本研究旨在评估DBD等离子体处理参数如何影响明胶粉末的分子结构和功能性能。研究人员将明胶样品在16 kV和18 kV电压下处理0、5、10和15分钟，并通过分子、理化和功能分析评估所引起的变化。SDS-PAGE（聚丙烯酰胺凝胶电泳）结果显示，在剧烈等离子体条件下，约60 kDa处出现明显条带，表明多肽链断裂。与对照样品相比，在16 kV处理10分钟时，游离硫醇基增加了5倍，随后在更高等离子体强度下显著减少，证实了氧化驱动的二硫键形成。FT-IR（傅里叶变换红外光谱）光谱显示酰胺I区发生可测量的偏移，伴随着无规卷曲结构比例的增加。等离子体处理将明胶分散液的ζ-电位（zeta-potential）从约-24 mV降低至约-21 mV，反映了表面电荷分布的变化。流变学测量显示，在中等等离子体条件下具有更高的储能模量和弹性行为，而长时间或高电压处理导致凝胶结构弱化。微观结构显示，在温和等离子体强度下形成更小且均匀的孔洞，而在剧烈条件下则出现增大和不规则的孔洞。结果表明，DBD等离子体在明胶中诱导了可量化的分子和结构变化，可通过策略性控制来定制其功能特性。
研究背景：明胶是一种通过胶原蛋白部分水解获得的蛋白质基生物聚合物，广泛用于食品、制药、化妆品和生物医学领域。然而，传统化学和酶法改性可能影响营养价值和环境可持续性。非热等离子体作为一种新兴物理改性技术，可在避免热损伤的同时改变生物聚合物结构。DBD（介质阻挡放电）等离子体因其操作简便、电子密度高、可控产生活性物种等优势受到关注。尽管已有研究探索了等离子体对明胶膜和水凝胶的影响，但对于DBD等离子体处理明胶粉末的分子水平系统研究仍然有限，且等离子体参数（电压和时间）与分子结构、理化特性和凝胶网络形成之间的关联尚未全面阐明。为此，研究人员开展了此项研究，旨在系统评估DBD等离子体处理对明胶粉末结构、理化和功能特性的影响，并发表在《Future Foods》。
关键技术与方法：研究人员使用DBD等离子体装置（电压16和18 kV，时间5、10、15 min）处理明胶粉末（来源：牛骨明胶B型，Bloom度160–180，Hala Gelatin Co., Pakistan）。主要技术方法包括：SDS-PAGE（还原和非还原条件）分析分子量分布；游离硫醇基含量测定（Ellman法）；ζ-电位测量（Zetasizer）评估表面电荷；FT-IR（衰减全反射附件）分析二级结构；UV-可见吸收光谱检测构象变化；色差计测定凝胶颜色；TPA（质构分析）评估凝胶硬度、弹性等；流变学测试（温度扫描和频率扫描）考察凝胶网络强度；FE-SEM（场发射扫描电镜）观察微观结构。所有实验三次重复，数据采用方差分析（ANOVA）进行统计。
研究结果：
3.1 SDS-PAGE：在还原条件下，18 kV处理15 min的样品在约60 kDa处出现新条带，表明多肽链断裂；非还原条件下该条带保持不变，提示低分子量肽段与α链通过二硫键连接，表明等离子体诱导了交联。
3.2 游离硫醇基含量：16 kV处理10 min时游离硫醇基含量最高（是对照的5倍），随后随电压和时间增加而降低，归因于ROS导致硫醇基氧化为二硫键。
3.3 ζ-电位：所有等离子体处理后zeta-potential绝对值降低（从-24.36 mV降至-20.70～-23.20 mV），表面电荷分布改变，可能影响胶体稳定性。
3.4 FT-IR分析：酰胺I带（1629 cm⁻¹）强度先增后减，结合曲线拟合表明α-螺旋含量先减后增，无规卷曲含量增加，β-折叠和β-转角呈相反变化，反映等离子体诱导的二级结构重组。
3.5 UV-VIS吸收光谱：220 nm处吸收峰增强并红移至227 nm，表明疏水残基暴露；320 nm处吸收增强对应二硫键形成，与游离硫醇基结果一致。
3.6 颜色分析：L*值先减后增，a*值无显著变化，b*值在16 kV下随处理时间增加而升高，可能与杂质氧化及非酶褐变有关。
3.7 TPA：16 kV处理5 min时硬度最大，延长处理时间或升高电压导致硬度下降；弹性、内聚性、胶黏性和咀嚼性受处理时间与电压交互影响。
3.8 流变学：温度扫描显示16 kV处理10 min的储能模量最高，凝胶网络最强；频率扫描显示所有样品形成强凝胶网络（G′>G″），但16 kV处理10 min的相位角斜率最小，凝胶最坚固。
3.9 SEM：对照样品呈现规则小孔结构；16 kV处理5 min孔洞消失形成致密结构，10 min出现均匀小孔，15 min孔洞增大；18 kV处理使孔洞更大且不规则，表明过度处理导致结构破坏。
总结与讨论：研究人员通过综合分析证实，DBD等离子体处理可有效调控明胶的分子结构和功能特性。中等条件（16 kV、10 min）促进蛋白质适度展开，增加活性基团暴露和氢键形成，增强凝胶弹性和网络均匀性；而高电压或长时间处理导致过度氧化、聚集和结构破坏。讨论指出，这些改性机制与ROS（活性氧）和RNS（活性氮）的氧化蚀刻效应密切相关，且通过控制等离子体参数可实现功能特性的定向设计。
结论部分翻译：本研究表明，介质阻挡放电（DBD）等离子体处理是一种有效的非热方法，可用于定制明胶的结构、理化和功能特性。等离子体诱导的改性程度强烈依赖于处理电压和暴露时间，突显了精确过程控制的重要性。在分子水平上，等离子体处理诱导了蛋白质展开、硫醇基氧化和二级结构改变，这些结构变化直接影响表面电荷分布、凝胶网络形成和分子间相互作用。中等等离子体条件促进了明胶功能性的有益改性，特别是在16 kV处理10 min时获得了最高的反应性官能团暴露、增强的氢键能力以及更紧密和弹性的凝胶网络。相比之下，高电压和长时间暴露导致过度氧化、蛋白质聚集和结构破坏，从而降低了凝胶强度和弹性。分子、流变、质构和微观结构结果的联合分析证实，可控的DBD等离子体处理可以在无需化学添加剂的情况下有效调节明胶性能。本研究结果为等离子体-蛋白质相互作用提供了机制性见解，并证明了DBD等离子体作为一种绿色多功能技术在设计具有定制功能性的明胶方面的潜力。此类等离子体改性明胶在需要精确控制凝胶性能的食品结构系统、药物制剂和生物材料开发中具有广阔的应用前景。
