近日(ri)，浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院(yuan)一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題為(wei)"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評(ping)估及其(qi)潛在形成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)仍然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們通過(guo)整合(he)感官評價(jia)和儀器分析(xi)，建立了(le)一種評估(gu)山藥waxiness的綜合方(fang)法。通過將waxiness評(ping)估解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用(yong)應(yīng)力松弛和(he)流變學(xué)(xue)測試來表征(zheng)這些階段。系(xi)統(tǒng)地利(li)用平衡模量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)(shu)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確(que)評估山藥的(de)waxiness。我們對(dui)waxiness形成機(jī)(ji)制的(de)研究表(biao)明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)(qiang)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝膠的(de)穩(wěn)定(ding)性、彈性和粘度(du)，最終增強(qiáng)(qiang)了山藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀粉(fen)通過增加淀(dian)粉凝膠(jiao)的 E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)(ju)先前的研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀(yi)器科技有限(xian)公司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測試(shi)。該測試測(ce)量了(le)材料在(zai)恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shi)間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在通過(guo)評估(gu)其粘彈(dan)性質(zhì)，建立一(yi)種評估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣(yang)品加工成高(gao)度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在(zai)過量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻至 40°C 時(shi)進(jìn)行測量(liang)。使用 P36R 探(tan)頭測試山藥(yao)的應(yīng)力松(song)弛，獲取應(yīng)力松(song)弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣(yang)品 4.5 mm，并在恒定應(yīng)(ying)變下保持(chi) 120 秒以使應(yīng)(ying)力平衡。廣義(yi)麥克(ke)斯韋模型廣(guang)泛用于分(fen)析粘彈(dan)性材料(liao)的應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為。該模型由(you)多個(ge)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的(de)麥克斯韋單元(yuan)組成(cheng)，其中每個麥克(ke)斯韋(wei)單元由(you)一個(ge)彈簧和一個(ge)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成。壓縮(suo)過程(cheng)中，完整樣品的(de)壓縮區(qū)域在(zai)載荷下會(hui)出現(xiàn)變化(hua)，這有(you)助于(yu)獲取力 - 時間曲(qu)線以分析(xi)應(yīng)力松弛(chi)行為。隨后，將松(song)弛階段觀(guan)察到的力 - 時間(jian)關(guān)系擬合(he)至廣義麥克斯(si)韋模型的修(xiu)正版本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shi)間的應(yīng)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量，Ei 為(wei)理想彈性元件(jian)的彈性模(mo)量，n 為麥(mai)克斯韋單(dan)元的數(shù)量，t 表(biao)示第 i 個麥克斯(si)韋單元(yuan)的弛豫時間，Ti 為(wei)各衰減過程(cheng)的時間常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測咀(ju)嚼時的(de)waxiness，我們利用(yong)廣義(yi)麥克斯韋(wei)模型（圖 2）分析了(le)山藥的動態(tài)(tai)應(yīng)力松(song)弛行為，該模(mo)型常用于表(biao)征粘彈性材料(liao)的應(yīng)力(li)松弛特性(xing)。研究中(zhong)采用單項和兩(liang)項麥克斯(si)韋模型(xing)來確定應(yīng)力松(song)弛行為，這(zhe)兩種模型(xing)均可較(jiao)好地描述熟(shu)制山藥的(de)粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示，單項(xiang)模型的(de) R2 值范圍(wei)為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均(jun)殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單(dan)項模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能(neng)收斂。相比之下(xia)，兩項(xiang)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更(geng)高，范(fan)圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果(guo)表明(ming)，兩項(xiang)麥克斯(si)韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)確(que)地擬合熟制(zhi)山藥的(de)應(yīng)力(li)松弛行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬合曲(qu)線如(ru)圖 2a 所示(shi)。兩項麥克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了(le)材料在持續(xù)(xu)加載時的剛度(du)或彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性(xing)材料中，E0 通(tong)常與材(cai)料的時間(jian)依賴性行(xing)為相關(guān)。在(zai)所有測試的山(shan)藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)梯度分(fen)布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值最高(gao)，表明其(qi)在長期應(yīng)力下(xia)的變形(xing)最小，剛度更(geng)大。相比之下(xia)，WN 山藥的 E0 值(zhi)zui低，表明該山藥(yao)品種的松弛(chi)過程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性更(geng)高且質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥(mai)克斯韋模型(xing)中，每個單元由(you)代表彈性(xing)模量（Ei）的彈簧(huang)和代表黏(nian)度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且這些(xie)彈簧呈(cheng)串聯(lián)排列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同時間(jian)尺度下的(de)彈性響應(yīng)，反(fan)映了材料在(zai)初始應(yīng)(ying)力和長期應(yīng)(ying)力下的松(song)弛行(xing)為。值得注(zhu)意的是，在waxinesszui強(qiáng)的(de) WN 樣品中(zhong)，E2 高于(yu) E1，這表明即使在(zai)初始(shi)快速變形(xing)后，熟(shu)制山藥仍(reng)保留了顯著的(de)彈性恢(hui)復(fù)能力。這些(xie)結(jié)果表(biao)明，WN 山(shan)藥在長期應(yīng)力(li)下會發(fā)生(sheng)明顯(xian)的塑性(xing)變形(xing)。有趣的是(shi)，隨著waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降低，這(zhe)一現(xiàn)象變(bian)得不(bu)那么(me)明顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料對(dui)變形(xing)的阻力，每(mei)個阻尼器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為(wei)的不(bu)同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)致(zhi)初始變形更慢(man)，表明材料(liao)的黏(nian)性阻力更(geng)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。