基于动态力学分析（DMA）的蚕豆粉体力学特性与玻璃化转变研究：多水合状态下蛋白质与淀粉的协同行为解析

为解决干法分馏中豆类蛋白体与淀粉颗粒的分离效率问题，研究人员通过动态力学分析（DMA）开发了一种直接测定原生蚕豆粉体力学特性与玻璃化转变温度（Tg）的方法。研究发现，水分含量升高会显著降低蛋白质和淀粉的Tg，且水分对蛋白质的塑化效应更强。该研究为调控豆类粉碎过程中的选择性破碎行为提供了理论依据，对优化可持续植物蛋白加工工艺具有重要意义。

　　

随着健康饮食和可持续发展理念的兴起，植物蛋白的需求量激增。豆类作为优质蛋白来源，其加工效率直接影响市场供应。传统湿法分馏工艺能耗高，而新兴的干法分馏虽更环保，却因豆类细胞内蛋白体与淀粉颗粒的分离不彻底导致蛋白富集效率低下。这一瓶颈的核心在于缺乏对豆类组分力学特性与物理状态关系的深入理解。

为破解这一难题，Anton Paar GmbH（奥地利）的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表论文，创新性地将动态力学分析（DMA）技术应用于原生蚕豆粉体的研究。通过设计粉末专用测量腔室，首次实现了多水合状态下蛋白与淀粉玻璃化转变温度（T_g）的同步检测，并构建了关联物料物理状态与力学性能的状态图。

研究采用三阶段递进式实验设计：首先以乳糖为模型验证DMA检测非晶态材料玻璃转变的敏感性；随后通过分离的蚕豆蛋白和淀粉验证多组分系统T_g分辨能力；最终应用于原生蚕豆粉体。关键技术创新包括：采用双悬臂梁测量系统配合粉末腔室设计，优化应变振幅（0.01%-0.1%）和频率（1-10Hz）参数，并通过损耗因子tan(δ)峰值精确定位T_g。

主要发现

1. 方法验证：DMA对非晶态乳糖的玻璃转变灵敏度显著高于差示扫描量热法（DSC），能清晰区分不同结晶度的样品。
2. 水分影响：蚕豆蛋白和淀粉的T_g均随水分增加而降低，但蛋白的降幅更显著（水分含量每增加1%，蛋白T_g下降约7.5℃）。
3. 状态差异：在特定温湿度组合下（如25℃、12%水分），蛋白处于橡胶态而淀粉保持玻璃态，这种状态差异可能促进粉碎时的界面断裂。

结论与意义
该研究建立的DMA检测方法突破了传统技术对复杂食品体系多玻璃转变的分辨局限，首次在原生状态下揭示了蚕豆蛋白与淀粉的协同力学行为。提出的状态图为干法分馏工艺优化提供了关键参数：当淀粉保持玻璃态（脆性）而蛋白处于橡胶态（弹性）时，更易实现选择性破碎。这一发现不仅为植物蛋白高效提取提供了新思路，其方法学创新还可推广至其他多组分粉体材料的表征领域。

值得注意的是，研究团队特别指出DMA参数选择对结果的影响：应变振幅超过0.1%会导致粉末颗粒重排干扰测量，而频率变化（1-10Hz）对T_g定位影响较小。这些经验为食品粉体力学研究建立了重要规范。未来研究可进一步探索不同豆类品种的T_g差异，以及实际粉碎设备中的应力状态与DMA测量的关联性。