近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食品科學(xué)(xue)學(xué)院研究人員(yuan)在國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院一(yi)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"的研究(jiu)論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)用于(yu)測定(ding)山藥(yao)的應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評估及其(qi)潛在形成機制(zhi)的研(yan)究仍然(ran)有限。在(zai)本研究中(zhong)，我們通過(guo)整合(he)感官評價(jia)和儀器(qi)分析，建立了(le)一種(zhong)評估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方法(fa)。通過將(jiang)waxiness評估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階段，采(cai)用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)測(ce)試來表征(zheng)這些階(jie)段。系統(tǒng)地(di)利用(yong)平衡模(mo)量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等(deng)關(guān)鍵參數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確評估(gu)山藥的(de)waxiness。我們(men)對waxiness形成機(ji)制的研(yan)究表明，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些(xie)鏈整合到淀(dian)粉顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和(he)無定(ding)形區(qū)，從而(er)改善了凝膠的(de)穩(wěn)定性(xing)、彈性和粘度，最(zui)終增強了山藥(yao)的waxiness。相反(fan)，短支鏈淀粉(fen)通過增加淀(dian)粉凝膠的(de) E0 降低(di)了waxiness強度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技(ji)有限公司）進行應(yīng)力松弛(chi)測試(shi)。該測試測量了(le)材料在恒定應(yīng)(ying)變下隨(sui)時間(jian)的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在(zai)通過(guo)評估其粘彈性(xing)質(zhì)，建立(li)一種評(ping)估固體山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣(yang)品加(jia)工成(cheng)高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱(zhu)體，并在過(guo)量純水中煮沸(fei) 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻(que)至 40°C 時(shi)進行測(ce)量。使用(yong) P36R 探頭測試山藥(yao)的應(yīng)力松弛，獲(huo)取應(yīng)(ying)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)(ying)變下保持(chi) 120 秒以使應(yīng)力(li)平衡(heng)。廣義麥克斯韋(wei)模型(xing)廣泛用于分析(xi)粘彈(dan)性材料的(de)應(yīng)力松(song)弛行為(wei)。該模型(xing)由多(duo)個與(yu)自由彈(dan)簧并聯(lián)的(de)麥克斯韋(wei)單元組成(cheng)，其中每個麥(mai)克斯韋(wei)單元由(you)一個彈簧(huang)和一個阻尼(ni)器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮過(guo)程中，完整樣(yang)品的(de)壓縮區(qū)域在(zai)載荷(he)下會出(chu)現(xiàn)變化，這(zhe)有助于獲(huo)取力 - 時(shi)間曲(qu)線以分(fen)析應(yīng)力(li)松弛行為。隨(sui)后，將松弛階(jie)段觀察到的力(li) - 時間關(guān)系擬(ni)合至廣義(yi)麥克(ke)斯韋模型的修(xiu)正版本(ben)（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時間(jian)的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡(heng)彈性模量(liang)，Ei 為理(li)想彈性元(yuan)件的彈性模(mo)量，n 為麥克(ke)斯韋單元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(ge)麥克(ke)斯韋單元的(de)弛豫時間，Ti 為各(ge)衰減過(guo)程的(de)時間常(chang)數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度(du)。

為了(le)預(yù)測咀(ju)嚼時的waxiness，我們(men)利用廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)（圖 2）分析(xi)了山(shan)藥的動態(tài)應(yīng)力(li)松弛行(xing)為，該模型常(chang)用于表征粘彈(dan)性材料的應(yīng)力(li)松弛特性(xing)。研究中采用單(dan)項和(he)兩項(xiang)麥克斯韋模型(xing)來確定應(yīng)力(li)松弛行為，這(zhe)兩種模(mo)型均可較好地(di)描述熟制(zhi)山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯(xian)示，單項(xiang)模型的(de) R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能收斂(lian)。相比之下，兩(liang)項麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更高(gao)，范圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表明(ming)，兩項麥(mai)克斯韋模(mo)型能夠更(geng)準(zhǔn)確(que)地擬合熟(shu)制山藥的應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲線如(ru)圖 2a 所(suo)示。兩項麥克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了(le)材料在持續(xù)(xu)加載時(shi)的剛度或彈性(xing)響應(yīng)。在粘(zhan)彈性材料(liao)中，E0 通常與材(cai)料的時間依賴(lai)性行(xing)為相關(guān)。在所有(you)測試的(de)山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，從(cong) WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥(yao)的 E0 值最高，表明(ming)其在長期應(yīng)(ying)力下的變形(xing)最小，剛度(du)更大。相(xiang)比之(zhi)下，WN 山(shan)藥的 E0 值zui低，表(biao)明該山藥品(pin)種的松弛(chi)過程(cheng)更明顯，柔(rou)韌性更高且(qie)質(zhì)地更柔軟(ruan)。在麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個單元由代(dai)表彈性模量（Ei）的(de)彈簧和代表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組(zu)成，且這些(xie)彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕(bu)捉了(le)不同時間(jian)尺度下的彈(dan)性響(xiang)應(yīng)，反(fan)映了材料在(zai)初始應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下(xia)的松(song)弛行為。值(zhi)得注意的是，在(zai)waxinesszui強的 WN 樣(yang)品中，E2 高于(yu) E1，這表明(ming)即使在初始快(kuai)速變形后，熟(shu)制山藥仍保(bao)留了顯著(zhu)的彈(dan)性恢(hui)復(fù)能力。這(zhe)些結(jié)果表明，WN 山(shan)藥在長期應(yīng)力(li)下會發(fā)生明顯(xian)的塑性(xing)變形。有趣(qu)的是，隨(sui)著waxiness屬性強度的(de)降低，這一現(xiàn)(xian)象變得不(bu)那么(me)明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代表材(cai)料對變形的(de)阻力，每個阻尼(ni)器捕(bu)捉黏性行(xing)為的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增強而(er)增加，導(dǎo)致(zhi)初始變形(xing)更慢，表明(ming)材料的黏性阻(zu)力更大(da)。

參考文(wen)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。