近日，浙江大(da)學生物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學學(xue)院研究人(ren)員在(zai)國際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研(yan)究論文(wen)。在該(gai)論文(wen)中，研(yan)究人員利用(yong)上海(hai)騰拔(ba)Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定(ding)山藥的應力(li)松弛行為。

關(guān)于(yu)waxiness評估及其(qi)潛在形成(cheng)機制的(de)研究仍(reng)然有限。在本研(yan)究中，我們通(tong)過整合感官評(ping)價和儀器分(fen)析，建立了(le)一種評(ping)估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方(fang)法。通過將waxiness評(ping)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階(jie)段，采(cai)用應(ying)力松弛(chi)和流變學測(ce)試來表征這(zhe)些階(jie)段。系統(tǒng)地(di)利用平衡(heng)模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準確評估(gu)山藥(yao)的waxiness。我們對waxiness形(xing)成機制(zhi)的研究(jiu)表明，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dao)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整合到(dao)淀粉顆粒(li)的結(jié)晶(jing)區(qū)和無定形(xing)區(qū)，從而(er)改善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和粘(zhan)度，最終增強(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉通過(guo)增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低(di)了waxiness強度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科(ke)技有限公司(si)）進行應力(li)松弛測試。該測(ce)試測量了(le)材料在恒(heng)定應變(bian)下隨時間的(de)應力響應，旨在(zai)通過評估(gu)其粘彈(dan)性質(zhì)，建(jian)立一種(zhong)評估固(gu)體山藥塊莖(jing)waxiness的方法。將山(shan)藥樣(yang)品加工(gong)成高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并(bing)在過量(liang)純水(shui)中煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻至(zhi) 40°C 時進行測(ce)量。使用 P36R 探(tan)頭測試山(shan)藥的應(ying)力松弛，獲取(qu)應力松(song)弛數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速(su)度壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定應變(bian)下保持 120 秒(miao)以使(shi)應力平衡(heng)。廣義麥克(ke)斯韋模型廣(guang)泛用(yong)于分(fen)析粘彈性材(cai)料的應力松弛(chi)行為。該模(mo)型由(you)多個(ge)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的麥克(ke)斯韋單(dan)元組成(cheng)，其中每個(ge)麥克斯(si)韋單(dan)元由一個彈(dan)簧和一(yi)個阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮(suo)過程中(zhong)，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)域在(zai)載荷下會出現(xiàn)(xian)變化，這(zhe)有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時間曲(qu)線以分析應(ying)力松弛行(xing)為。隨后，將松弛(chi)階段觀察到(dao)的力 - 時間關(guān)(guan)系擬合至廣(guang)義麥克斯(si)韋模(mo)型的修(xiu)正版(ban)本（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定時間的(de)應力（Pa），D0 為恒(heng)定應變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性模(mo)量，Ei 為理(li)想彈性元件的(de)彈性模(mo)量，n 為麥(mai)克斯(si)韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示第(di) i 個麥(mai)克斯韋單元的(de)弛豫時(shi)間，Ti 為各衰減(jian)過程的(de)時間常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的(de)黏度。

為了預測(ce)咀嚼(jue)時的(de)waxiness，我們利用(yong)廣義麥克斯韋(wei)模型（圖 2）分析(xi)了山藥的動(dong)態(tài)應力松弛(chi)行為，該模(mo)型常用于表(biao)征粘(zhan)彈性(xing)材料的(de)應力松弛特性(xing)。研究中采用(yong)單項和兩(liang)項麥(mai)克斯韋模(mo)型來確定應(ying)力松弛行(xing)為，這兩種(zhong)模型均(jun)可較好地(di)描述(shu)熟制山(shan)藥的粘(zhan)彈性(xing)質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬合結(jié)果(guo)顯示，單項模型(xing)的 R2 值范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均(jun)殘差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項模(mo)型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中未(wei)能收(shou)斂。相比之下(xia)，兩項麥克(ke)斯韋模型的(de) R2 值更高(gao)，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低(di)（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果(guo)表明，兩(liang)項麥克斯韋模(mo)型能夠更(geng)準確地擬合(he)熟制(zhi)山藥的應力松(song)弛行(xing)為。

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麥克斯(si)韋模型(xing)的擬合曲線如(ru)圖 2a 所(suo)示。兩項(xiang)麥克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在持續(xù)(xu)加載時的剛(gang)度或彈(dan)性響應(ying)。在粘彈性材料(liao)中，E0 通常與材料(liao)的時間依(yi)賴性行為相關(guān)(guan)。在所有(you)測試的山藥(yao)樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表(biao)明其在(zai)長期應力下(xia)的變形最小，剛(gang)度更大。相比之(zhi)下，WN 山藥(yao)的 E0 值(zhi)zui低，表(biao)明該山(shan)藥品種的(de)松弛(chi)過程更明顯，柔(rou)韌性(xing)更高且質(zhì)地(di)更柔(rou)軟。在麥克斯(si)韋模型(xing)中，每個單元由(you)代表彈性模(mo)量（Ei）的(de)彈簧和代表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成，且這些彈(dan)簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同(tong)時間(jian)尺度下的彈性(xing)響應，反映了材(cai)料在初(chu)始應力和(he)長期(qi)應力(li)下的松弛行(xing)為。值(zhi)得注(zhu)意的是(shi)，在waxinesszui強的 WN 樣(yang)品中(zhong)，E2 高于(yu) E1，這表明即使在(zai)初始(shi)快速變形(xing)后，熟制山藥(yao)仍保(bao)留了顯著(zhu)的彈性(xing)恢復(fu)能力(li)。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在(zai)長期應力(li)下會發(fā)生明(ming)顯的塑性變(bian)形。有(you)趣的是(shi)，隨著(zhe)waxiness屬性(xing)強度的降(jiang)低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那(na)么明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代表材料(liao)對變形的(de)阻力(li)，每個(ge)阻尼器捕捉黏(nian)性行為的不同(tong)方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增(zeng)強而增加，導致(zhi)初始變形更(geng)慢，表明材料的(de)黏性阻力更(geng)大。

參考文獻：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。