淀粉廣泛分布于各種植物中，作為能量儲備，并是人類飲食中的主要能量來源（H. Li, Gilbert, & Gidley, 2021）。在各種淀粉來源中，玉米由于其原料易獲取和成本低廉，是最常用的淀粉生產原料。目前，玉米淀粉占全球淀粉產量的70%以上（Kumar et al., 2023）。然而，由于其功能限制，天然淀粉并不總是適合各種工業應用（H. Li, Zhang, Chen, Pan, & Bao, 2023; Waleed et al., 2021）。為了滿足工業生產的需求，研究人員經常通過物理、化學和酶法對天然淀粉進行改性，以滿足特定的工業要求（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殘留化學物質或酶而受到青睞（Hu et al., 2024; Liang et al., 2021）。退火是一種在熱液條件下的物理改性方法，可以在不破壞淀粉顆粒完整性的情況下對其結構進行重組（Chen et al., 2022）。通常，退火條件要求淀粉在超過玻璃化轉變溫度（Tg）但低于糊化起始溫度（To）的濕度下（>60% (w/w) 或 40%–55% (w/w)）加熱一段時間（Fonseca, El Halal, Dias, & da Rosa Zavareze, 2021）。在這種條件下，淀粉顆粒會膨脹并將少量直鏈淀粉分子釋放到連續相中，從而促進淀粉顆粒的結構變化（de la Rosa-Millán, 2017; R. Zhang et al., 2024）。同時，淀粉顆粒的內部結構可以重新排列成更穩定的配置，支鏈淀粉的結晶缺陷也可以得到減少（Mohamed et al., 2024）。然而，傳統的退火方法通常需要較長的處理時間，特別是在較低溫度下處理時容易導致微生物生長和淀粉變質。因此，縮短退火時間并開發新的快速退火方法非常重要。
超聲處理作為一種常見的物理改性技術，具有安全性高、操作簡便、設備易得、選擇性強和反應效率高等優點（Raza et al., 2021）。超聲可以通過機械力、空化效應和熱效應影響淀粉鏈的運動，從而對淀粉顆粒造成顯著損傷（Han et al., 2024; Liang et al., 2025; Sun et al., 2023）。此外，淀粉是一種弱離子交換劑，因此在堿性條件下羥基會發生質子解離，產生負電荷。電荷之間的靜電排斥會加劇淀粉顆粒的膨脹。在高堿度下，靜電排斥甚至可以破壞淀粉鏈之間的氫鍵，導致雙螺旋結構解旋（Hong & Gu, 2010）。在堿性條件下使用超聲的潛在優勢在于，淀粉顆粒的外殼會變得更加脆弱，從而增強其破壞效果（Awais et al., 2025）。同時，淀粉鏈的流動性增加可能有助于顆粒內部淀粉鏈的重新排列。因此，堿性條件和超聲的結合可能是提高淀粉退火效率的有效方法。
此外，直鏈淀粉在淀粉顆粒的結構穩定性中起著關鍵作用，其徑向分散的直鏈淀粉鏈在支鏈淀粉分子之間起到加固作用（Wang, Wang, Yu, & Wang, 2014）。直鏈淀粉主要位于淀粉顆粒的非晶區域，并在支鏈淀粉簇中有一定程度的徑向分散（Perez & Bertoft, 2010）。先前的研究表明，非晶區域和結晶區域的雙螺旋結構的重新排列是退火過程的基礎（Tester & Debon, 2000）。然而，需要進一步研究直鏈淀粉的存在和含量如何影響非晶區域和結晶區域中淀粉分子鏈的重新排列。本研究通過超聲波和堿性條件下的退火聯合處理（ALK-(U/A)：堿性條件下的超聲輔助退火；ALK-(A-U)：超聲處理后進行堿性條件下的退火；ALK-(A-U)：退火處理后進行堿性條件下的超聲處理），探討了這些處理對玉米淀粉顆粒多尺度結構變化的影響，并同時研究了直鏈淀粉含量對上述處理的影響。這項研究闡明了直鏈淀粉對淀粉退火的影響，并提出了一種新的策略，包括在堿性條件下的超聲處理，包括同時和順序兩種方法。這種方法在相同時間內顯著提高了淀粉退火的效果，有望將傳統的退火時間從幾天縮短到幾小時。因此，這一創新有望大幅提高退火效率，并為工業規模生產超聲退火淀粉提供重要見解。
