近日(ri)，浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與(yu)食品(pin)科學(xué)學(xué)(xue)院研(yan)究人員在(zai)國(guó)際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)表了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的(de)研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA國(guó)(guo)產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評(píng)估(gu)及其潛在形(xing)成機(jī)制的(de)研究仍然有限(xian)。在本研究中，我(wo)們通過(guò)(guo)整合感官評(píng)價(jià)(jia)和儀器分析，建(jian)立了(le)一種評(píng)估山(shan)藥waxiness的綜合方(fang)法。通過(guò)將(jiang)waxiness評(píng)估解構(gòu)(gou)為咀嚼和(he)吞咽階段(duan)，采用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)(xue)測(cè)試來(lái)表(biao)征這些(xie)階段。系統(tǒng)(tong)地利用平(ping)衡模(mo)量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)(shu)（K*）和損耗模量（G''）等(deng)關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhǔn)確評(píng)(ping)估山藥的waxiness。我(wo)們對(duì)waxiness形(xing)成機(jī)(ji)制的研究表明(ming)，長(zhǎng)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)(qiang)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這些鏈(lian)整合(he)到淀粉(fen)顆粒的(de)結(jié)晶(jing)區(qū)和無(wú)定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝膠的穩(wěn)定(ding)性、彈(dan)性和粘度，最終(zhong)增強(qiáng)了(le)山藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀(dian)粉通過(guò)增加(jia)淀粉凝膠(jiao)的 E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的(de)研究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技有(you)限公司）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛測(cè)試。該(gai)測(cè)試測(cè)(ce)量了材(cai)料在恒定(ding)應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)(ying)力響應(yīng)，旨在通(tong)過(guò)評(píng)估其粘彈(dan)性質(zhì)(zhi)，建立一種(zhong)評(píng)估固體山(shan)藥塊莖waxiness的方法(fa)。將山藥樣(yang)品加工(gong)成高(gao)度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在(zai)過(guò)量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至(zhi) 40°C 時(shí)進(jìn)(jin)行測(cè)量。使(shi)用 P36R 探頭測(cè)試(shi)山藥的應(yīng)(ying)力松弛(chi)，獲取應(yīng)(ying)力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探(tan)頭以(yi) 1 mm/s 的速(su)度壓縮樣品 4.5 mm，并(bing)在恒(heng)定應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以使應(yīng)(ying)力平(ping)衡。廣義麥克(ke)斯韋模型廣泛(fan)用于分析(xi)粘彈性材(cai)料的(de)應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。該模型(xing)由多個(gè)與自由(you)彈簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元(yuan)組成(cheng)，其中每個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元由一(yi)個(gè)彈簧(huang)和一(yi)個(gè)阻尼(ni)器串聯(lián)構(gòu)成。壓(ya)縮過(guò)(guo)程中，完整(zheng)樣品(pin)的壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下會(huì)出現(xiàn)(xian)變化，這(zhe)有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時(shí)間曲線以(yi)分析應(yīng)(ying)力松(song)弛行為。隨后(hou)，將松弛階段(duan)觀察到(dao)的力 - 時(shí)間關(guān)(guan)系擬合(he)至廣義麥(mai)克斯韋模型的(de)修正版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平衡(heng)彈性(xing)模量，Ei 為理想彈(dan)性元件的(de)彈性模(mo)量，n 為麥克斯韋(wei)單元的數(shù)(shu)量，t 表示第 i 個(gè)麥(mai)克斯韋(wei)單元(yuan)的弛豫(yu)時(shí)間，Ti 為各(ge)衰減(jian)過(guò)程的(de)時(shí)間常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測(cè)咀嚼時(shí)的(de)waxiness，我們利用廣(guang)義麥(mai)克斯韋模型(xing)（圖 2）分析了(le)山藥(yao)的動(dòng)(dong)態(tài)應(yīng)力松弛行(xing)為，該(gai)模型常用(yong)于表征粘彈(dan)性材料的應(yīng)(ying)力松弛特性(xing)。研究中(zhong)采用(yong)單項(xiàng)(xiang)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型(xing)來(lái)確定(ding)應(yīng)力松弛行為(wei)，這兩種模(mo)型均(jun)可較好(hao)地描述熟制山(shan)藥的粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)果(guo)顯示，單項(xiàng)模型(xing)的 R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)模(mo)型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未(wei)能收斂(lian)。相比之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯(si)韋模型的 R2 值更(geng)高，范圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明，兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)能夠更(geng)準(zhǔn)確地(di)擬合熟(shu)制山藥的應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為(wei)。

? ??

麥克斯韋模(mo)型的擬合(he)曲線如圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了材料在(zai)持續(xù)(xu)加載(zai)時(shí)的剛度或(huo)彈性(xing)響應(yīng)。在粘彈(dan)性材料中(zhong)，E0 通常與(yu)材料的時(shí)間依(yi)賴性行為(wei)相關(guān)(guan)。在所有測(cè)試的(de)山藥樣(yang)品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度分布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥(yao)的 E0 值(zhi)最高，表明其(qi)在長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的變(bian)形最小(xiao)，剛度更大。相比(bi)之下，WN 山藥(yao)的 E0 值z(mì)ui低，表明該(gai)山藥品(pin)種的松弛過(guò)程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性更(geng)高且質(zhì)(zhi)地更柔軟(ruan)。在麥克斯(si)韋模型中，每(mei)個(gè)單元由代(dai)表彈性模量（Ei）的(de)彈簧和代(dai)表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組成(cheng)，且這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕捉了不同(tong)時(shí)間尺度下的(de)彈性響應(yīng)，反(fan)映了材料在初(chu)始應(yīng)(ying)力和(he)長(zhǎng)期應(yīng)(ying)力下的松(song)弛行為(wei)。值得注意的(de)是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這表明(ming)即使(shi)在初始快速(su)變形后，熟制(zhi)山藥仍(reng)保留了顯著的(de)彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果表(biao)明，WN 山(shan)藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯(xian)的塑性變形(xing)。有趣的是(shi)，隨著waxiness屬性(xing)強(qiáng)度(du)的降(jiang)低，這一(yi)現(xiàn)象(xiang)變得不那么(me)明顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料對(duì)(dui)變形的(de)阻力，每個(gè)(ge)阻尼器捕捉黏(nian)性行為的不(bu)同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而增(zeng)加，導(dǎo)致初始變(bian)形更慢，表明材(cai)料的黏(nian)性阻(zu)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。