近日，浙(zhe)江大學(xué)(xue)生物系(xi)統(tǒng)工(gong)程與食品科(ke)學(xué)學(xué)院研(yan)究人員在國(guó)(guo)際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題(ti)為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA國(guó)產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定山藥的應(yīng)(ying)力松弛行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及(ji)其潛在形成(cheng)機(jī)制的(de)研究(jiu)仍然(ran)有限。在本(ben)研究中，我(wo)們通(tong)過(guò)整合感官評(píng)(ping)價(jià)和儀器分析(xi)，建立了一(yi)種評(píng)估山藥(yao)waxiness的綜合方法。通(tong)過(guò)將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)(gou)為咀(ju)嚼和吞(tun)咽階段，采(cai)用應(yīng)力松(song)弛和流變學(xué)(xue)測(cè)試(shi)來(lái)表征這些(xie)階段(duan)。系統(tǒng)(tong)地利用(yong)平衡(heng)模量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)估山藥的(de)waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成機(jī)制的(de)研究表明(ming)，長(zhǎng)淀粉鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整(zheng)合到淀粉顆粒(li)的結(jié)(jie)晶區(qū)(qu)和無(wú)定(ding)形區(qū)，從而改(gai)善了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈性(xing)和粘度(du)，最終增強(qiáng)了山(shan)藥的(de)waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉(fen)通過(guò)增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先(xian)前的研究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器(qi)科技有限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松(song)弛測(cè)試。該測(cè)(ce)試測(cè)(ce)量了(le)材料在恒定(ding)應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力(li)響應(yīng)，旨(zhi)在通(tong)過(guò)評(píng)估其(qi)粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一種(zhong)評(píng)估固(gu)體山藥塊(kuai)莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在(zai)過(guò)量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷卻至(zhi) 40°C 時(shí)進(jìn)行測(cè)量(liang)。使用 P36R 探頭測(cè)(ce)試山藥的應(yīng)力(li)松弛，獲取應(yīng)力(li)松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以(yi) 1 mm/s 的速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平衡(heng)。廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型廣泛(fan)用于分析粘(zhan)彈性材料(liao)的應(yīng)(ying)力松弛行為。該(gai)模型(xing)由多個(gè)與自(zi)由彈(dan)簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單(dan)元組(zu)成，其(qi)中每個(gè)麥克(ke)斯韋單元由(you)一個(gè)彈(dan)簧和一個(gè)阻尼(ni)器串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過(guò)(guo)程中，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)(qu)域在(zai)載荷下會(huì)出(chu)現(xiàn)變化，這有助(zhu)于獲(huo)取力 - 時(shí)(shi)間曲線以分析(xi)應(yīng)力松(song)弛行為。隨后(hou)，將松弛階段觀(guan)察到的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系(xi)擬合(he)至廣義麥(mai)克斯韋模(mo)型的(de)修正版本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時(shí)間的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平(ping)衡彈性模(mo)量，Ei 為理(li)想彈性元(yuan)件的彈(dan)性模量(liang)，n 為麥克斯韋單(dan)元的(de)數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個(gè)麥克(ke)斯韋單元的弛(chi)豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減過(guò)(guo)程的時(shí)間常數(shù)(shu)，ηi 為元件(jian) i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)的waxiness，我們利(li)用廣(guang)義麥(mai)克斯(si)韋模型（圖 2）分析(xi)了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)，該模型(xing)常用(yong)于表(biao)征粘彈性材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛特(te)性。研究(jiu)中采(cai)用單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋模(mo)型來(lái)確定應(yīng)力(li)松弛行為(wei)，這兩種模型均(jun)可較(jiao)好地(di)描述熟制山(shan)藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果(guo)顯示(shi)，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)(xiang)模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能收斂(lian)。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的(de) R2 值更高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表(biao)明，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型(xing)能夠更準(zhǔn)確地(di)擬合熟制山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬(ni)合曲線(xian)如圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了(le)材料在持續(xù)(xu)加載時(shí)的(de)剛度或彈性(xing)響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料中(zhong)，E0 通常與材料的(de)時(shí)間(jian)依賴性行為(wei)相關(guān)。在所(suo)有測(cè)試的山(shan)藥樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分(fen)布，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表明其(qi)在長(zhǎng)期應(yīng)(ying)力下(xia)的變形(xing)最小，剛(gang)度更大。相(xiang)比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值z(mì)ui低，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過(guò)程更明顯(xian)，柔韌性(xing)更高且質(zhì)地(di)更柔軟。在(zai)麥克斯韋模(mo)型中，每個(gè)(ge)單元由(you)代表彈性模量(liang)（Ei）的彈簧和代表(biao)黏度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成，且這些彈(dan)簧呈串(chuan)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(xiang)應(yīng)，反(fan)映了材料在初(chu)始應(yīng)力和長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力(li)下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣(yang)品中，E2 高于 E1，這表(biao)明即(ji)使在初始快(kuai)速變形后(hou)，熟制(zhi)山藥(yao)仍保留(liu)了顯著的(de)彈性恢復(fù)(fu)能力(li)。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山(shan)藥在長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下會(huì)發(fā)生(sheng)明顯(xian)的塑性變(bian)形。有趣的(de)是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不那么明(ming)顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代(dai)表材料對(duì)變形(xing)的阻力，每(mei)個(gè)阻尼(ni)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(qiáng)而增加，導(dǎo)致(zhi)初始變形更慢(man)，表明材料的黏(nian)性阻力更大。

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。