近日(ri)，浙江大學生物(wu)系統(tǒng)工(gong)程與食品科(ke)學學(xue)院研究人員(yuan)在國際食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一區(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(yan)究論文。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA國產(chǎn)質構儀(yi)用于(yu)測定(ding)山藥的應力(li)松弛(chi)行為。

關于waxiness評估及其(qi)潛在形(xing)成機制(zhi)的研(yan)究仍然有(you)限。在本研究(jiu)中，我(wo)們通過(guo)整合感官評(ping)價和儀器(qi)分析，建立了(le)一種評估(gu)山藥waxiness的綜合方(fang)法。通過將(jiang)waxiness評估解構為(wei)咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用應力(li)松弛和流變(bian)學測試來表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)地利用(yong)平衡模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)(shu)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和損(sun)耗模量（G''）等關鍵(jian)參數(shù)，以準確評(ping)估山藥的waxiness。我(wo)們對waxiness形成機(ji)制的研究(jiu)表明，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了結(jie)構穩(wěn)定性，導(dao)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的結晶(jing)區(qū)和無定形區(qū)(qu)，從而改(gai)善了凝膠(jiao)的穩(wěn)定性(xing)、彈性和(he)粘度，最終增(zeng)強了山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉通(tong)過增加淀(dian)粉凝膠(jiao)的 E0 降低了waxiness強度(du)。

根據(jù)先前(qian)的研究，使用(yong)質構(gou)分析儀(yi)（Universal TA，上海(hai)騰拔(ba)儀器科技有限(xian)公司(si)）進行應(ying)力松(song)弛測試。該測試(shi)測量了(le)材料在恒定應(ying)變下隨時間(jian)的應(ying)力響應，旨(zhi)在通過評估其(qi)粘彈性(xing)質，建立一種(zhong)評估固(gu)體山藥塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣(yang)品加工成高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并(bing)在過(guo)量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻至 40°C 時(shi)進行測量(liang)。使用(yong) P36R 探頭測試(shi)山藥的應力松(song)弛，獲取應(ying)力松弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定應(ying)變下保持(chi) 120 秒以(yi)使應力平(ping)衡。廣義麥克(ke)斯韋模(mo)型廣(guang)泛用于分析(xi)粘彈(dan)性材(cai)料的應(ying)力松(song)弛行為。該模型(xing)由多(duo)個與自由彈(dan)簧并聯(lián)的麥(mai)克斯(si)韋單元組成，其(qi)中每個麥(mai)克斯韋單元由(you)一個彈簧和一(yi)個阻尼(ni)器串聯(lián)構(gou)成。壓縮過(guo)程中，完整(zheng)樣品的壓縮區(qū)(qu)域在載(zai)荷下(xia)會出現(xiàn)(xian)變化，這有助于(yu)獲取力 - 時間曲(qu)線以(yi)分析應力松(song)弛行為。隨后(hou)，將松(song)弛階(jie)段觀察到的力(li) - 時間關系(xi)擬合至廣(guang)義麥克斯(si)韋模型的(de)修正版(ban)本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時間的應(ying)力（Pa），D0 為恒定應(ying)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理想彈(dan)性元件(jian)的彈性模量，n 為(wei)麥克斯韋單元(yuan)的數(shù)(shu)量，t 表示(shi)第 i 個麥克斯韋(wei)單元的(de)弛豫時間，Ti 為各(ge)衰減過程(cheng)的時間常(chang)數(shù)，ηi 為元件(jian) i 的黏度。

為了(le)預測咀嚼時(shi)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克斯(si)韋模型（圖 2）分(fen)析了山藥(yao)的動態(tài)應力松(song)弛行(xing)為，該(gai)模型常用于(yu)表征(zheng)粘彈性材料(liao)的應(ying)力松弛特性(xing)。研究中采用(yong)單項(xiang)和兩項麥克(ke)斯韋模(mo)型來(lai)確定(ding)應力松(song)弛行為(wei)，這兩(liang)種模型(xing)均可較好地描(miao)述熟(shu)制山(shan)藥的粘(zhan)彈性質。數(shù)據(jù)(ju)擬合結果顯示(shi)，單項模型(xing)的 R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收斂。相(xiang)比之(zhi)下，兩項麥(mai)克斯韋模型的(de) R2 值更高(gao)，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更(geng)低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結果(guo)表明，兩項麥(mai)克斯韋模型(xing)能夠更準(zhun)確地擬(ni)合熟制山藥(yao)的應力松弛行(xing)為。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲(qu)線如圖 2a 所(suo)示。兩項麥克斯(si)韋模(mo)型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見表 S7。E0 反映了材(cai)料在持(chi)續(xù)加載(zai)時的剛度或彈(dan)性響應。在粘(zhan)彈性材(cai)料中，E0 通常與(yu)材料的時間依(yi)賴性行為相(xiang)關。在所有(you)測試的(de)山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)梯(ti)度分布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表明(ming)其在長(zhang)期應力下(xia)的變形最小(xiao)，剛度(du)更大(da)。相比之下，WN 山(shan)藥的(de) E0 值zui低，表明該山(shan)藥品種(zhong)的松弛過程更(geng)明顯，柔韌性更(geng)高且質地更柔(rou)軟。在麥(mai)克斯韋(wei)模型中，每個單(dan)元由代表彈性(xing)模量（Ei）的(de)彈簧和(he)代表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組(zu)成，且這些(xie)彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不(bu)同時間尺度下(xia)的彈性(xing)響應(ying)，反映了材料在(zai)初始應力(li)和長期應(ying)力下(xia)的松弛行(xing)為。值(zhi)得注意的是(shi)，在waxinesszui強的 WN 樣(yang)品中，E2 高(gao)于 E1，這表(biao)明即使在(zai)初始快速變(bian)形后，熟(shu)制山藥(yao)仍保留了顯著(zhu)的彈性恢復(fu)能力。這些結果(guo)表明(ming)，WN 山藥在長期應(ying)力下會發(fā)生明(ming)顯的(de)塑性變形。有(you)趣的是，隨著waxiness屬性強度(du)的降低，這一現(xiàn)(xian)象變(bian)得不(bu)那么(me)明顯。黏度(du)系數(shù)(shu) η1 和 η2 代(dai)表材料對變(bian)形的阻(zu)力，每個(ge)阻尼器捕(bu)捉黏性行為(wei)的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增強而(er)增加(jia)，導致初始變形(xing)更慢，表明(ming)材料的黏性(xing)阻力更大(da)。

參考(kao)文獻(xian)：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。