淀粉广泛分布于各种植物中，作为能量储备，并是人类饮食中的主要能量来源（H. Li, Gilbert, & Gidley, 2021）。在各种淀粉来源中，玉米由于其原料易获取和成本低廉，是最常用的淀粉生产原料。目前，玉米淀粉占全球淀粉产量的70%以上（Kumar et al., 2023）。然而，由于其功能限制，天然淀粉并不总是适合各种工业应用（H. Li, Zhang, Chen, Pan, & Bao, 2023; Waleed et al., 2021）。为了满足工业生产的需求，研究人员经常通过物理、化学和酶法对天然淀粉进行改性，以满足特定的工业要求（H. Li, Zhang, Bao, & Dhital, 2024; Q. Li et al., 2020; X. Li et al., 2021; Obadi & Xu, 2021）。其中，物理改性因其不涉及残留化学物质或酶而受到青睐（Hu et al., 2024; Liang et al., 2021）。退火是一种在热液条件下的物理改性方法，可以在不破坏淀粉颗粒完整性的情况下对其结构进行重组（Chen et al., 2022）。通常，退火条件要求淀粉在超过玻璃化转变温度（Tg）但低于糊化起始温度（To）的湿度下（>60% (w/w) 或 40%–55% (w/w)）加热一段时间（Fonseca, El Halal, Dias, & da Rosa Zavareze, 2021）。在这种条件下，淀粉颗粒会膨胀并将少量直链淀粉分子释放到连续相中，从而促进淀粉颗粒的结构变化（de la Rosa-Millán, 2017; R. Zhang et al., 2024）。同时，淀粉颗粒的内部结构可以重新排列成更稳定的配置，支链淀粉的结晶缺陷也可以得到减少（Mohamed et al., 2024）。然而，传统的退火方法通常需要较长的处理时间，特别是在较低温度下处理时容易导致微生物生长和淀粉变质。因此，缩短退火时间并开发新的快速退火方法非常重要。
超声处理作为一种常见的物理改性技术，具有安全性高、操作简便、设备易得、选择性强和反应效率高等优点（Raza et al., 2021）。超声可以通过机械力、空化效应和热效应影响淀粉链的运动，从而对淀粉颗粒造成显著损伤（Han et al., 2024; Liang et al., 2025; Sun et al., 2023）。此外，淀粉是一种弱离子交换剂，因此在碱性条件下羟基会发生质子解离，产生负电荷。电荷之间的静电排斥会加剧淀粉颗粒的膨胀。在高碱度下，静电排斥甚至可以破坏淀粉链之间的氢键，导致双螺旋结构解旋（Hong & Gu, 2010）。在碱性条件下使用超声的潜在优势在于，淀粉颗粒的外壳会变得更加脆弱，从而增强其破坏效果（Awais et al., 2025）。同时，淀粉链的流动性增加可能有助于颗粒内部淀粉链的重新排列。因此，碱性条件和超声的结合可能是提高淀粉退火效率的有效方法。
此外，直链淀粉在淀粉颗粒的结构稳定性中起着关键作用，其径向分散的直链淀粉链在支链淀粉分子之间起到加固作用（Wang, Wang, Yu, & Wang, 2014）。直链淀粉主要位于淀粉颗粒的非晶区域，并在支链淀粉簇中有一定程度的径向分散（Perez & Bertoft, 2010）。先前的研究表明，非晶区域和结晶区域的双螺旋结构的重新排列是退火过程的基础（Tester & Debon, 2000）。然而，需要进一步研究直链淀粉的存在和含量如何影响非晶区域和结晶区域中淀粉分子链的重新排列。本研究通过超声波和碱性条件下的退火联合处理（ALK-(U/A)：碱性条件下的超声辅助退火；ALK-(A-U)：超声处理后进行碱性条件下的退火；ALK-(A-U)：退火处理后进行碱性条件下的超声处理），探讨了这些处理对玉米淀粉颗粒多尺度结构变化的影响，并同时研究了直链淀粉含量对上述处理的影响。这项研究阐明了直链淀粉对淀粉退火的影响，并提出了一种新的策略，包括在碱性条件下的超声处理，包括同时和顺序两种方法。这种方法在相同时间内显著提高了淀粉退火的效果，有望将传统的退火时间从几天缩短到几小时。因此，这一创新有望大幅提高退火效率，并为工业规模生产超声退火淀粉提供重要见解。
