来自不同来源的淀粉颗粒大小不一，从亚微米到约100微米不等，大多数淀粉的粒径在10–30微米之间（Li, Daygon, Solah, & Dhital, 2021）。小颗粒淀粉（如藜麦、苋菜和芋头淀粉）因其技术优势而受到越来越多的关注。由于其较小的粒径，藜麦淀粉颗粒被用于Pickering乳液以稳定体系（Song, Hu, Zhu, & Huang, 2024）。苋菜淀粉颗粒被用作构建块来构建空心笼状和片状超结构（Kierulf et al., 2024）。这些超结构占据的空间是其组成部分的六倍以上，并且粘度比无结构的淀粉高出十倍以上，显示出作为超增稠剂的潜力，有助于减少热量摄入。芋头淀粉颗粒通过喷雾干燥制成球形聚集体，这些聚集体用于疏水化合物的微囊化（Hoyos-Leyva, Bello-Perez, Agama-Acevedo, Alvarez-Ramirez, & Jaramillo-Echeverry, 2019）。在这些新应用中，小颗粒尺寸是这些淀粉的基本优势。由于小颗粒淀粉的来源有限，其应用范围也受到限制。值得注意的是，关于颗粒尺寸与淀粉的分子组成、分子结构、超分子结构及物理化学性质之间的相关性尚未达成共识（Li et al., 2021）。不同植物来源的淀粉之间的相关性更为薄弱。我们之前的研究（Chen, Huang, & Zhu, 2024）证明了苋菜、藜麦和芋头的小颗粒淀粉在多个方面存在显著差异，表明它们的应用潜力不同。
淀粉颗粒由有序排列的淀粉样聚糖分子组成，也可能包含直链淀粉。淀粉样聚糖单元链的外部部分（从非还原端到最外部分支点）形成双螺旋结构，这些双螺旋结构进一步堆叠形成结晶域。结晶域与非晶层交替排列，这被称为淀粉的“层状结构”（Pérez & Bertoft, 2010）。普遍认为，淀粉样聚糖的内部部分（即支链骨架）构成非晶域，其中一些分支散布在结晶域中，这种现象称为“分支散射”（Jane, Wong, & Mcpherson, 1997）。与非晶区域相比，结晶区域对酸水解和酶水解具有更高的抵抗力（Pérez & Bertoft, 2010）。使用HCl或H2SO4溶液对淀粉进行预处理可以减少非晶物质对结晶材料结构表征的干扰（Jane et al., 1997; Jacobs, Eerlingen, Rouseu, Colonna, & Delcour, 1998; Angellier-Coussy et al., 2009; Chen, Huang, et al., 2024）。使用HCl和H2SO4水解后得到的产物分别被称为Lintner化淀粉和Naegeli淀粉（Pérez & Bertoft, 2010）。
对淀粉的改性可以增加其功能的多样性，并克服天然淀粉在食品和工业应用中的局限性（例如，对热处理、剪切、酸和储存的不稳定性）（Xie, Fan, Tao, Wang, & Sun, 2025）。虽然物理改性方法越来越受到关注，但“清洁标签”已成为食品加工的趋势，以追求可持续的未来。在各种物理改性方法中，如退火和热湿处理等方法因不会破坏淀粉的颗粒结构而闻名。退火和热湿处理改变了淀粉的糊化、回生和流变性质（Zavareze & Dias, 2011）。在退火过程中，淀粉在高于玻璃化转变温度（Tg）但低于糊化起始温度（To）的过量的水中孵育一段时间（Chung & Lai, 2023）。相比之下，热湿处理在低水分含量（<35%，w/w）下进行（Zavareze & Dias, 2011）。淀粉退火的常见温度比其糊化温度低15°C左右。退火的一个常见变化是热稳定性的提高（特别是To的增加）。这种变化被认为是由于颗粒内分子排列的优化所致。“缺陷”排列是优化的重点（Koroteeva et al., 2007）。除了提高热稳定性外，不同植物来源或不同种类的淀粉经退火改性后的结果多种多样且难以预测（Fonseca, El Halal, Dias, & Zavareze, 2021）。退火效果的不一致可能与淀粉分子配置以外的因素有关。尽管淀粉颗粒中的分子构象与天然淀粉的多尺度结构有关（Pérez & Bertoft, 2010; Koekuyt & Marangoni, 2025），但相关知识仍需进一步扩展以解释退火效果的不一致性。
提出的退火机制包括：（i）“滑动扩散”，即整个分子序列在结晶域内的移动；（ii）晶体的“完全或部分融合”以及随后在退火温度下的重新结晶（Jayakody & Hoover, 2008）。这两种机制都涉及分子的重排，特别是链的扭曲以形成双螺旋结构，以及双螺旋结构在结晶域中的排列。值得注意的是，退火过程中螺旋结构和结晶结构的变化被解释为淀粉样聚糖单元链外部部分的重排，而内部部分的变化则较少受到关注。Jacobs等人（1998）通过比较退火前后Lintner化淀粉的链长分布发现，退火增加了分支点对酸水解的抵抗力。这一发现表明，一些分支点在退火后散布在结晶域中。然而，尽管这一发现对淀粉退火的认识有所贡献，但所使用的方法仍需改进以提高结果的可靠性，因为链长分布并不能直接反映分支结构。
构建块骨架模型用于研究淀粉样聚糖内部结构的细节（Bertoft, Blennow, & Hamaker, 2024）。简而言之，淀粉样聚糖复杂的支链骨架可以由小支链亚单位（构建块）通过线性段（块间段）连接而成（Bertoft, 2018）。鉴于酸分子首先攻击非晶物质，可以通过比较酸水解前后淀粉的构建块组成来表征分支散射（Chen, Huang, et al., 2024）。作者承认实验结果无法精确确定淀粉颗粒内的分支分布，但可以提供其整体结构模式的有用指示。据我们所知，尚未有研究将支链淀粉样聚糖骨架的退火诱导构象变化与上述退火效果的不一致性联系起来。本研究旨在填补这一研究空白，并获得新的结构信息，以便更好地解释退火对不同淀粉的不同影响。
在本研究中，对藜麦、苋菜和芋头的小颗粒淀粉进行了退火处理，随后对其结构和物理化学性质进行了表征。同时还包括了玉米和土豆的常规淀粉，以帮助区分样品和方法对非传统结果的贡献，而不是对比单一参数（例如，颗粒大小）。我们假设淀粉的物理化学性质如何被退火改变是由外部链段的重排以及支链淀粉样聚糖骨架构象的微小变化共同决定的。获得的结果可能为退火如何影响颗粒结构及其功能特性提供新的见解。
