淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，由于其可再生性、生物降解性和低成本，是重要的能源来源和工业原料（Raghunathan, Pandiselvam, Kothakota, & Mousavi Khaneghah, 2021; Singh Sandhu & Singh, 2005）。尽管玉米、小麦和水稻主导着淀粉市场，但气候变化增加了人们对更具抗逆性的作物的兴趣（Rezaei et al., 2023）。高粱（Sorghum bicolor L. Moench）是全球第五大重要谷物作物，因其耐旱性和适应半干旱地区的能力而受到重视（Mwamahonje et al., 2024）。然而，天然高粱淀粉存在高回生率、低水/油结合能力和溶解度差等局限性（Haziman et al., 2025），限制了其工业应用。因此，对其进行改性以提高其功能性是必要的。
传统上采用化学改性方法来改善淀粉性能（BeMiller & Huber, 2015），但人们对有毒副产物和高水消耗的担忧促使了绿色、非热改性技术的发展（Thirumdas, Kadam, & Annapure, 2017）。冷等离子体（CP）作为一种有前景的技术脱颖而出（Han, Shi, & Sun, 2020）。等离子体产生离子、电子、紫外线光子和活性物种（Pankaj et al., 2014），通过与淀粉的相互作用实现表面蚀刻、解聚和交联（Han et al., 2020），从而提高亲水性（Wu et al., 2019）、改变糊状物粘度（Gupta, Guha, & Srivastav, 2023）和改变凝胶质地（Okyere, Rajendran, & Annor, 2022）。
大多数研究集中在大气等离子体系统上，如介质阻挡放电。然而，真空冷等离子体（VCP）通常以射频（RF）辉光放电的形式运行，具有独特的技术优势。在真空条件下，加速电子和活性物种的平均自由路径显著延长（Shishir et al., 2025），这使得对淀粉颗粒表面的轰击更加均匀且能量更高，从而实现更深入的微蚀刻和更有效的长期自由基生成（Laroque, Seó, Valencia, Laurindo, & Carciofi, 2022; Zhu, Li, Cui, & Lin, 2020）。此外，VCP可以精确排除环境中的氧气和湿度，这两种因素会导致不可控的氧化降解（Arslan et al., 2025）。这种高纯度环境有助于研究气体特定的改性机制，其中纯N?或Ar物种直接与淀粉的羟基和糖苷键相互作用。尽管有这些优势，但高粱淀粉在基于真空的等离子体条件下的具体动力学路径和结构响应仍不够清楚。
不同气体通过与淀粉多糖链的相互作用产生不同的改性路径。惰性气体如Ar主要通过高能离子轰击引起物理溅射和蚀刻（Barkhordari, Karimian, Shahsavari, Krawczyk, & Rodero, 2024），从而物理破坏半结晶层并断裂淀粉颗粒表面的α-1,4和α-1,6糖苷键（Obadi, Guo, Sun, & Xu, 2024）。相比之下，活性气体如N?可以通过生成活性氮物种对淀粉分子进行化学改性。这些物种可以在淀粉葡萄糖单元上引入含氮功能基团（例如氨基或亚氨基基团），并促进相邻支链淀粉之间的局部交联（Whitehead, 2016）。尽管广泛报道了等离子体引起的粘度和硬度变化（Bie et al., 2016; Chou, Tseng, Hsieh, & Ting, 2023），但淀粉与水之间的分子相互作用在这些宏观变化背后的机制尚不明确。
尽管高粱淀粉无麸质且含有高量的抗性淀粉（Haziman et al., 2025），但相关研究仍然有限。虽然CP已应用于其他谷物和块茎作物（Pande, Kahar, & Annapure, 2025; Sonkar et al., 2023），但系统研究使用不同气体对高粱淀粉进行VCP改性的研究还较少。因此，本研究考察了使用Ar和N?在不同功率和处理时间下对高粱淀粉的改性效果。除了物理化学表征外，还使用低场核磁共振（LF-NMR）分析淀粉水凝胶中的水分分布和流动性。通过将水分动态与质地特性相关联，本研究旨在阐明等离子体改性高粱淀粉的结构-功能关系，并支持其作为功能性食品成分的应用。
