成与结构，显著改变了其在籼米淀粉的品质特性，为开发高膳食纤维、低回生、适宜质构特性的全谷物米制食品提供了理论依据与技术支撑。

作者简介

第一作者

易翠平，二级教授，博士生导师。澳大利亚墨尔本大学高级研究学者、加拿大圭尔夫大学访问学者。全国优秀粮油科技工作者，中国粮油学会食品分会常务理事，中国粮食行业协会大米分会专家委员会专家。Journal of Cereal Science、《粮食食品科技》、《粮食与油脂》等杂志编委。主要从事谷物化学与品质、粮食加工的教学与科研工作，主持和承担十四五重点研发计划项目“米制食品现代化绿色加工关键技术研发与核心装备创制”课题、国家自然科学基金、湖南省营养谷物企业创新团队等各级科研项目30余项；主持“籼稻加工提质增效关键技术创新与产业化应用”等科研成果获得湖南省科技进步二等奖、中国粮油学会科学技术一等奖、三等奖等省部级奖励3项。培养博士、硕士研究生50余名，在《食品科学》、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Trends in Food Science and Technology等国内外高水平学术期刊发表论文200余篇（含ESI 2 篇），授权国家发明专利20余项（含国际专利1 项），主编《米粉加工工艺学》等著作6 部。

引文格式：

易翠平, 谢俊文, 张思颉, 等. 低共熔溶剂改性米糠膳食纤维对籼米淀粉理化性质的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(2):85-91. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250709-072.

YI Cuiping, XIE Junwen, ZHANG Sijie, et al. Effect of deep eutectic solvent-modified rice bran dietary fiber on physicochemical properties of indica rice starch[J]. Food Science, 2026, 47(2): 85-91. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250709-072.

实习编辑：刘芯；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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