蔗糖摄入过量已成为严重的全球健康问题。它是慢性非传染性疾病（包括肥胖、2型糖尿病、代谢综合征和心血管疾病）发病率上升的关键因素（Huang等，2023）。这一问题在发展中国家尤为普遍。这些国家正在经历快速的膳食变化，糖的消耗往往超过世界卫生组织推荐的水平（世界卫生组织，2015）。因此，研究人员和营养学家正在探索可能替代糖的甜味剂，同时降低食物中的血糖指数（Sylvetsky & Rother，2018）。在替代方案中，L-阿拉伯糖等稀有糖因其调控碳水化合物代谢的能力（Li, Cai等，2023）和益生元效应（Brownawell等，2012）而脱颖而出。近年来，催化和基于框架的差向异构化技术的进展进一步提升了科学界和工业界对这些糖的兴趣（Gao等，2024）。
L-阿拉伯糖是一种戊糖，常见于半纤维素生物质中（Saha，2003a, Saha，2003b）。它的独特之处在于能影响肠道中的蔗糖酶（Li, Cai等，2023）。这一特性使其在食品产品中对于糖尿病及糖尿病前期患者尤为吸引人（Krog-Mikkelsen等，2011）。此外，L-阿拉伯糖可以影响肠道微生物群的组成和微生物代谢，提示可能具有益生元效应（Li, Cai等，2023）；其在功能食品或营养保健品中的应用进一步增加了附加价值（Pol & Mars，2021）。这一状况促使研究人员探索代谢途径（Bilal等，2018），并推动食品和制药行业开发各种生产L-阿拉伯糖的方法（Hu等，2018）。
获取L-阿拉伯糖的主要方法是通过水解植物生物质（Saha，2003a, Saha，2003b）或通过酶和微生物过程转化戊糖（Okubo，2022）。这些方法虽然有效，但往往导致产率低、处理时间长以及与酶、催化剂和下游分离相关的高成本（Gao等，2024；Xu等，2014）。酸水解速度较快，但由于化学废物的产生和需要谨慎中和，可能对环境有害。此外，D-木糖和L-阿拉伯糖的结构相似，使得它们的分离和纯化具有挑战性，这进一步影响了大规模生产的成本效益（Toussaint等，2025）。因此，需要开发新的环保、节能的稀有糖生产方法（Toussaint等，2025）。
非热等离子体（NTP）被认为是一种有前景的方法，因为它可以在不使用有害化学物质、接近环境条件的情况下在气相中产生多种活性物种（Okubo，2022）。DBD等离子体系统可以执行选择性氧化、氢原子摘除和自由基重排。这些过程源于有机分子的结构变化（Li等，2019）。使用传统方法很难实现这一目标，因为传统方法依赖高温并面临热力学限制（Neyts等，2015）。
近年来，等离子体已被用于修饰碳水化合物及其衍生物（Wang等，2020）。例如，等离子体辅助系统已成功改变糖的结构以生产有价值的产品（Bayati等，2024）。在含甘油体系中，还注意到了重要产品（如食品和化妆品行业的中间体二羟基丙酮）的生产（Dhabhai等，2023），其中等离子体诱导的脱氢反应显示出与糖中类似的转化途径（Kongprawes等，2024）。此外，该方法具有良好的适应性；操作参数可以轻松调整以提高转化率和选择性，而无需重新设计反应器（Okubo，2022）。尽管这些方法取得了重大进展，但利用DBD等离子体直接将D-木糖转化为L-阿拉伯糖的研究仍然相当稀少。
主要关注的领域之一是理解不同操作因素如何影响等离子体辅助糖转化中的产率和选择性，例如输入功率、电极间距、气体流速、底物浓度和处理时间（Li等，2019）。另一个重要方面是阐明活性物种——特别是羟基自由基——如何促进氢原子摘除以及戊糖某些碳中心随后的差向异构化（Attri等，2015；Plimpton等，2013）。需要解决这些问题，以促进稀有糖化合物生产中可调节参数和环保方法的发展。
本研究提出了D-木糖到L-阿拉伯糖的无催化剂转化。这一新工艺在常压和接近室温的条件下进行，不需要腐蚀性化学物质、高温试剂或长时间处理——这些都是传统方法中常见的问题（Santos等，2020）。本工作重点关注操作因素（如输入功率、电极间距、气体流速、底物浓度和处理时间）如何影响转化率、产率和选择性。该方法为低温非热等离子体技术开辟了一条新路径，使其成为一种灵活且环保的稀有糖生产选择，在食品、制药和生物处理中可能具有广泛应用（Zhang & Oehrlein，2021）。
