本研究论文发表于《journal of agriculture and food research》期刊第16卷（2024年），论文在线发布于2024年2月28日。研究的主要作者为Shirin Kazemzadeh Pournaki（第一作者，隶属于美国南达科他州立大学乳业与食品科学系）、Atanu Biswas（共同作者，隶属于美国农业部农业研究服务局）和Clifford Hall（通讯作者，隶属于美国南达科他州立大学乳业与食品科学系）。

本研究的学术背景聚焦于食品科学与农产品贮藏技术领域。鹰嘴豆作为全球第三重要的豆类，营养价值高且富含蛋白质、膳食纤维和复合碳水化合物，对人体健康有益。随着其产量和国际贸易量的增长，采收后贮藏期间保持种子品质、营养和功能特性变得至关重要。已有研究表明，贮藏条件如温度、相对湿度（Relative Humidity, RH）是影响豆类种子物理、化学和功能性质的关键因素。然而，关于长期贮藏条件（特别是高温高湿）对鹰嘴豆蛋白质结构、淀粉糊化特性以及不同品种间差异的系统性影响，此前的研究信息有限。因此，本研究旨在填补这一知识空白。其具体目标为：首先，确定在不同温度（21°C和40°C）和相对湿度（40%， 55%， 65%）下贮藏360天，对五个鹰嘴豆品种的营养价值、糊化特性、功能特性、颜色及蛋白质和淀粉质量的影响。其次，评估在严苛贮藏条件（65% RH， 40°C）下，贮藏360天后蛋白质（通过SDS-PAGE和FT-IR分析）和淀粉（通过淀粉组成分析和SEM观察）结构特性的变化。

详细的工作流程包含以下主要步骤： 1. 实验设计与样品制备： 研究采用了五个鹰嘴豆栽培品种：Crown， Royal， Sierra， Orion和Frontier。实验设计包含6种贮藏处理，即三个相对湿度水平（40%， 55%， 65%）分别在两个温度（21-22°C室温和40°C）下进行组合。每个品种的样品（2000克）被分装于不同的密封容器中，并利用湿度控制袋（Boveda®）维持目标湿度，期间每两天使用RH计监测。贮藏总时长为360天，并在特定时间点（第0， 90， 180， 270， 360天）取样进行后续分析。取样后，将种子用粉碎机研磨成粒径0.5毫米的面粉，供化学和功能分析使用。 2. 化学组成评估： 使用美国谷物化学师协会（AACC）的官方方法测定面粉的基本化学成分，包括水分含量（Moisture Content, MC）、粗蛋白含量（Protein Content, PC， 方法46-30.01）、总淀粉含量（Total Starch Content, TSC， 方法76-13.01）、粗脂肪含量（Fat Content, FC， 方法30-10.01）和灰分。非淀粉碳水化合物含量通过计算得出（100减去水分、灰分、蛋白质、淀粉和脂肪含量）。此外，使用Megazyme试剂盒测定淀粉中的直链淀粉含量。 3. 蛋白质与淀粉的分离： 从鹰嘴豆粉中分别分离蛋白质和淀粉。蛋白质分离采用等电点沉淀法：将面粉与水混合，调pH至9.0以溶解蛋白质，离心后取上清液，再将pH调至4.0使蛋白质沉淀，收集沉淀物并透析、冻干得到分离蛋白。淀粉则从蛋白质分离后的残余沉淀物中提取：通过调节pH、匀浆、过筛和低速离心收集淀粉颗粒，最后冻干。 4. 蛋白质与淀粉质量分析： 对在严苛条件（65% RH， 40°C）下贮藏0天和360天的样品进行了深入的蛋白质和淀粉结构分析。 * 蛋白质分析： * 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis, SDS-PAGE）： 用于分析蛋白质亚基的分子量分布。将分离蛋白溶液与上样缓冲液混合，加热变性后上样到4-15%预制胶上，在恒定电压下电泳，使用考马斯亮蓝染色观察条带。 * 傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR）： 用于分析蛋白质的二级结构。采集分离蛋白在400-4000 cm-1范围内的光谱，对酰胺I带（1600-1700 cm-1）进行高斯解卷积分析，计算β-折叠、α-螺旋、β-转角、无规卷曲和聚集体等二级结构的相对含量。 * 表面疏水性测定： 采用溴酚蓝结合法评估蛋白质的表面疏水性。 * 淀粉分析： * 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）： 观察提取淀粉的颗粒形貌。将淀粉样品干燥后粘附于样品台并喷金，在SEM下观察其表面结构。 5. 面粉功能特性评估： * 糊化特性（Pasting Properties）： 使用快速粘度分析仪（Rapid Visco Analyzer, RVA）测定鹰嘴豆粉的糊化曲线。记录峰值粘度、最终粘度、崩解值、回生值和糊化温度等参数。RVA测试结束后形成的凝胶，在室温冷却后使用质构分析仪测定其凝胶硬度。 * 持水能力（Water-Holding Capacity, WHC）与持油能力（Oil-Holding Capacity, OHC）： 通过离心法测定面粉结合水和油的能力。 * 水吸收指数（Water Absorption Index, WAI）与水溶性指数（Water Solubility Index, WSI）： 测定面粉在水中分散并离心后，沉淀物的增重和上清液中溶解固形物的含量。 * 起泡能力（Foaming Capacity, FC）与乳化能力（Emulsion Capacity, EC）： 分别通过高速匀浆后测量泡沫体积，以及乳化油水混合物后测量乳化层高度来计算。 6. 颜色评价： 使用色差计测量面粉的L*（亮度）、a*（红绿值）和b*（黄蓝值）。并计算贮藏前后样品的总色差（ΔE）。 7. 统计分析： 所有数据采用三因素方差分析（ANOVA）进行统计检验，考虑时间、湿度和温度三个独立变量及其交互作用的影响。在95%置信水平下使用LSD检验进行均值分离。蛋白质和淀粉质量分析主要比较了严苛贮藏条件（65% RH， 40°C）下第0天与第360天的样品。

研究取得的主要结果如下： 1. 营养价值变化： 在360天贮藏期间，所有品种的鹰嘴豆化学成分均发生显著变化。水分含量总体呈上升趋势，尤其是在55%和65% RH条件下。Sierra品种初始水分最高（7.7%）。蛋白质含量方面，Frontier品种在初始时最高（24.0%），且在整个贮藏期间（包括第360天）显著高于其他品种。其他品种的蛋白质含量变化不显著。总淀粉含量在所有品种中均呈现下降趋势，其中Royal品种下降幅度最大（从46.5%降至42.6%）。粗脂肪含量在所有品种中均显著下降，表明贮藏过程中发生了脂肪降解，可能生成了游离脂肪酸。 2. 蛋白质质量变化： SDS-PAGE分析显示，在严苛条件下贮藏360天后，所有品种在约37 kDa和55 kDa处的主要蛋白质条带消失，并在大于100 kDa处出现了新的高分子量条带。这表明蛋白质发生了聚集，二硫键可能断裂，形成了不溶性大分子聚集体。FT-IR分析进一步证实了蛋白质二级结构的改变。与第0天相比，贮藏360天后，大多数品种的β-折叠结构减少，无规卷曲结构增加，表明蛋白质结构变得更加松散和灵活。同时，蛋白质聚集体的比例增加，表面疏水性也普遍升高，这与SDS-PAGE的结果相互印证，说明高温高湿促使蛋白质展开、疏水基团暴露并发生交联聚集。 3. 淀粉质量变化： SEM观察发现，贮藏360天后的淀粉颗粒表面被一层蛋白质基质包裹，而在第0天的样品中淀粉颗粒表面光滑。这直接证明了在贮藏过程中发生了蛋白质-淀粉相互作用，蛋白质可能在淀粉颗粒表面形成涂层。淀粉组成分析显示，不同品种的直链/支链淀粉比例在贮藏后发生了变化，例如Crown、Sierra和Frontier品种的直链淀粉比例增加，这可能源于支链淀粉的部分解支。 4. 糊化特性与凝胶硬度： 总体而言，所有品种鹰嘴豆粉的峰值粘度和最终粘度在贮藏后均呈上升趋势。例如，在严苛条件下贮藏360天后，多个品种的峰值粘度显著高于初始值。然而，由RVA凝胶测得的凝胶硬度却在贮藏后显著降低。糊化温度受贮藏条件影响，在高温高湿条件下有所下降。粘度升高可能与淀粉颗粒吸水膨胀能力改变以及变性蛋白质与淀粉的相互作用有关；而凝胶硬度降低则可能与直链淀粉重结晶受阻、以及蛋白质聚集体形成的屏障作用有关。 5. 功能特性变化： 贮藏条件显著影响了鹰嘴豆粉的功能特性。持水能力（WHC）的变化因品种而异，例如Frontier的WHC在贮藏后有所增加，而Sierra则下降。持油能力（OHC）在多数品种中呈现下降趋势（如Sierra）。水吸收指数（WAI）普遍增加，而水溶性指数（WSI）普遍下降，表明贮藏后物料更易吸水但可溶性成分减少。乳化能力（EC）的变化趋势因品种不同，有的增加有的减少。而起泡能力（FC）在所有品种中均显著下降，这与蛋白质溶解性降低和形成聚集体密切相关。 6. 颜色变化： 颜色分析表明，随着贮藏时间延长，所有样品的亮度值（L*）和黄色度值（b*）均下降，种子颜色变暗、黄度减少。总色差（ΔE）值在严苛贮藏条件下显著增大，表明发生了明显的颜色劣变，可能与酶促褐变等反应有关。

本研究的结论明确指出，贮藏条件，特别是高温（40°C）和高相对湿度（65% RH），会显著影响鹰嘴豆的营养品质、功能特性、糊化性质、颜色以及蛋白质和淀粉的化学结构。长期（360天）的严苛贮藏导致蛋白质聚集、淀粉-蛋白质相互作用、脂肪降解、颜色变暗以及关键功能性质（如起泡能力）的劣变。因此，为避免这些负面效应，延长鹰嘴豆的保质期并维持其品质，建议在凉爽干燥的条件下进行贮藏。

本研究的亮点在于： 1. 系统性比较： 首次系统比较了五个不同鹰嘴豆栽培品种对长期不同贮藏条件的响应差异，揭示了品种间的特异性。 2. 深入机制探究： 不仅测定了宏观的营养和功能指标，还综合利用SDS-PAGE、FT-IR、SEM等先进分析技术，从分子和微观层面深入揭示了蛋白质结构变化、聚集行为以及蛋白质-淀粉相互作用的机制，为观察到的宏观性质变化提供了坚实的理论解释。 3. 严苛条件评估： 重点关注了较高温度（40°C）和湿度（65% RH）的组合，这种条件在特定气候区域或不当仓储中可能出现，研究结果对实际贮藏实践具有明确的警示和指导意义。 4. 全面的性质关联： 研究将化学成分、结构特性、糊化性质、功能性质和颜色变化等多方面结果进行了关联分析，构建了一个关于鹰嘴豆贮藏劣变的较为完整的图景。

这项研究为鹰嘴豆产业在采后管理、仓储条件优化以及品质控制方面提供了重要的科学依据和数据支持，有助于最大限度地保持鹰嘴豆的营养价值和加工适用性。