大气压等离子体射流(APPJ)绿色改性琼脂与海藻酸钠流变特性的研究

本研究创新性地采用大气压等离子体射流(APPJ)技术对琼脂和海藻酸钠的流变特性进行绿色改性。通过分析粘度、分子量、拉曼光谱等参数，发现APPJ处理可选择性调控两种多糖的凝胶强度与流变行为，为食品和医药领域提供环保型材料改性新策略。

　　

在食品工业和生物医药领域，天然多糖如琼脂(agar)和海藻酸钠(alginate)因其卓越的凝胶性和增稠特性被广泛应用。然而传统化学改性方法存在溶剂污染、工艺复杂等问题，亟需开发绿色高效的物理改性技术。大气压等离子体射流(Atmospheric Pressure Plasma Jet, APPJ)作为一种新兴的非热加工技术，通过产生高活性粒子实现材料表面改性，但其对多糖流变特性的调控机制尚不明确。

为探索这一科学问题，中国农业大学的研究团队在《Algal Research》发表了创新性研究成果。该研究采用德国Diener Electronic GmbH的APPJ系统，通过HP-SEC分子量测定、流变仪分析和SEM观察等技术，系统评估了等离子体处理对两种多糖结构功能的影响。

3.1 流变特性

研究发现，APPJ处理使琼脂分子量从63±2 kDa显著降至35±1 kDa，导致粘度降低和凝胶强度减弱，这源于等离子体活性粒子对糖苷键的断裂作用。而海藻酸钠因等离子体诱导的"蛋盒(egg-box)"结构交联增强，粘度提升但凝胶性能保持稳定。

3.2 分子结构表征

HP-SEC色谱显示琼脂分子量分布左移，证实降解效应；拉曼光谱PCA分析成功区分处理前后样本，PC1方差贡献率达78.5%。SEM图像清晰显示等离子体处理产生的表面裂纹，为活性粒子渗透提供通道。

3.3 作用机制差异

研究揭示APPJ对两种多糖的差异化影响：琼脂主要发生链断裂，而海藻酸钠通过Ca²⁺介导的G单元交联增强网络密度。这种选择性调控归因于二者凝胶机制的本质差异——琼脂依赖热可逆螺旋结构，海藻酸钠则通过二价离子桥接形成凝胶。

该研究首次证实APPJ可作为精准调控多糖流变性能的绿色工具，为开发环保型食品添加剂和药物载体提供新思路。通过避免化学试剂使用，该技术符合当前清洁生产的可持续发展需求，在功能性食品、控释制剂等领域具有广阔应用前景。未来研究可进一步优化等离子体参数，实现对不同多糖材料的定制化改性。