以大豆为参照：澳洲窄叶羽扇豆品种蛋白分离物与籽粒粉的热学、结构及流变特性比较分析

本研究针对羽扇豆蛋白在食品工业应用中凝胶性能较弱的问题，系统比较了五种窄叶羽扇豆品种的蛋白分离物和籽粒粉的热稳定性、二级结构及流变特性，并以大豆为参照。研究发现羽扇豆蛋白具有更高的热稳定性（Td达105°C）但形成较弱凝胶网络（较低G'和较高tan δ），其β-折叠结构占比超40%，且籽粒粉糊化特性优于大豆。该研究为羽扇豆在热加工食品中的应用提供了重要理论依据。

　　

随着全球对植物基蛋白需求日益增长，寻找大豆以外的可持续蛋白来源成为食品科学领域的重要课题。澳洲窄叶羽扇豆（Lupinus angustifolius L.）因其高蛋白含量、无胰蛋白酶抑制剂和非转基因特性受到关注，但其在食品工业中的应用仍面临挑战：一是羽扇豆蛋白凝胶性能较弱，难以形成如大豆蛋白般坚固的凝胶网络；二是缺乏对其不同品种功能特性的系统评估；三是消费者对其苦味和风味缺陷存在负面认知。这些问题限制了羽扇豆蛋白在肉类似物、乳化制品等领域的应用潜力。

为突破这些瓶颈，由Piyumi Chathurangi Wanniarachchi、Mauro Mocerino、Mark J. Hackett等研究人员组成的团队在《Food Hydrocolloids》发表了突破性研究，首次对五个澳洲窄叶羽扇豆品种（Danja、PBA Jurien、Kalya、Mandelup和Tanjil）的蛋白分离物和籽粒粉进行了全面系统的比较分析，并以大豆原料作为基准参照。研究整合了热学特性、蛋白质二级结构、微观结构和流变性能等多维度分析方法，揭示了羽扇豆蛋白与大蛋白的本质差异及其在食品应用中的独特价值。

研究人员采用多项关键技术方法：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构组成；利用差示扫描量热法（DSC）测定蛋白质热变性温度（T_d）和焓变（ΔH）；采用共聚焦激光扫描显微镜观察蛋白质和脂肪的微观分布；通过动态流变分析评估凝胶网络的粘弹性（存储模量G'、损耗模量G″和损耗因子tan δ）；使用快速粘度分析仪（RVA）测定糊化特性。实验样品包括五个羽扇豆品种的籽粒粉和蛋白分离物，以及作为对照的商业大豆粉和大豆蛋白分离物。

3.1. 微观结构分析

通过共聚焦显微镜观察发现，羽扇豆蛋白网络相互连接程度较低，存在不规则空隙和局部脂肪斑块，而大豆蛋白则形成更致密连续的网络结构。羽扇豆蛋白分离物呈现无定形聚集状态，而大豆蛋白分离物显示规则的环形结构，这种结构差异直接影响其凝胶性能。

3.2. 二级结构分析

FTIR分析显示羽扇豆蛋白分离物中β-折叠结构占比最高（约25-28%），与α-螺旋共同构成约50%的二级结构。值得注意的是，籽粒粉中α-螺旋比例高于β-折叠，而蛋白分离物中则相反，这种转变源于提取过程中冻干工艺导致的蛋白质结构变化。羽扇豆蛋白的β-结构总占比（39-43%）显著高于大豆蛋白（32%），这解释了其更高的热稳定性。

3.3. 热特性分析

DSC结果显示羽扇豆粉呈现三个热变性峰：第一个峰（90-91°C）对应β-羽扇豆蛋白，第二个峰（103-105°C）对应α-羽扇豆蛋白，第三个峰（115-117°C）对应γ-羽扇豆蛋白或聚集体。羽扇豆蛋白分离物的变性温度（第一峰84-86°C，第二峰96-98°C）略低于相应籽粒粉，表明非蛋白组分对蛋白质有保护作用。特别值得注意的是，羽扇豆粉的热变性温度显著高于大豆粉，表明羽扇豆蛋白具有更优的热稳定性。

3.4. 流变特性分析

流变学研究表明，羽扇豆蛋白形成的凝胶网络较弱，表现为较低的复合粘度（?*）、存储模量（G'）和较高的损耗因子（tan δ）。频率扫描显示羽扇豆蛋白凝胶在较高频率下呈现更明显的频率依赖性，表明其结构更容易在剪切作用下发生变形。相比之下，大豆蛋白凝胶显示出更稳定的弹性主导行为。

3.5. 糊化特性分析

RVA分析显示羽扇豆粉的峰值粘度（237.00-265.00 cP）和最终粘度（338-489 cP）均显著高于大豆粉（166.33 cP和111 cP），表明羽扇豆中的非淀粉成分（如蛋白质和纤维）对糊化特性有增强作用。品种间差异明显，Mandelup和PBA Jurien品种因较高的纤维含量而表现出更高的粘度特性。

本研究得出结论：羽扇豆蛋白虽凝胶强度不及大豆蛋白，但其卓越的热稳定性（变性温度高达105°C）和独特的糊化特性为其在热加工食品中的应用提供了巨大潜力。研究首次揭示了不同羽扇豆品种间的功能特性差异，为食品工业选择合适品种提供了科学依据。研究发现羽扇豆蛋白中β-折叠结构的优势地位是其热稳定性的结构基础，而提取工艺特别是冻干过程对蛋白质二级结构有显著影响。

该研究的重要意义在于为羽扇豆蛋白在食品工业中的应用提供了全面的理论基础和技术指导：①羽扇豆蛋白适合需要高热稳定性的应用场景，如烘焙、挤压和灭菌产品；②不同品种的羽扇豆具有不同的功能特性，可根据具体应用需求进行选择；③需要通过工艺优化来改善羽扇豆蛋白的凝胶性能；④羽扇豆粉优异的糊化特性表明其在需要增稠和粘度调节的应用中具有优势。这些发现不仅推动了羽扇豆作为大豆替代品的应用进程，也为植物基食品的创新发展提供了新的方向。

未来研究应重点关注工艺改性以增强羽扇豆蛋白的功能特性，并探索其与其他植物蛋白的复配应用，同时需要开发适合高温加工条件的评价方法，以更好地模拟实际食品加工环境。