近年來，營養(yǎng)健康、資源節(jié)約的全谷物食品成為學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注熱點(diǎn)。然而，全谷物米制食品往往由于外層米糠的加入而引起食品口感粗糙、易碎裂或斷條等問題，尤其是中高水分的凝膠類米制食品。有研究報道，米糠膳食纖維（RBDF）主要由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等組成，90%以上的膳食纖維不溶于水。目前，針對RBDF的改性研究主要集中在提高可溶性膳食纖維含量、改善理化特性以及增強(qiáng)功能活性等方面。

低共熔溶劑（DES）是一種新興綠色溶劑，具有成本低、制備簡單、生物降解性高和可回收性等優(yōu)點(diǎn)。DES具有改善膳食纖維結(jié)構(gòu)、功能性質(zhì)等能力，但DES改性RBDF的研究鮮有報道。

秈米是我國主要的大米品種，常作為中高水分凝膠類食品的原料，比如鮮濕米粉、發(fā)糕、年糕等。秈米中最主要的成分是淀粉，含量一般超過80%。因此全谷物米制食品的品質(zhì)很大程度取決于米糠對秈米淀粉理化性質(zhì)的影響。

湖南女子學(xué)院社會發(fā)展學(xué)院的易翠平，長沙理工大學(xué)食品與生物工程學(xué)院的謝俊文、劉艷蘭*等研究擬采用DES改性米糠膳食纖維（D-RBDF），并分析其對秈米淀粉糊化、流變及質(zhì)構(gòu)等特性的影響，以期為米糠在中高水分全谷物米制食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 RBDF的化學(xué)組成分析

如表1所示，經(jīng)DES改性后，RBDF中酸不溶性木質(zhì)素和半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P＜0.05），而纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加（P＜0.05），從34.65%升高到61.53%。有研究表明，DES中的乳酸（解離常數(shù)為3.86）可與木質(zhì)素的酚羥基和羧基等形成氫鍵，削弱木質(zhì)素分子內(nèi)及分子間的氫鍵作用；同時氯化膽堿提供Cl-，催化木質(zhì)素中β-O-4鍵斷裂，使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)松散并從纖維細(xì)胞壁中脫離。經(jīng)DES處理后，RBDF中油脂、蛋白質(zhì)及淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降（P＜0.05）。這一結(jié)果主要?dú)w因于DES對非纖維成分的溶解和萃取作用。一方面，乳酸-氯化膽堿體系具有較強(qiáng)的極性及氫鍵作用，可有效破壞油脂與細(xì)胞壁組分之間的結(jié)合力，從而促進(jìn)殘留脂質(zhì)的乳化與溶解；另一方面，該溶劑體系能夠與蛋白質(zhì)分子中的氫鍵和疏水鍵相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性并進(jìn)入溶液相，因而殘留在RBDF中的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P＜0.05）。此外，DES可通過破壞淀粉結(jié)晶區(qū)與分子間氫鍵，導(dǎo)致部分淀粉溶解或遷移至上清液，從而減少RBDF的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此，氯化膽堿/乳酸體系的DES改性可使RBDF中的纖維素富集。

2 RBDF的XRD分析

如圖1所示，RBDF和D-RBDF的結(jié)晶度分別為23.5%和45.2%，RBDF中纖維素具有較強(qiáng)的晶體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過DES處理的RBDF結(jié)晶度增大。木質(zhì)素和半纖維素多為無定型區(qū)域，基本沒有X射線衍射強(qiáng)度，纖維素在15.4°、22.0°和34.6°出現(xiàn)的衍射峰，分別對應(yīng)纖維素I型結(jié)構(gòu)的（101）、（002）和（040）晶面。RBDF和D-RBDF在約22°處均出現(xiàn)衍射峰，說明其中的纖維素均為I型纖維素。根據(jù)文獻(xiàn)報道，高結(jié)晶度能夠更好地捕獲和固定纖維內(nèi)部分子之間的相互作用，從而使得纖維更加穩(wěn)定。

3 RBDF的熱重分析

植物纖維的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等化學(xué)組分因結(jié)構(gòu)差異而具有不同的熱分解溫度。如圖2所示，RBDF的DTG曲線中顯示出4 個特征峰，表明樣品中存在不同熱解溫度的化學(xué)組分。第1個特征峰出現(xiàn)在25～100 ℃，峰值為55 ℃，對應(yīng)樣品中水分的蒸發(fā)。第2個特征峰出現(xiàn)在200～327 ℃，峰值為305 ℃，對應(yīng)半纖維素的熱分解。第3個特征峰位于325～384 ℃，峰值為343 ℃，對應(yīng)纖維素的熱分解。D-RBDF的DTG曲線中，其纖維素的分解峰（349 ℃）較RBDF（343 ℃）的略有后移，表明D-RBDF的熱穩(wěn)定性增加。這種變化主要?dú)w因于D-RBDF中纖維素含量的增加和結(jié)構(gòu)變化，DES選擇性去除半纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉和油脂等無定形或低熱穩(wěn)定性組分，使纖維素結(jié)晶區(qū)暴露并發(fā)生重新排列，導(dǎo)致纖維素結(jié)晶度提高（圖2），從而增加了熱裂解的活化能。同時有研究表明，纖維素反應(yīng)基團(tuán)的變化也可以影響其熱穩(wěn)定性。第4個特征峰位于382～700 ℃，峰值對應(yīng)溫度為409 ℃，主要源于木質(zhì)素的熱降解。木質(zhì)素?zé)峤到鉁囟确秶鸀?00～700 ℃，最大質(zhì)量損失率所對應(yīng)的溫度范圍為399～450 ℃。相比之下，DES改性后的D-RBDF在409 ℃的特征峰顯著增強(qiáng)，可能由于DES處理可以通過改變RBDF的孔隙結(jié)構(gòu)而促進(jìn)木質(zhì)素的釋放。從TG曲線來看，D-RBDF的初始分解溫度（255 ℃）明顯高于RBDF（166 ℃），進(jìn)一步表明DES改性可以提高RBDF的熱穩(wěn)定性。Ma Jingxia等利用DES改性漢麻纖維的熱穩(wěn)定性具有與本研究類似的結(jié)果。

4 RBDF對秈米淀粉凝膠微觀形貌的影響

秈米淀粉凝膠的微觀形貌如圖3所示。未添加RBDF的秈米淀粉凝膠表面光滑致密。隨著RBDF的添加，凝膠表面發(fā)生了明顯變化。當(dāng)添加3%的RBDF后，凝膠的表面出現(xiàn)了不規(guī)則的凹陷和裂紋，這可能是RBDF與淀粉顆粒之間的吸附和糊化作用所致；而添加3%的D-RBDF后，凝膠表面出現(xiàn)了連續(xù)褶皺和凹陷，表明D-RBDF與淀粉的相互作用增強(qiáng)；添加6% RBDF的秈米淀粉凝膠表面結(jié)構(gòu)更加粗糙，而添加6% D-RBDF的秈米淀粉凝膠表面形成多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5 RBDF對秈米淀粉理化性質(zhì)的影響

5.1 糊化特性

如表2所示，隨著膳食纖維的添加，秈米淀粉的糊化溫度升高，而峰值黏度顯著降低。這可能是因為膳食纖維與淀粉分子競爭水分，導(dǎo)致糊化不充分。在相同添加量下，D-RBDF對秈米淀粉峰值黏度的影響趨勢與RBDF類似。此外，RBDF與D-RBDF的添加均能顯著降低淀粉的回生值，其中D-RBDF的降低效果更為明顯，且在添加量為6%時最顯著，其回生值達(dá)到最低（860.20 cP）?；厣捣从澈蟮矸鄣闹亟Y(jié)晶和老化程度，其越低表明抗老化能力越強(qiáng)，有助于提高抗消化能力。這可能與RBDF包裹淀粉顆粒，阻礙直鏈淀粉分子鏈的相互靠近、干擾其重排成有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于D-RBDF的纖維素含量增加，其與直鏈淀粉中羥基的競爭性結(jié)合增加，進(jìn)一步削弱淀粉分子間的氫鍵作用，抑制雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成，增強(qiáng)對淀粉回生的抑制。崩解值能夠反映淀粉糊的穩(wěn)定性。隨著膳食纖維添加量的增加，秈米淀粉的崩解值增大，說明其抗剪切性和熱穩(wěn)定性下降。這可能是由于膳食纖維對水分的吸附和阻礙作用，導(dǎo)致糊化過程中淀粉顆粒周圍的水分分布不均勻，某些區(qū)域淀粉顆粒受到局部過熱影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致崩解值升高。

5.2 流變特性

G’能夠反映淀粉凝膠的彈性特性，其數(shù)值越高表示淀粉凝膠在受外力作用時形變恢復(fù)的能力越強(qiáng)。隨著頻率的增加，秈米淀粉的G’均呈現(xiàn)上升趨勢（圖4A），表明其彈性增強(qiáng)。膳食纖維的添加導(dǎo)致秈米淀粉的G’減小，說明其削弱了淀粉凝膠的形變恢復(fù)能力。可能是因為膳食纖維作為剛性顆粒嵌入淀粉凝膠體系中，限制了彈性凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，這與Xu Ning等的研究結(jié)果基本一致。在相同添加量下，D-RBDF使秈米淀粉的G’更低，可能與其更高的纖維素含量有關(guān)，纖維素含量的增加進(jìn)一步抑制直鏈淀粉分子鏈的重新聚合排列，導(dǎo)致淀粉的分子間相互作用力進(jìn)一步減弱。添加D-RBDF的秈米淀粉凝膠表面微觀結(jié)構(gòu)比較粗糙多孔（圖3），也證實D-RBDF弱化了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。G”反映淀粉凝膠的黏性特性，即其在受外力作用下的流動性。隨著頻率的升高，秈米淀粉的G”均呈現(xiàn)上升趨勢（圖4B），說明秈米淀粉凝膠的黏性增強(qiáng)。膳食纖維的添加降低了秈米淀粉的G”，表明其黏性減弱。D-RBDF的影響更為顯著?？赡芤驗镈-RBDF的纖維素含量更高，增強(qiáng)了與淀粉的水分競爭，導(dǎo)致連續(xù)相黏度下降。另一方面，米糠的膳食纖維硬度比秈米淀粉大，具有較強(qiáng)的填充效應(yīng)，D-RBDF的纖維素含量增加（纖維素的微纖絲機(jī)械強(qiáng)度更大）補(bǔ)償甚至超越了它破壞淀粉網(wǎng)絡(luò)所帶來的負(fù)面效應(yīng)，整體網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度反而增強(qiáng)，因此D-RBDF使秈米淀粉的G”降低。損耗因子（tan δ＝G”/G’）反映淀粉凝膠黏性與彈性性質(zhì)的相對強(qiáng)度。隨著頻率的增加，秈米淀粉的tan δ均呈現(xiàn)上升趨勢，且始終小于1（圖4C），說明無論是否添加米糠的膳食纖維，秈米淀粉凝膠均以彈性行為為主。膳食纖維的添加增大了秈米淀粉的tan δ，且在相同添加量下，D-RBDF-RS組的tan δ更高。

5.3 質(zhì)構(gòu)特性

如表3所示，硬度反映凝膠對外力作用產(chǎn)生形變的抵抗能力，與直鏈淀粉的聚集和排列緊密相關(guān)。隨著膳食纖維的添加，秈米淀粉凝膠的硬度顯著增大（P＜0.05），當(dāng)RBDF添加量從3%增至6%時，凝膠的硬度增加了66.6%。這可能是由于剛性較強(qiáng)的RBDF在秈米淀粉體系中占據(jù)更大空間，對淀粉分子鏈的運(yùn)動阻礙更顯著，進(jìn)而增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密性和穩(wěn)定性。當(dāng)添加量為6%時，D-RBDF與RBDF對淀粉凝膠硬度的影響無顯著差異。此外，所有秈米淀粉凝膠的彈性均接近于1，說明其均具有較好的彈性品質(zhì)。添加膳食纖維秈米淀粉凝膠的彈性均略微減小，可能是因為RBDF阻礙了淀粉溶脹，使凝膠的彈性降低，這與流變特性的結(jié)果相印證。RBDF與D-RBDF對秈米淀粉凝膠的彈性沒有顯著差異。在膠黏性方面，秈米淀粉凝膠的膠黏性隨著RBDF的添加量增加而增大。對于咀嚼性，秈米淀粉凝膠的咀嚼性為3.63 N，而添加3%和6%的RBDF后分別顯著增加至43.23 N和65.86 N（P＜0.05）。D-RBDF的添加對凝膠咀嚼性的影響趨勢與RBDF基本一致?？傊?，RBDF顯著影響秈米淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，但DES改性前后的RBDF對秈米淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性無顯著影響。雖然添加D-RBDF的淀粉凝膠表面結(jié)構(gòu)比添加RBDF的凝膠表面結(jié)構(gòu)更加粗糙多孔（圖3），出現(xiàn)微裂紋（脆弱點(diǎn)），但同時RBDF本身也可能通過以下方式增強(qiáng)了淀粉凝膠基體：一方面，米糠的膳食纖維作為額外的物理交聯(lián)點(diǎn)增強(qiáng)了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的剛性。另一方面，米糠的膳食纖維（尤其是纖維素的微纖絲）具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，它們分散在淀粉基質(zhì)中起到了增強(qiáng)作用，流變學(xué)特性也驗證了這一結(jié)論。因此，淀粉凝膠的“脆化效應(yīng)”（裂紋）和“增強(qiáng)效應(yīng)”（纖維加固）相互抵消，導(dǎo)致改性前后米糠膳食纖維-淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)參數(shù)無顯著差異。

結(jié)論

本研究采用氯化膽堿-乳酸體系對RBDF進(jìn)行綠色改性，系統(tǒng)評價了改性產(chǎn)物D-RBDF對秈米淀粉理化性質(zhì)的影響。DES處理可選擇性去除酸不溶木質(zhì)素、半纖維素及雜質(zhì)，使纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由34.65%顯著增至61.53%，結(jié)晶度由23.5%提高至45.2%，熱穩(wěn)定性顯著提升（初始分解溫度由166 ℃升至255 ℃）。D-RBDF的加入使秈米淀粉的糊化溫度升高、崩解值增大，峰值黏度和回生值顯著降低，其中在6%添加量條件下秈米淀粉凝膠的回生值降至860.20 cP，表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗老化能力，D-RBDF使秈米淀粉凝膠表面呈現(xiàn)更多凹陷和裂紋。流變特性分析結(jié)果顯示D-RBDF顯著降低了淀粉凝膠的G’和G”值，并提高tanδ，秈米淀粉凝膠剛性減弱、黏性增強(qiáng)，且隨添加量增加效果更為顯著。D-RBDF使淀粉凝膠硬度、膠黏性和咀嚼度顯著增加，而彈性下降。綜上，DES改性通過調(diào)控RBDF的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，顯著改變了其在秈米淀粉的品質(zhì)特性，為開發(fā)高膳食纖維、低回生、適宜質(zhì)構(gòu)特性的全谷物米制食品提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

作者簡介

第一作者

易翠平，二級教授，博士生導(dǎo)師。澳大利亞墨爾本大學(xué)高級研究學(xué)者、加拿大圭爾夫大學(xué)訪問學(xué)者。全國優(yōu)秀糧油科技工作者，中國糧油學(xué)會食品分會常務(wù)理事，中國糧食行業(yè)協(xié)會大米分會專家委員會專家。Journal of Cereal Science、《糧食食品科技》、《糧食與油脂》等雜志編委。主要從事谷物化學(xué)與品質(zhì)、糧食加工的教學(xué)與科研工作，主持和承擔(dān)十四五重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“米制食品現(xiàn)代化綠色加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與核心裝備創(chuàng)制”課題、國家自然科學(xué)基金、湖南省營養(yǎng)谷物企業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊等各級科研項目30余項；主持“秈稻加工提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”等科研成果獲得湖南省科技進(jìn)步二等獎、中國糧油學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎、三等獎等省部級獎勵3項。培養(yǎng)博士、碩士研究生50余名，在《食品科學(xué)》、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Trends in Food Science and Technology等國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文200余篇（含ESI 2 篇），授權(quán)國家發(fā)明專利20余項（含國際專利1 項），主編《米粉加工工藝學(xué)》等著作6 部。

引文格式：

易翠平, 謝俊文, 張思頡, 等. 低共熔溶劑改性米糠膳食纖維對秈米淀粉理化性質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 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.

實習(xí)編輯：劉芯；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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