近日，浙(zhe)江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品科(ke)學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guó)(guo)際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究(jiu)論文(wen)。在該論(lun)文中(zhong)，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA國(guó)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及其(qi)潛在形成機(jī)制(zhi)的研究仍然(ran)有限。在本研(yan)究中(zhong)，我們(men)通過整合(he)感官評(píng)(ping)價(jià)和儀(yi)器分(fen)析，建立(li)了一種評(píng)估山(shan)藥waxiness的綜合(he)方法(fa)。通過(guo)將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)為咀(ju)嚼和吞(tun)咽階段，采用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)測(cè)試(shi)來表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘(zhan)度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和(he)損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵(jian)參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(píng)估(gu)山藥的waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)表明，長(zhǎng)淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和(he) G'' 增加。這些(xie)鏈整合到淀粉(fen)顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)(qu)和無定(ding)形區(qū)，從而改(gai)善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和(he)粘度，最終(zhong)增強(qiáng)了(le)山藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀粉(fen)通過增(zeng)加淀(dian)粉凝膠的(de) E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前(qian)的研究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器科(ke)技有限(xian)公司）進(jìn)行(xing)應(yīng)力(li)松弛(chi)測(cè)試。該(gai)測(cè)試測(cè)量(liang)了材(cai)料在恒(heng)定應(yīng)變下隨(sui)時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過評(píng)(ping)估其粘彈性(xing)質(zhì)，建立一種評(píng)(ping)估固體(ti)山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工(gong)成高度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并在(zai)過量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)行測(cè)量(liang)。使用 P36R 探頭(tou)測(cè)試山(shan)藥的應(yīng)力(li)松弛(chi)，獲取應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的速(su)度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)(ying)變下(xia)保持(chi) 120 秒以使應(yīng)力平(ping)衡。廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)廣泛用于分(fen)析粘彈性材料(liao)的應(yīng)力松弛(chi)行為。該模型由(you)多個(gè)與自(zi)由彈(dan)簧并聯(lián)的麥克(ke)斯韋單元組成(cheng)，其中每(mei)個(gè)麥克斯(si)韋單元由(you)一個(gè)彈簧(huang)和一(yi)個(gè)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮過程(cheng)中，完整樣品(pin)的壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下會(huì)出現(xiàn)變(bian)化，這有助(zhu)于獲取力 - 時(shí)(shi)間曲線以分析(xi)應(yīng)力松弛行(xing)為。隨后，將松弛(chi)階段觀察到(dao)的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系(xi)擬合至廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型的修(xiu)正版本(ben)（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡(heng)彈性模量(liang)，Ei 為理想(xiang)彈性元件(jian)的彈性模(mo)量，n 為麥克(ke)斯韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示第 i 個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元的弛(chi)豫時(shí)間，Ti 為各(ge)衰減過(guo)程的時(shí)間(jian)常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)的(de)waxiness，我們利用(yong)廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)（圖 2）分析了山(shan)藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力(li)松弛行為，該模(mo)型常用于表(biao)征粘彈性材(cai)料的應(yīng)力(li)松弛特性。研究(jiu)中采用(yong)單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型來(lai)確定應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)，這兩種模型均(jun)可較(jiao)好地(di)描述熟制山(shan)藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯(xian)示，單項(xiàng)模(mo)型的 R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均殘差(cha)偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)模型在(zai) CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收斂(lian)。相比之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更高，范(fan)圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低(di)（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)(xiang)麥克(ke)斯韋模型能夠(gou)更準(zhǔn)(zhun)確地(di)擬合熟制(zhi)山藥的應(yīng)力(li)松弛行為。

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麥克斯(si)韋模型的擬合(he)曲線如(ru)圖 2a 所示。兩項(xiàng)(xiang)麥克(ke)斯韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)(shu)見表 S7。E0 反(fan)映了材料在(zai)持續(xù)(xu)加載時(shí)(shi)的剛度(du)或彈性(xing)響應(yīng)(ying)。在粘彈(dan)性材料(liao)中，E0 通常(chang)與材料的時(shí)間(jian)依賴性行為(wei)相關(guān)。在(zai)所有(you)測(cè)試(shi)的山藥樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度(du)分布(bu)，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的(de) E0 值最高，表明其(qi)在長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)的變形(xing)最小，剛度(du)更大(da)。相比之下，WN 山(shan)藥的 E0 值(zhi)zui低，表(biao)明該(gai)山藥品種的(de)松弛過程更明(ming)顯，柔韌性更(geng)高且(qie)質(zhì)地更柔軟。在(zai)麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個(gè)單元由(you)代表彈性模量(liang)（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組(zu)成，且這(zhe)些彈簧呈串聯(lián)(lian)排列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不(bu)同時(shí)間尺度下(xia)的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)力和(he)長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力(li)下的(de)松弛行為。值(zhi)得注意(yi)的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這表(biao)明即使在初(chu)始快(kuai)速變形(xing)后，熟制山藥(yao)仍保(bao)留了顯(xian)著的彈(dan)性恢(hui)復(fù)能力。這些(xie)結(jié)果表明(ming)，WN 山藥(yao)在長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下會(huì)(hui)發(fā)生明顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是，隨著(zhe)waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降(jiang)低，這一現(xiàn)(xian)象變(bian)得不(bu)那么明(ming)顯。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料(liao)對(duì)變形的阻(zu)力，每個(gè)阻尼器(qi)捕捉黏(nian)性行為(wei)的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)致初(chu)始變形更慢，表(biao)明材料(liao)的黏(nian)性阻力更大。

參考文(wen)獻(xiàn)：Ye?Li et al. Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix. Food Chemistry, 2025。