《Food Chemistry》：A stage-dependent mechanism of high-amylose starch gelation: amylose-associated early differentiation and botanical-origin-dependent later maturation
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•直链淀粉主导各类植物来源淀粉的早期凝胶化过程。•植物来源决定了淀粉长期回生的行为特征。•识别出三种结构模式：增强型、聚集体型和重构型。•低场核磁共振揭示出作物特异性的脱水机制。引言高直链淀粉因其糊化后能形成致密且强度高的凝胶网络而备受重视（Li 等，2019）。这类凝胶对于
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直链淀粉主导各类植物来源淀粉的早期凝胶化过程。
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植物来源决定了淀粉长期回生的行为特征。
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识别出三种结构模式：增强型、聚集体型和重构型。
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低场核磁共振揭示出作物特异性的脱水机制。
引言
高直链淀粉因其糊化后能形成致密且强度高的凝胶网络而备受重视（Li 等，2019）。这类凝胶对于需要坚实质地、结构完整性、保形性和储存稳定性的高淀粉基食品和材料尤为重要，也与抗淀粉III型等回生结构的形成密切相关（Ulbrich 等，2023）。在实际体系中，淀粉凝胶的性能并不简单地由是否发生凝胶化决定，而是取决于网络建立的速率、内部结构的致密程度，以及凝胶在储存过程中如何演变（Cao & Mezzenga, 2020; Wang, Liu, & Ai, 2022）。因此，理解高直链淀粉的凝胶化行为不仅对淀粉科学本身至关重要，对于有控制质地与功能性的淀粉基体系的合理设计同样重要。
高直链淀粉的凝胶化及其后续老化现象，传统上主要从直链淀粉含量的角度加以解释（Zhong 等，2023）。由于直链淀粉相对呈线状，糊化后易于重新缔合，因此通常被认为是快速网络形成、凝胶强度提升以及回生的主要贡献者（Tao 等，2019）。在这一框架下，直链淀粉含量较高的淀粉一般被认为能形成比蜡质或普通淀粉更强的凝胶，并在储存过程中发展出更为有序的结构（Pérez & Bertoft, 2010）。这一观点解释了诸多观察结果，对理解广义上的组成—性能关系仍具价值。然而，它同时也意味着，凝胶演变的控制机制在各类淀粉之间大体相同，差异主要体现在程度而非路径上（Liu 等，2021）。因此，这种以直链淀粉为中心的解释可能过于简化了来自不同作物来源淀粉的凝胶化行为。
我们此前对不同高直链淀粉颗粒的研究表明，植物来源并非只是一个背景变量，而是淀粉结构行为的重要决定因素（Tian, Liu, et al., 2024）。与此一致的是，即便在直链淀粉含量相当的淀粉之间，作物来源的差异也与不同的消化行为及回生特性相关联，提示来源依赖的结构特征可显著改变淀粉的功能特性（Tian, Petersen, et al., 2024）。这些发现提出了一个关键但尚未解决的问题：如果植物来源会影响消化和长期回生，那么它是否也会直接影响凝胶化过程本身，而不仅仅是最终的储存结果（Singh 等，2003）？更具体地说，目前尚不清楚早期凝胶化是否仍主要可由直链淀粉含量解释，还是说植物来源从一开始就影响了糊化后凝胶网络的建立及其随后的成熟方式。
这一问题尤为重要，因为凝胶化是一个多尺度的结构过程（Malkin & Derkach, 2024）。流变学可以揭示承载网络的建立速度，但无法显示该网络是如何组织的（Hughes 等，2025）。扫描电子显微镜（SEM）可在微观层面表征凝胶网络形态和孔隙细分，小角X射线散射（SAXS）可解析纳米尺度的结构组织，低场核磁共振（LF-NMR）可探测基质内部的水状态分化和水分分布（Zhong 等，2021）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）则进一步提供有关短程分子有序度和长程有序结构的信息（Nan 等，2025; Ukkunda 等，2025）。尽管这些技术均已被应用于淀粉回生研究，但将这些方法整合在一起以区分早期凝胶化与后期结构成熟的过程，并进行跨来源比较的研究仍然有限，尤其是针对高直链淀粉。
据此，本研究的目的不仅是对比不同直链淀粉水平下的淀粉凝胶，更在于判断凝胶演变的控制因素是否随储存阶段而变化。研究选取了代表蜡质型、普通型和高直链淀粉型的15种淀粉，来源于玉米、稻米、小麦、大麦和马铃薯，并在相同的凝胶化与储存条件下进行考察。研究将流变学与SEM、SAXS、LF-NMR、FTIR、XRD以及主成分分析（PCA）相结合，追踪凝胶在流变、微观结构、纳米尺度、分子有序度和水状态等多个层面的演变。通过整合这些方法，本研究旨在阐明：直链淀粉含量是否与早期凝胶化的程度更为密切相关，而淀粉之间在微观结构、水分分布、分子有序度和纳米尺度组织上的差异是否在凝胶后期成熟过程中愈加明显。
章节摘要
材料
本研究选取了15种淀粉，包括来自玉米（WMS、NMS 和 HMS）、稻米（WRS、NRS 和 HRS）、小麦（WWS、NWS 和 HWS）、大麦（WBS、NBS 和 HBS）以及马铃薯（WPS、NPS 和 HPS）的蜡质型、普通型和高直链淀粉品种。NMS（Clinton 106）由美国ADM公司（Archer Daniels Midland, Decatur, IL, USA）友情提供。WMS、HAMS（HAFU60）以及三种小麦淀粉（WWS、NWS 和 HWS）由位于中国陕西杨陵的西北农林科技大学农学院提供。
储存1小时后淀粉凝胶的流变学性质
淀粉凝胶的黏弹性行为采用振荡流变学进行评价。储能模量（G′）和损耗模量（G″）分别代表材料的弹性与黏性组分，而损耗角正切（tan δ = G″/G′）反映两者的相对贡献。当G′高于G″（tan δ < 1）时，表明材料主要表现为类固体行为（Cornejo-Ramírez 等，2018; Zeng 等，2021）。
储存1小时后（图1），所有淀粉凝胶均已表现出典型的弱凝胶行为，
讨论
本研究结果支持淀粉凝胶演变的阶段性模型。在五种淀粉来源中，直链淀粉含量主要与早期凝胶分化的程度相关；而随淀粉种类而变的微观结构、水分分布、分子有序度和纳米尺度组织的变化，则在已形成的凝胶网络后续成熟过程中日益明显。这一区分很重要，因为淀粉凝胶化与回生现象通常被一并解释，
结论
本研究表明，不同作物来源的淀粉凝胶在凝胶化及储存演变过程中均遵循阶段性规律。在1小时时点，直链淀粉含量与早期凝胶分化的程度更为密切，表现为更强的流变行为、更精细的多孔结构、更高的短程有序度，以及在水状态和纳米尺度组织上出现的早期差异。然而到7天，凝胶不再遵循单一的直链淀粉依赖趋势，它们的
CRediT作者贡献声明
黄晶（Jing Huang）：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、方法论、调查研究、正式分析、数据整理。胡亚琪（Yaqi Hu）：验证、方法论、调查研究、正式分析、概念构思。丁丽（Li Ding）：撰写——审阅与编辑、可视化、方法论、数据整理。吴黄志鹏（Huangzhipeng Wu）：可视化、方法论。Jacob Judas Kain Kirkensgaard：软件、资源。陈生（Sheng Chen）：指导、资源、资金获取。鲍金松（Jinsong Bao）：指导，
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的、可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由江苏省基础研究计划（资助编号 BK20250072）、主题定向研究计划（T11-104/22-R）以及香港特别行政区政府研究资助局研究资助基金（R5011-18F）提供资助。WAXS 与 SAXS 数据由哥本哈根大学的一个研究基础设施产生，部分由FOODHAY（食品与健康开放创新实验室，丹麦研究基础设施路线图）提供资金。
Jing Huang|Yaqi Hu|Li Ding|Huangzhipeng Wu|Jacob Judas Kain Kirkensgaard|Sheng Chen|Jinsong Bao|Andreas Blennow|Jin Wang|Yuyue Zhong
