全谷物富含维生素、微量营养素以及膳食纤维等多种营养成分[1-2]。然而,全谷物中植酸、单宁等抗营养因子在一定程度上阻碍了营养成分的消化吸收,且其粗糙的口感和较长的蒸煮时间也影响了消费者的接受度[3]。发芽技术作为一种绿色天然的生物加工手段,在提升谷物营养价值方面成效显著[4]。全谷物发芽过程中,γ-氨基丁酸、酚类化合物和B族维生素等功能性成分显著积累,植酸、单宁等抗营养因子含量降低[5]。相比于未发芽全谷物,发芽全谷物具有硬度低、营养成分更丰富、抗营养因子被降解和淀粉结构被优化等优势,在口感、营养和消化性等方面实现了营养品质及食用品质的显著改良[6]。因此,发芽全谷物受到了广泛的关注。

稻米(Oryza sativa L.)是我国粮食供给的重要组成部分[7]。根据直链淀粉含量,稻米被分为糯米(0.10%～3.25%)、粳米(10.00%～20.00%)和籼米(13.00%～22.00%)。糙米为稻米经脱壳处理后的初加工形态。低直链淀粉含量的粳米和糯米因具有硬度低、黏弹性好等优点,适用于发芽全谷物食品的开发[8]。已有研究报道了发芽处理对糙米理化特性的影响,Zhang等[9]研究表明,发芽处理使得粳稻中氨基酸、直链淀粉含量降低以及糊化焓和糊化黏度显著降低。Jabeen等[10]对比了糙米和发芽糙米在糊化特性上的差异,发芽糙米表现出更低的糊化黏度和更高的糊化温度。Liu等[11]指出发芽处理提高了糯米中α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性,从而显著降低了淀粉的黏度特性。Wang等[12]发现糯米在发芽过程中淀粉酶被激活,加速了淀粉颗粒的侵蚀和双螺旋结构的解旋。但现有研究多聚焦于单一品种糙米发芽后的特性变化,对不同品种糙米成分组成和理化特征变化的影响规律鲜有报道,特别是粳米和糯米之间的差异对比。

本研究选用2种粳米(稻花香和越光)、2种糯米(松粘一号和中宝佳糯)作为研究对象,探究不同时间发芽处理对粳米和糯米的成分组成、晶体结构和糊化特性等理化特征的影响及其调控机制。希望本研究阐明的差异化机制,能为糙米原料的定向化改良和新型糙米食品的产业化开发提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻米分别为稻花香(粳米)、越光(粳米)、松粘一号(糯米)、中宝佳糯(糯米),于2023年10月在沈阳农业大学辽中水稻种植基地收获,经实验室砻谷机脱壳处理,获得糙米用于后续分析。

溴化钾,阿拉丁试剂有限公司;BC0700型直链淀粉检测试剂盒、BC0610型α-淀粉酶活性检测试剂盒,上海索莱宝生物科技有限公司;RNA提取试剂盒,湖南艾科瑞生物工程有限公司;定量PCR专用快速反转录试剂盒,宝日医生物技术(北京)有限公司;所用化学试剂皆为分析纯。

1.2 仪器与设备

LRH-250型生化培养箱、DHG-9055A型电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;MFJ02型电动研磨机,河南新飞电器有限公司;Scientz-10N型钟罩式冻干机,宁波新芝生物科技股份有限公司;LC-DHS-10A型卤素水分测定仪,上海力辰邦西仪器科技有限公司;SXF-2.5-12型马弗炉,上海沪粤明科学仪器有限公司;SHJ-4AB型六孔搅拌水浴锅,常州金坛精达仪器制造有限公司;MultifugeX1型冷冻高速离心机、Nicolet iS5型傅里叶红外光谱仪(FTIR)、StepOne Plus型实时荧光定量PCR仪,美国赛默飞世尔科技公司;PE Victor X3型多功能酶标仪,美国伯腾仪器有限公司;RVA4500型快速黏度分析仪(RVA),澳大利亚纽波特科学公司;Q2000型差示扫描量热仪,沃特世科技(上海)有限公司;HORIBA-LabRAM HR Evolution型高分辨显微共焦拉曼光谱仪,堀场(中国)贸易有限公司;Ultima IV型 X射线衍射仪,日本理学公司。

1.3 实验方法

1.3.1 发芽糙米样品的制备

将4种提前清理过杂质和碎粒的糙米用体积分数1%次氯酸钠浸泡15 min后用水冲洗并控干。按料液比(g/mL)1∶3将糙米放入含无菌水的无菌培养皿,4 ℃浸泡3 h。将糙米表面覆盖纱布,放入温度为28 ℃的恒温培养箱(相对湿度85%)中分别避光发芽0、24、48 h,每个处理时间分别取样。

1.3.2 糙米中直链淀粉和支链淀粉含量的测定

直链淀粉含量根据直链淀粉检测试剂盒说明书进行测定。

支链淀粉的含量测定方法为双波长法。将0.1 g样品用10 mL的KOH溶液(0.5 mol/L)处理,于60 ℃的水浴中搅拌10 min后稀释至50 mL。准确移取2.5 mL该稀释液与25 mL水混合,加入一定量的0.1 mol/L盐酸,使液体pH值处于3.5,移取0.5 mL碘试剂,加水至50 mL后孵育30 min。在530 nm和755 nm测吸光度,根据支链淀粉标准曲线计算其含量。

1.3.3 糙米中水分含量的测定

取1.0 g的样品,去除表面水分,转移至测定仪中测定样品的水分含量。

1.3.4 糙米中灰分含量的测定

参考GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》测定样品中的灰分含量。

1.3.5 糙米中还原糖含量的测定

参照张广琛等[13]的方法进行样品还原糖含量的测定。准确称取0.5 g样品与4.5 mL水混合,涡旋振荡30 min,4 130 r/min离心30 min,弃沉淀,取3 mL上清液与7 mL水混合稀释。将2 mL该稀释液转移至25 mL试管中,并与2 mL水和1.5 mL DNS试剂混合加热5 min。以水为对照,在540 nm处测吸光度。

1.3.6 糙米中α-淀粉酶活性测定

用α-淀粉酶活性检测试剂盒检测样品中α-淀粉酶的活性。将0.1 g样品与蒸馏水混合,孵育15 min后在25 ℃、4 520 r/min的条件下离心10 min,收集上清液并稀释至10 mL,即得样品溶液。按照说明依次加入试剂盒中的试剂,随后将混合液于 100 ℃ 加热10 min。在540 nm处测量并记录吸光度,根据试剂盒说明书进行标准曲线的绘制和α-淀粉酶活性的计算。

1.3.7 糙米中OsAMY1基因相对表达量的测定

使用植物RNA提取试剂盒完成糙米中RNA的提取。使用带有gDNA清除剂的TransScript PrimeScriptTM快速反转录试剂盒将RNA逆转录合成 cDNA。 将cDNA与SYBR Premix Ex Taq Ⅱ 257混合,上机进行qRT-PCR分析。程序设置为95 ℃温度下预变性30 s,随后进行40个循环的扩增程序,每个循环包含95 ℃下5 s和60 ℃下10 s。OsAMY1基因(前向序列TCTTGTCCCTTTCGGTCCTC;反向序列ACTTAGACGCGTCCAGATCG)的定量引物是用Primer Premier 5.0软件设计的,设置OsActin1基因(前向序列GAACTGGTATGGTCAAGGCTG;反向序列ACACGGAGCTCGTTGTAGAAG)为内参,采用2-ΔΔCT法计算目标基因的相对表达量。

1.3.8 糙米短程有序分子结构的测定

参照张丽娟等[14]的研究方法,将糙米与溴化钾充分混合磨粉后压成圆状薄片。在4 000～400 cm-1、4 cm-1分辨率条件下,以空气作为背景记录光谱。由于1 047 cm-1和1 022 cm-1处的峰强度分别反映了糙米淀粉的有序及无定形区域,故可用1 047 cm-1和1 022 cm-1处峰的强度之比(R1 047/1 022)来表征糙米的短程有序分子结构。

取0.1 g样品置于载玻片上,然后使用拉曼光谱仪在2 000～400 cm-1扫描10次,每个像素的曝光时间均为0.01 s。所有样品的半高宽FWHH值根据Zhang等[15]的方法计算。

1.3.9 糙米结晶性质的测定

在测定之前,需将全部样品置于饱和氯化钠干燥器内保存7 d,让样品的含水量达到恒定。在检测(40 kV、40 mA)过程中,以10°/min的扫描速率对样品进行扫描。扫描的衍射角(2θ)从10°延伸至90°,扫描步长精确设置为0.033°。完成扫描后,按照Martens等[16]的方法,对样品的相对结晶度(RC)进行计算。

1.3.10 糙米热力学性质的测定

将所有糙米与蒸馏水按照料液比(mg/mL)1∶3在液体坩埚中混合,立即密封,以10 ℃/min的速率使温度从30 ℃提高至120 ℃,以空坩埚为参比。记录起始温度、峰值温度、结束温度以及糊化焓。

1.3.11 糙米糊化黏度特性的测定

糙米的糊化特性采用RVA进行评估。测定糙米的水分含量后,称取3 g糙米,根据水分含量计算并加入适量蒸馏水,置于RVA样品罐中充分混合。设定运行程序为50 ℃保温1 min,在4 min时升温到95 ℃,在95 ℃保温1.5 min,在11 min时降温到50 ℃,最后在50 ℃保温2 min。

1.4 数据处理

每组实验均开展3次重复测试,结果以平均值±标准差表示。数据采用SPSS27、Origin 2025和Tew软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同发芽阶段糙米中淀粉、灰分和水分含量的分析

为比较不同发芽阶段糯米和粳米的组分差异,对3个发芽阶段的4组样品进行了检测,结果见表1。如表1所示,稻花香的直链淀粉含量随着发芽时间的延长呈现下降趋势,从未发芽糙米的11.5 g/100 g 降至发芽48 h时的10.3 g/100 g。由于糯米(松粘一号和中宝佳糯)直链淀粉含量较低,未检测到其直链淀粉的含量。所有样品中,未发芽糙米中支链淀粉含量最高,且糯米比粳米至少高10.4 g/100 g。 糯米因其Wx基因天然突变,导致合成直链淀粉的关键酶失活,从而使支链淀粉成为淀粉组成的绝对主体[17],因而糯米中支链淀粉含量高于粳米。发芽48 h后,粳米和糯米的支链淀粉含量降低9.56%～37.80%,这也表明发芽处理能够降低糙米中直链和支链淀粉的含量,这与Athoi等[18]结果一致。直链淀粉和支链淀粉含量的降低与发芽处理激活糙米中淀粉酶活性(α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶等)密切相关,这些酶参与淀粉组分降解,促使淀粉降解为还原糖等小分子糖,为糙米发芽提供能量[10]。

灰分含量方面,糯米在发芽过程中呈现先升后降的趋势,于发芽24 h时达到峰值(松粘一号1.60%和中宝佳糯1.80%);而粳米的灰分含量在发芽期间总体呈下降趋势。糯米灰分的短期积累可能与早期旺盛的水解活性相关,植酸酶等酶系加速活化,促使矿物质解离释放;而粳米中灰分含量持续下降反映了矿物质向胚芽的持续性转运消耗。糯米早期灰分含量达到峰值可能对开发富含微量元素的发芽糯米制品具有指导意义。此外,本研究发现,糙米水分含量随发芽时间持续升高,这可能是由于发芽促使糙米表面的糠层变软形成裂纹,进而促进水分吸收和淀粉糊化,导致水分含量有所增加[19]。

2.2 不同发芽阶段糙米中还原糖含量的分析

发芽过程中,糙米中淀粉水解为还原糖,为发芽提供能量[20]。不同发芽阶段糙米的还原糖含量见图1。如图1所示,4种糙米在发芽48 h后的还原糖含量均显著高于未发芽状态,这可能是由于发芽过程中淀粉的水解促进了还原糖的富集。Ding等[21]发现,发芽糙米(36 h)中还原糖含量高于发芽0 h的糙米。值得关注的是,糯米的还原糖含量高于粳米,这可能与糯米中更高的支链淀粉含量有关。与直链淀粉相比,支链淀粉呈树枝状且有更多的分支点,使得α-淀粉酶可以同时作用于多个分支点,且分支点与α-淀粉酶结合更充分,从而更容易被淀粉酶降解[22]。这导致食用高支链淀粉含量的糯米后更容易使血糖快速升高。

2.3 不同发芽阶段糙米中α-淀粉酶活性的分析

淀粉分子的α-1, 4-糖苷键为α-淀粉酶的作用位点,在α-淀粉酶作用下淀粉转化为小分子的还原糖[23]。不同发芽阶段糙米的α-淀粉酶活性和OsAMY1的相对表达量见图2。如图2所示,随着发芽时间的延长,α-淀粉酶活性逐渐升高,并在48 h时达到最大。在发芽48 h的样品中,糯米表现出较高的酶活性,其中松粘一号为5.4 U/g和中宝佳糯为7.9 U/g,而粳米稻花香和越光的酶活性分别仅为1.8 U/g和2.5 U/g,并且同一萌发时间下糯米的酶活性均高于粳米。糯米中含有更多高度分支的支链淀粉,这会使分子空间构象更松散[24],暴露出更多可被α-淀粉酶识别的α-1,4-糖苷键位点,为α-淀粉酶提供了更充足的底物结合靶点,提高了酶与底物的结合效率,进而提升了α-淀粉酶活性。这一结果印证了直链和支链淀粉含量以及还原糖含量的变化规律,高活性的α-淀粉酶加速了糙米中淀粉的降解,降低了淀粉的含量,提升了还原糖的含量。

OsAMY1作为编码α-淀粉酶的关键基因,参与调控α-淀粉酶活性[25]。对不同发芽阶段糙米中OsAMY1基因的表达水平进行检测,发现OsAMY1的相对表达量随发芽时间的延长而持续增加,与α-淀粉酶活性变化趋势一致。值得注意的是,中宝佳糯中OsAMY1的相对表达量最高(0.850 1),这可能是其高α-淀粉酶活性的原因,也与发芽48 h的中宝佳糯中的还原糖含量最高相互印证。此外,其他α-淀粉酶编码基因及其转录后的调控等也可能参与了α-淀粉酶活性的调控。未来,可基于基因编辑等技术,通过对OsAMY1等基因进行精准调控,以定制具有不同淀粉水解特性的发芽谷物产品,从而开发满足特定人群(糖尿病患者、儿童、老年人等)营养需求的功能性全谷物产品。

2.4 不同发芽阶段糙米短程有序分子结构的分析

红外光谱可用于分析糙米中有序结构和无定形结构区域[26]。不同发芽阶段糙米的红外光谱见图3。根据图3可以看出,发芽前后特征峰的位置均没有变化,说明发芽处理未引起糙米中主要基团的变化。1 047 cm-1和1 022 cm-1处的峰强度分别对应淀粉结构中有序和无定形区域的含量[27]。不同发芽阶段糙米的R1047/1022值和FWHH值见表2。根据表2可知,发芽处理降低了糙米的R1047/1022值,即糙米的短程有序结构区域减少。这可能归因于发芽时被激活的淀粉酶切断了淀粉分子链内外的氢键,致使淀粉螺旋结构紊乱或解旋,从而使短程无序结构区域增多[28]。其中,中宝佳糯的R1047/1022值降低更加明显,达到了27.30%,这可能是由于其具有更高的α-淀粉酶活性。相较于粳米中直链淀粉与支链淀粉形成的致密复合结构,糯米中淀粉以支链淀粉为主,其松散的分支化结构与非结晶区,使其更易被高活性淀粉酶侵入、降解。同时支链淀粉分支点周围存在大量可被淀粉酶攻击的非还原末端,进一步提高了酶解效率[24],导致发芽后中宝佳糯R1047/1022值降低更加明显,其淀粉短程有序结构的破坏程度也显著高于粳米。

此前的研究报道480 cm-1处的特征拉曼谱带的FWHH值与淀粉的短程有序结构呈负相关,即FWHH值越大,短程有序结构区域越小[29]。不同发芽阶段糙米的拉曼光谱见图4,糙米的特征基团峰在发芽前后保持一致,这表明发芽处理并没有改变糙米的化学成分。然而,发芽后480 cm-1处的拉曼谱带的FWHH值逐渐增大,这表明发芽处理使得糙米的短程有序结构区域减少,无序结构区域增多,这一分析结果与红外光谱结果一致。这种现象可以归因于发芽后糙米分子内的氢键被破坏,导致淀粉分子排列无序。相对于粳米,发芽处理对糯米的FWHH值影响更大。发芽48 h的中宝佳糯的FWHH值较未发芽糙米提高了17.44%,这进一步印证了红外光谱中R1047/1022值变化的趋势,指向发芽过程中糯米淀粉更易向无序化转变。该差异不仅源于发芽糯米中更高的α-淀粉酶活性,更与其高支链淀粉含量相关[30]。糯米发芽过程中暴露出更多的非还原末端作为水解位点,导致其晶体结构完整性受到破坏。因此,糯米的FWHH值增幅更显著,反映出其淀粉短程有序结构被破坏程度高于粳米。

2.5 不同发芽阶段糙米结晶特性分析

淀粉晶体结构可分为A、B、C和V型[31]。不同发芽阶段糙米的X射线衍射谱见图5。如图5所示,发芽前后糙米的X射线衍射谱具有相似性,在15°、17°、18°和23°处有着显著的特征峰,表现为典型的A型结晶淀粉结构特征[32],表明发芽处理对糙米的衍射峰位置没有显著影响。在20°左右可以观察到小的衍射峰,这是脂质与直链淀粉螺旋结构形成的稳定的V型淀粉-脂质络合物产生的特征峰[33]。与糯米相比,粳米在20°的衍射峰更明显,这可能与直链淀粉含量有关。不同发芽阶段糙米的相对结晶度(RC)见表3。发芽糙米的RC明显低于未发芽糙米,且不同品种的糙米发芽后RC的下降程度存在差异,糯米(松粘一号和中宝佳糯)的下降程度最高(50.49%和28.85%)。这主要是因为在发芽过程中淀粉酶活性增强,破坏了分子内和分子间的氢键,导致双螺旋结构解旋、取向变差,最终引发淀粉发生紊乱并趋于无定形化[11]。在本研究中,高 α-淀粉酶活性加速了糯米淀粉的水解进程,加剧了氢键作用力的破坏,导致RC下降程度更大,进一步印证了红外光谱和拉曼光谱的结果。

2.6 不同发芽阶段糙米热力学特性分析

不同发芽阶段糙米的糊化参数值如表4所示。起始温度(To)、峰值温度(Tp)和终止温度(Tc)反映了淀粉颗粒中双螺旋结构和晶体结构的稳定性,糊化焓(ΔH)则表征螺旋结构的数量。总体上,4种糙米的To、Tp和Tc值随着发芽时间的延长基本呈现升高趋势。研究表明,发芽会导致糙米中各种水解酶被激活,促使大分子物质降解为各种小分子物质(氨基酸、小分子糖等),这些物质可能有助于提高糊化温度[34]。然而,在发芽初始阶段,部分样品糊化温度呈现小幅度下降趋势,这可能与脂质的分解代谢相关。淀粉与脂质间的相互作用有助于提高糊化温度,但发芽处理后糙米中淀粉和脂质含量降低,二者间互作减弱导致米粉糊化温度降低[35]。随着发芽时间的延长,糯米的ΔH升高,这主要是由于被激活的淀粉酶优先水解淀粉的无定形区域[36],从而提高了糙米的稳定性,因此需要更高的ΔH值来破坏其结构稳定性。而粳米的ΔH随着发芽时间的延长而降低,这很可能归因于酶破坏了相邻双螺旋间的氢键,造成较长支链的比例降低[37],最终导致糊化焓降低。同一发芽时间下,粳米的ΔH均高于糯米,这归因于粳米保留了更多更稳定的结晶区域[38]。

2.7 不同发芽阶段糙米糊化特性的分析

糊化特性是衡量淀粉类产品感官和加工性质的关键参数。不同发芽阶段糙米的RVA谱和糊化参数见图6和表5。如图6所示,3个发芽阶段的糙米表现出相似的糊化曲线特征,但粳米与糯米存在明显差异。如表5所示,相同发芽时间,稻花香的峰值黏度、低谷黏度、终值黏度、崩解值和回生值均为最高,而中宝佳糯的最低。4种糙米黏度值均随着发芽时间的延长而不断下降。已有研究表明,糙米的糊化特性受支链淀粉链长分布以及淀粉、蛋白质和脂质含量的影响[39]。峰值黏度和低谷黏度降低是因为发芽导致糙米中酶被激活,大分子物质被降解,削弱了颗粒的完整性,从而失去抗膨胀能力[40]。另有研究指出,直链淀粉或长支链淀粉会限制颗粒的膨胀能力,并与峰值黏度呈负相关[41]。崩解值、终值黏度和回生值分别反映糙米糊的热稳定性,硬度和抗老化能力[42]。在发芽48 h后,稻花香、越光、松粘一号、中宝佳糯的崩解值分别降低了9.45%、2.47%、83.41%、92.26%;终值黏度分别降低了40.06%、58.78%、72.79%、84.49%;回生值分别降低了35.88%、53.01%、66.56%、82.47%。发芽后,糯米的崩解值、终值黏度和回生值降幅大于粳米,这表明糯米在发芽后具有更好的热稳定性和抗回生性能。

2.8 糙米理化特性和结构特征的主成分分析

糙米理化指标、结构特征、糊化特性和热力学特性间的关联性分析见图7。结果表明,直链淀粉含量与糊化温度、回生值、终值黏度、低谷黏度和峰值黏度呈显著正相关,与还原糖和α-淀粉酶活性呈现显著负相关。α-淀粉酶活性与OsAMY1基因的表达、水分含量、To、Tp、Tc以及FWHH值呈正相关,与峰值黏度、低谷黏度、终值黏度、回生值和崩解值呈负相关。这表明OsAMY1基因是α-淀粉酶活性的关键调控因子,并影响了淀粉的结构特征、糊化特性和热力学特性。此前的研究报道了发芽过程中高活性的α-淀粉酶降低了淀粉分子有序结构程度,导致淀粉分子重新排列,最终改变了米淀粉的糊化性能[12]。本研究发现,OsAMY1基因通过调控α-淀粉酶活性,影响了淀粉的水解进程,进而影响了淀粉的理化特性、结构特征和糊化特性,使得淀粉长程和短程分子结构均趋向于无序排列,增强了糙米的抗回生性和热稳定性。

3 结 论

本研究以粳米(稻花香和越光)和糯米(松粘一号和中宝佳糯)为研究对象,通过红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射、差示量热扫描、RVA等技术研究了不同发芽阶段(0、24、48 h)对粳、糯两类糙米成分组成、淀粉晶体特征和糊化特性的影响,并分析其变化规律。研究表明,随发芽时间的延长,粳米中灰分、直链淀粉和支链淀粉含量,糯米中支链淀粉含量都逐渐降低,且糯米的支链淀粉含量高于粳米。上调表达的OsAMY1通过激活α-淀粉酶活性加速淀粉水解进程,促进淀粉结构向无序化转变,且增强了糙米的抗回生性和热稳定性。发芽处理后,糯米中OsAMY1相对表达量更高,致使其α-淀粉酶活性和还原糖含量更高。且糯米支链淀粉含量更高,其高度分支化结构暴露出更多的酶作用位点,导致结晶区解离程度更高、短程和长程有序结构减少,淀粉结构无序化更显著,糊化焓值及黏度值变化更明显,最终使糯米展现出更优的抗回生性与热稳定性。发芽后,粳米保留了更多结构稳定的结晶区域,其RC与R1047/1022虽有所下降,但下降幅度低于糯米;且糊化温度升高与ΔH下降,均表明粳米淀粉结构变化更为缓和。本研究揭示了不同发芽阶段粳米和糯米的理化特征和调控机制,为发芽糙米原料的定向选择和发芽全谷物食品的品质改良提供了数据基础和理论依据。

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Effects and Regulatory Mechanism of Germination Treatment on Physicochemical Properties and Structural Characteristics of Japonica Rice and Glutinous Rice

WANG Xiuqi, WANG Yu, ZHANG Guangchen*, HUA Dong, LIU He

(College of Food Science and Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Abstract：In order to explore the effects of germination treatment on the physicochemical properties and structural characteristics of brown rice (2 Japonica rice and 2 glutinous rice), several advanced analytical techniques, including infrared spectroscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, differential scanning calorimetry, and rapid visco-analysis, were utilized to analyze the changes in amylose content, amylopectin content, reducing sugar content, and α-amylase activity of Japonica rice and glutinous rice germinated for 0 h, 24 h, and 48 h. Meanwhile, quantitative real-time PCR technology was used to analyze the expression patterns of starch metabolism-related genes during germination at the molecular level. The changes in starch crystal structure and gelatinization properties were also investigated. The results showed that the ash content of glutinous rice reached its peak value at 24 h of germination, with Songnianyihao at 1.60% and Zhongbaojianuo at 1.80%, while that of Japonica rice exhibited a decreasing trend with the extension of germination time. Under the same germination time treatment, glutinous rice had higher contents of amylopectin and reducing sugars, as well as higher α-amylase activity compared with Japonica rice. Quantitative real-time PCR results indicated that the gene OsAMY1 might dominate the regulation of α-amylase activity in brown rice, thereby promoting the starch hydrolysis of brown rice. Germination led to a significantly higher relative expression level of the OsAMY1 gene in Zhongbaojianuo compared with Japonica rice. This up-regulated expression resulted in increased α-amylase activity, which ultimately contributed to a higher reducing sugar content in Zhongbaojianuo compared with Japonica rice. Germination treatment reduced the short-range molecular order of starch in the four brown rice varieties, with the most significant change observed in glutinous rice variety Zhongbaojianuo, where R1047/1022 decreased by 27.30% and the full width at half height value FWHH increased by 17.44%. The relative crystallinity of starch in 4 brown rice varieties decreased after germination, with the most notable decline of 50.49% (Songnianyihao) and 28.85% (Zhongbaojianuo) observed in glutinous rice. And germination treatment also had an impact on gelatinization properties. As germination progressed, the gelatinization enthalpy of Japonica rice decreased, while that of glutinous rice increased. The gelatinization viscosity of all four brown rice varieties showed a downward trend, and glutinous rice exhibited better retrogradation resistance and stronger thermal stability. Principal component analysis revealed that the up-regulated OsAMY1 gene activated α-amylase activity, thereby accelerating the transformation of starch molecules into amorphous structures and enhancing the retrogradation resistance and thermal stability of Japonica and glutinous rice. This study provided an evidence-based foundation for optimizing the processing adaptability and guiding the product development of both Japonica and glutinous rice.

Keywords：glutinous rice; Japonica rice; germination treatment; physicochemical properties; structural characteristics

中图分类号：TS213.3

文献标志码：A

收稿日期：2025-07-05

基金项目：国家重点研发计划项目(2022YFD2100301);辽宁省重点研发计划(2025JH2/102700012);辽宁省博士启动项目(2023-BS-192)。

Foundation: National Key Research and Development Program of China (2022YFD2100301); Liaoning Province Key Research and Development Program (2025JH2/102700012); Doctoral Initiation Program of Liaoning Province (2023-BS-192).

第一作者：王秀琪,女,硕士研究生,研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。

*通信作者：张广琛,男,副教授,博士,主要从事粮油加工方面的研究。

doi：10.12301/spxb202500357

文章编号：2095-6002(2026)01-0167-13

引用格式：王秀琪,王玉,张广琛,等. 发芽处理对粳米和糯米理化特性与结构特征的影响及调控机制[J]. 食品科学技术学报,2026,44(1):167-179. WANG Xiuqi, WANG Yu, ZHANG Guangchen, et al. Effects and regulatory mechanism of germination treatment on physicochemical properties and structural characteristics of Japonica rice and glutinous rice[J]. Journal of Food Science and Technology, 2026,44(1):167-179.

(责任编辑：张逸群)