Food Hydrocolloids| 煮熟大米壳 - 核异质性解析：碾磨度对分子结构及质地形成的影响
近日，南京农业大学团队在《Food Hydrocolloids》期刊上发表了题为《Unraveling the shell-core heterogeneity in cooked rice: Impact of milling degree on molecular structure and texture formation》的研究性论文（一区，IF：12.4）。该研究聚焦煮熟大米的壳 - 核异质性，分离并表征了不同碾磨度（0%-60%）大米的壳粉与核心粉，探究其对米饭质地的影响。研究发现壳淀粉短链比例高、颗粒小，易形成层状结构且回生倾向低，主要提升米饭粘性；核心淀粉长链多、颗粒大，易形成致密聚集体且回生能力强，主导米饭硬度。随着碾磨度增加，壳层直链淀粉与短支链淀粉含量升高，核心区回生减弱、孔隙率增加，最终使米饭硬度降低、粘性增强，为稻米品质改良提供了理论支撑。
大米作为全球近半数人口的主食，其食用品质尤其是硬度和粘性备受关注，且不同地区消费者偏好存在显著差异。淀粉作为大米的主要成分，是决定其质地的关键因素，但 amylose 含量并非唯一影响因素，淀粉精细结构对质地的作用仍存在争议。烹饪过程中，淀粉及可溶性成分溶出并在表面形成薄膜，使大米呈现独特的壳 - 核结构，已有研究表明壳 - 核成分的链长分布与大米粘性相关，但二者在组成、结构和理化性质上的系统差异及其对大米质地的具体贡献尚不明确。此外，大米籽粒内部成分分布存在空间异质性，碾磨度会改变这种异质性并影响烹饪时的溶出行为，因此通过调控碾磨度探究壳 - 核结构对大米质地形成的机制，对满足多样化消费需求、优化大米品质具有重要意义。
1 壳 - 核淀粉的结构与理化性质差异显著
壳淀粉具有较短的链长（短链比例高）和较小的颗粒尺寸，易形成层状结构，回生倾向低且热稳定性较弱；核心淀粉则富含长链淀粉，颗粒尺寸更大，更易形成致密聚集体，回生能力强且热稳定性更优。从结构特征来看，壳淀粉短程有序结构（R1047/1022 比值 0.53-0.58）和长程结晶度均低于核心淀粉（R1047/1022 比值 0.68-0.74），且壳淀粉在烹饪后完全糊化无结晶峰，核心淀粉冷却后会形成 B 型结晶结构。
2 碾磨度调控壳 - 核成分与结构特征
随着碾磨度从 0% 提升至 60%，壳粉中直链淀粉和短支链淀粉含量显著升高，颗粒尺寸先减小后略有回升，淀粉溶出量增加；核心粉则呈现相对结晶度逐步下降（从 15.43% 降至 7.74%）、回生焓降低（从 2.64 J/g 降至 1.32 J/g）的趋势，同时核心区域孔隙率增加、结构完整性下降。此外，碾磨度升高会缩短大米籽粒传热传质路径，促进核心淀粉糊化，且使籽粒中蛋白质向壳层的迁移减少。
3 壳 - 核结构对大米质地的差异化贡献
壳淀粉是影响大米粘性的核心因素，其直链淀粉和短链淀粉含量的增加会显著提升大米粘性；核心淀粉则主导大米硬度，其长链淀粉形成的致密结构、较高的回生倾向共同赋予大米良好的抗压性。随着碾磨度增加，壳层粘性增强与核心层硬度降低的协同作用，使煮熟大米的整体硬度从 6.04 kg・f 降至 4.87 kg・f，粘性从 0.50 kg・f 升至 0.58 kg・f，口感评分从 88.7 提升至 92.05，质地更符合偏好柔软粘性大米的消费需求。
4 质地调控机制与应用价值明确
碾磨度通过改变大米籽粒的空间异质性，调控壳 - 核结构的成分组成、分子结构及理化性质，进而影响淀粉溶出、糊化与回生行为，最终实现对大米质地的精准调控。该研究揭示了大米壳 - 核异质性与质地形成的内在关联，为通过优化碾磨工艺、定向改良大米品质提供了理论依据，也为稻米育种和加工产业的精细化发展提供了技术支撑。
Fig. 1. (a) Total starch, (b) amylose and (c) protein content in the shell and core flours from cooked rice with different degrees of milling (DOMs); (d) total starch and (e) amylose content in raw rice with different DOMs; (f) total protein content in different layers of raw rice; (g) damaged starch content, (h) peak viscosity, and (i) pasting temperature of raw rice flour with different DOMs; (j) grain size (mm) and hyperspectral images of rice with different DOMs during cooking.
Fig. 2. Chain length distribution of shell and core starches; Difference in chain length distribution between shell starches and core starches.
Fig. 3. Scanning electron microscope images and particle size distribution of shell and core flours.
Fig. 4. (a) Fourier transform infrared spectra, (b) X-ray diffraction patterns, (c) differential scanning calorimetry curves, (d) thermal weight loss curves, and (e) differential thermal analysis curves of shell and core flours. Different letters indicate significant differences (p < 0.05).
Fig. 5. Component distribution of (A) raw rice grain and (B ∼ E) cooked rice grains with degrees of milling of 0, 20 %, 40 %, and 60 %, respectively.
Fig. 6. (a) Hardness, (b) stickiness, and (c) taste value of cooked rice with different degrees of milling. Note: CR1, CR2, CR3, and CR4 represent cooked rice with degree of milling of 0, 20 %, 40 %, and 60 %, respectively. Different letters indicate significant differences (p < 0.05).
Fig. 7. Schematic diagram illustrating the proposed mechanism of how shell-core structure affects rice texture.
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2026.112511
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