安徽农业大学杜先锋教授团队阐明三个糯稻品种淀粉的精细结构与理化性质之间的关系

导读：该研究围绕不同籼粳类型糯米淀粉展开系统分析，重点探究亚种分化对淀粉多尺度结构的影响，以及结构差异如何决定热学特性与体外消化速率。作者选取两种籼糯与一种粳糯为原料，从颗粒形貌、分子链分布、结晶有序性、层状排列等多个维度解析结构特征，并对比糊化性能、热稳定性、消化组分比例等关键指标。结果证实，支链淀粉链长分布是调控糯米淀粉整体结构的核心因素，籼粳分化带来的链结构差异，直接导致淀粉在结晶紧密程度、耐热性与消化速度上呈现显著区别，最终明确了不同糯米淀粉的适配应用场景，为稻米加工与品种选育提供了理论支撑。

研究背景

（一）糯米淀粉在食品工业中占据关键地位

糯米是亚洲地区广泛种植的特色粮食品种，也是年糕、汤圆、米酒、调味酒等传统食品与发酵产品的核心原料。淀粉作为糯米籽粒中最主要的成分，其品质直接决定最终产品的口感、加工特性与货架期。糯米淀粉以支链淀粉为主、直链淀粉含量极低，结构与普通稻米淀粉差异明显，也让其具备黏度高、口感软糯、易糊化等独特优势。随着食品加工精细化发展，精准把控糯米淀粉的功能特性，成为提升产品品质的重要前提。

（二）籼粳亚种分化对淀粉的影响机制尚未明确

水稻分为籼稻与粳稻两大亚种，二者在生长特性、籽粒形态、成分组成上存在显著差异，这种分化也会深刻影响淀粉的结构与性能。目前，关于普通稻米淀粉的籼粳差异已有较多研究，但针对糯米淀粉的系统性分析相对匮乏。由于糯米淀粉几乎不含直链淀粉，其结构调控规律与普通淀粉不同，无法直接套用已有结论，籼粳分化究竟如何改变糯米淀粉的多尺度结构，进而影响加工与消化特性，仍是亟待解答的科学问题。

（三）多尺度构效关系研究存在明显缺口

淀粉的功能特性由分子链、短程有序、结晶结构、颗粒形态等多尺度结构共同决定。现有研究大多只关注单一结构指标，缺乏从链分布到层状排列的完整解析，也难以建立全面的结构与功能关联模型。在实际应用中，加工企业往往只能凭借经验选用糯米品种，无法根据产品需求精准匹配淀粉特性，导致原料利用率低、产品品质不稳定。因此，开展糯米淀粉多尺度结构与理化性质的关联研究，具备重要的理论与产业价值。

核心内容

（一）不同糯米淀粉的多尺度结构差异显著

作者团队对三种糯米淀粉的结构进行全方位解析，发现籼糯与粳糯在多个结构维度存在明显分异。在分子链层面，籼糯中一种材料以短支链为主，另一种以中长支链占优，粳糯则处于中间水平；在结晶结构上，所有样品均为 A 型结晶，但结晶度与分子有序度差异显著，中长链更多的样品结晶程度更高、结构更紧密；在层状排列上，短链较多的淀粉层状结构更疏松，长链较多的淀粉层间距更小、规整度更高。这些差异均与籼粳亚种分化直接相关。

（二）结构特征直接决定淀粉的热学与消化性能

研究证实，淀粉的结构差异直接映射到理化性质上。热学特性方面，结晶度高、结构紧密的淀粉糊化温度更高、热稳定性更强，需要更高温度才能完成糊化；消化特性方面，短链多、结构疏松的淀粉快速消化淀粉比例更高，更容易被酶解，中长链多、结构致密的淀粉缓慢消化淀粉比例更高，粳糯材料则表现出最高的抗性淀粉含量。“支链淀粉链长分布是调控糯米淀粉结构与功能的核心因素”（Xu et al., 2026），这一规律也为不同应用场景提供了选材依据。

亮点价值

（一）科学价值：完善低直链淀粉的构效关系理论

该研究突破传统研究只关注普通稻米淀粉的局限，首次针对极低直链淀粉含量的糯米淀粉，建立起 “籼粳分化 — 分子链分布 — 多尺度结构 — 理化性质” 的完整逻辑链条。研究明确了支链淀粉链长、结晶有序性、层状结构与热学、消化性能的定量关联，补充了糯米淀粉结构功能关系的理论空白，也为谷物淀粉结构调控机制研究提供了新的思路与方法。

（二）应用价值：实现糯米原料的精准化选用

基于研究结论，不同结构特征的糯米淀粉可以对应不同的加工场景。热稳定性高、缓慢消化比例高的品种，适合烘焙、挤压等高溫加工食品与低升糖食品开发；快速消化比例高的品种，更适合米酒、食醋等发酵产业，利于提高糖化与发酵效率；抗性淀粉含量高的粳糯品种，可作为功能主食原料。该成果让食品企业从 “经验选料” 转向 “精准配米”，有效提升产品品质稳定性与原料利用率。

图文赏析

图 1 三种糯米淀粉的多尺度结构表征：(A) X 射线衍射（XRD）图谱；(B) 傅里叶变换红外光谱（FTIR）全谱；(C) 800–1200 cm⁻¹ 区间去卷积处理后的红外光谱；(D) 基于 XRD 计算的相对结晶度；(E) 由红外光谱得到的 1056/1022 cm⁻¹ 与 1022/995 cm⁻¹ 吸光度比值；(F–H) 固态 ¹³C 交叉极化 / 魔角旋转核磁共振（¹³C CP/MAS NMR）图谱；(I) 拉曼光谱；(J–L) 支链淀粉链长分布（CLD）曲线。

图 3 糯米淀粉多尺度结构与分子排布示意图，包括颗粒生长环结构、结晶 / 无定形交替层状结构，以及直链淀粉与支链淀粉的分子结构。

图 4 糯米淀粉晶体结构与性质间的 Mantel 检验（A）、分子量与性质间的 Mantel 检验（B）及淀粉链长分布与性质间的 Mantel 检验（C）

结论展望

（一）研究总结

该研究系统揭示了籼粳亚种分化对糯米淀粉多尺度结构的调控作用，证实支链淀粉链长分布是决定淀粉结晶、热学与消化特性的核心因素。不同品种因链结构差异，呈现出结晶度、热稳定性、消化速率的显著分异，进而对应不同的食品加工适配性。研究成果不仅丰富了淀粉科学的基础理论，也为糯米的定向育种、高效加工与高值化利用提供了坚实的数据支撑与理论指导。

（二）未来展望

未来可基于该研究开展更多延伸探索，在基础研究层面，可结合分子模拟与基因编辑技术，进一步解析链结构调控淀粉性能的分子机制；在应用开发层面，可针对不同产品定制专用糯米配方，开发低升糖糯米食品、专用发酵米种等创新产品；在产业推广层面，可建立糯米淀粉快速评价体系，实现原料品质的高效筛选。随着研究不断深入，糯米淀粉的结构功能密码将被进一步破解，推动特色稻米产业向精细化、功能化、高值化方向升级。

通讯作者

资助基金

国家自然科学基金项目（32272351）

多粮浓香型白酒生产用发酵专用糯米应用项目（RSWR-2021-HT-25）

原文链接

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