表面介质阻挡放电等离子体对大豆分离蛋白-奇亚籽胶复合物理化性质的影响及其功能提升机制研究

本研究针对大豆分离蛋白(SPI)与奇亚籽胶(CSG)复合物功能特性不足的问题，采用表面介质阻挡放电等离子体(SDBD)在不同处理时间(2/4/6分钟)下进行改性。通过光学发射光谱(OES)证实等离子体活性物种的存在，发现4分钟处理可使复合物表面由亲水性转为疏水性，6分钟时因极性基团形成恢复亲水性。流变学分析显示表观粘度和模量随处理时间延长而降低，FTIR证实主结构未改变但峰强度变化。处理后的溶液粒径减小、抗氧化活性提升，为拓展植物蛋白-多糖复合物在食品工业中的应用提供了绿色改性方案。

　　

在追求可持续食品体系的背景下，植物蛋白与多糖的复合物因其环保特性和功能可调性成为研究热点。然而，大豆分离蛋白(SPI)存在溶解度低、乳化性差等问题，而奇亚籽胶(CSG)虽具有优异持水性和凝胶特性，但与蛋白的协同机制尚不明确。传统化学改性方法可能引入有害物质，亟需开发绿色高效的物理改性技术。

为解决上述问题，来自伊朗马什哈德的研究团队在《Food Chemistry: X》发表研究，采用表面介质阻挡放电等离子体(SDBD)对SPI-CSG复合物进行改性。通过光学发射光谱(OES)、接触角测量、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态光散射和流变学分析等技术，系统评估了不同处理时间(2/4/6分钟)对复合物性质的影响。

3.1 OES分析
通过200-1100nm波长光谱检测到OH自由基(296.1/306.4nm)、N₂⁺第一负系(390-450nm)等活性物种，证实等离子体富含可引发化学反应的活性组分。

3.2 表面润湿性
接触角测试显示独特的"亲水-疏水-亲水"转变：2分钟处理使接触角从101.26°降至96.95°，4分钟骤增至114.68°，6分钟又回落至90°以下。这种振荡变化源于等离子体诱导的极性基团动态变化——短时处理引入羟基等亲水基团，中期处理导致基团氧化/交联暴露出疏水内核，长期处理则重新生成极性基团。

3.3 FTIR光谱
3271cm^-1处羟基伸缩振动峰强度在2/6分钟增强，4分钟减弱；酰胺I(1629cm^-1)和酰胺II(1517cm^-1)峰强度呈现相同变化趋势，表明4分钟处理时SPI与CSG通过疏水相互作用加强结合，而其他时段以氢键为主导作用力。

3.4 粒径与稳定性
等离子体处理使平均粒径从1279nm降至624nm，但多分散指数(PDI)从0.688升至1.135，说明高能粒子碰撞导致分子链断裂的同时也加剧了粒径不均一性。Zeta电位绝对值轻微降低(-31.40mV至-30.13mV)，表明静电稳定性略有下降。

3.5 流变特性
所有样品均表现剪切稀化行为，表观粘度随处理时间延长而降低。动态模量测试显示G'始终高于G"，形成弱凝胶网络。2分钟处理的样品储能模量最高，说明短时处理能优化分子间静电相互作用。

3.6 抗氧化活性
DPPH自由基清除率从5.31%提升至14.20%，归因于等离子体产生的活性氧物种(ROS)断裂分子链产生更多活性末端，提供氢原子供给能力增强。

该研究创新性地揭示了等离子体处理时间对SPI-CSG复合物界面行为的调控规律，特别是发现4分钟处理可特异性增强疏水相互作用。这种时间依赖的改性效应为精准设计植物蛋白-多糖复合物功能特性提供了新思路。通过绿色物理手段同步改善溶解性、流变性和抗氧化活性，该技术有望应用于乳液稳定剂、活性成分包埋载体等食品体系开发。研究还建立了等离子体参数-结构变化-功能响应之间的关联模型，为其他生物大分子改性提供了方法论参考。未来需进一步探究不同气体组分等离子体处理的影响，并评估改性产物在复杂食品基质中的实际表现。