近日，浙(zhe)江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)院研究人(ren)員在國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題為(wei)"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究(jiu)論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(ce)定山藥的(de)應(yīng)力松弛(chi)行為。

關(guān)于(yu)waxiness評估及其潛在(zai)形成(cheng)機(jī)制的研究仍(reng)然有限。在本(ben)研究(jiu)中，我們(men)通過整合(he)感官評價(jià)和儀(yi)器分析，建立(li)了一種評(ping)估山藥waxiness的綜合(he)方法。通過將waxiness評(ping)估解(jie)構(gòu)為(wei)咀嚼和(he)吞咽(yan)階段(duan)，采用(yong)應(yīng)力松弛和流(liu)變學(xué)測試來(lai)表征這(zhe)些階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量(liang)（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠(chou)度系(xi)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(gu)山藥的waxiness。我們對(dui)waxiness形成機(jī)制的(de)研究表(biao)明，長(zhang)淀粉鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈整(zheng)合到(dao)淀粉顆粒的(de)結(jié)晶(jing)區(qū)和無定形區(qū)(qu)，從而改善了凝(ning)膠的穩(wěn)定(ding)性、彈(dan)性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiáng)了山藥(yao)的waxiness。相反，短支鏈(lian)淀粉通過增加(jia)淀粉凝(ning)膠的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技(ji)有限公(gong)司）進(jìn)行(xing)應(yīng)力松弛測(ce)試。該測試測(ce)量了材料在(zai)恒定(ding)應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過(guo)評估其粘彈(dan)性質(zhì)，建立一(yi)種評估固體山(shan)藥塊莖waxiness的方法。將(jiang)山藥樣品加工(gong)成高度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱體，并(bing)在過量純水中(zhong)煮沸 35 分(fen)鐘。待樣品(pin)冷卻(que)至 40°C 時(shí)(shi)進(jìn)行測量。使用(yong) P36R 探頭測(ce)試山藥的應(yīng)力(li)松弛，獲取(qu)應(yīng)力(li)松弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下(xia)保持 120 秒以使(shi)應(yīng)力(li)平衡。廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)廣泛用(yong)于分(fen)析粘彈(dan)性材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛行為。該模型(xing)由多個(gè)與自(zi)由彈簧并(bing)聯(lián)的(de)麥克斯韋單(dan)元組成(cheng)，其中每個(gè)麥(mai)克斯韋(wei)單元由(you)一個(gè)彈簧和(he)一個(gè)阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成。壓縮過(guo)程中(zhong)，完整樣品的壓(ya)縮區(qū)(qu)域在(zai)載荷(he)下會(huì)出現(xiàn)變(bian)化，這(zhe)有助于獲(huo)取力 - 時(shí)間曲(qu)線以(yi)分析應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。隨后，將(jiang)松弛階段觀察(cha)到的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系(xi)擬合至(zhi)廣義麥克斯(si)韋模型(xing)的修正(zheng)版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時(shí)(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 為理(li)想彈性元(yuan)件的彈性(xing)模量(liang)，n 為麥克斯(si)韋單元的數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(gè)麥(mai)克斯(si)韋單(dan)元的弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰(shuai)減過程的時(shí)間(jian)常數(shù)，ηi 為元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)(yu)測咀嚼時(shí)的(de)waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克(ke)斯韋(wei)模型（圖 2）分析(xi)了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行(xing)為，該模型(xing)常用于表(biao)征粘(zhan)彈性(xing)材料的應(yīng)(ying)力松弛(chi)特性(xing)。研究中采(cai)用單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型來(lai)確定應(yīng)力松弛(chi)行為，這兩(liang)種模(mo)型均可較好(hao)地描述熟制(zhi)山藥(yao)的粘彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬合結(jié)果顯(xian)示，單項(xiàng)模(mo)型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未(wei)能收斂。相(xiang)比之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低(di)（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M合(he)熟制山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

? ??

麥克斯韋模(mo)型的擬合曲(qu)線如圖 2a 所(suo)示。兩項(xiàng)麥克斯(si)韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了材料(liao)在持續(xù)(xu)加載時(shí)的剛度(du)或彈(dan)性響應(yīng)。在粘彈(dan)性材(cai)料中，E0 通常(chang)與材料(liao)的時(shí)(shi)間依(yi)賴性行為(wei)相關(guān)。在(zai)所有(you)測試的山藥(yao)樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度分布(bu)，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值最(zui)高，表(biao)明其在長期(qi)應(yīng)力下的變形(xing)最小(xiao)，剛度更(geng)大。相比(bi)之下，WN 山(shan)藥的(de) E0 值zui低，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過程更明(ming)顯，柔韌性更高(gao)且質(zhì)地(di)更柔軟。在麥克(ke)斯韋(wei)模型(xing)中，每個(gè)單元由(you)代表(biao)彈性模量（Ei）的(de)彈簧和(he)代表黏度系(xi)數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成(cheng)，且這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了(le)不同時(shí)間(jian)尺度下(xia)的彈性響應(yīng)，反(fan)映了材料在(zai)初始應(yīng)力和(he)長期(qi)應(yīng)力下的松(song)弛行為。值(zhi)得注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明(ming)即使在初始(shi)快速變形后(hou)，熟制山藥仍(reng)保留了顯著的(de)彈性恢復(fù)(fu)能力。這(zhe)些結(jié)果表明(ming)，WN 山藥在長期(qi)應(yīng)力(li)下會(huì)(hui)發(fā)生明顯的(de)塑性變(bian)形。有(you)趣的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的降低，這一(yi)現(xiàn)象變得不那(na)么明顯。黏(nian)度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料(liao)對變形的阻力(li)，每個(gè)(ge)阻尼器(qi)捕捉黏性行為(wei)的不(bu)同方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)致(zhi)初始(shi)變形(xing)更慢，表明材料(liao)的黏性阻力更(geng)大。

參考文獻(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。