近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在(zai)國(guó)際食(shi)品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(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"的研究論(lun)文。在該(gai)論文中(zhong)，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA國(guó)產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定山藥的應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。

關(guān)于(yu)waxiness評(píng)估及(ji)其潛在形(xing)成機(jī)制(zhi)的研究仍然有(you)限。在本(ben)研究(jiu)中，我們(men)通過(guò)(guo)整合感官評(píng)價(jià)(jia)和儀(yi)器分析，建立了(le)一種評(píng)(ping)估山藥waxiness的綜合(he)方法。通過(guò)將(jiang)waxiness評(píng)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和吞(tun)咽階段(duan)，采用(yong)應(yīng)力松弛和(he)流變(bian)學(xué)測(cè)試來(lái)表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)地利用(yong)平衡(heng)模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)(shu)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和損(sun)耗模量(liang)（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(píng)(ping)估山藥的(de)waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成機(jī)(ji)制的研(yan)究表明，長(zhǎng)淀(dian)粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加(jia)。這些(xie)鏈整合(he)到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和(he)無(wú)定(ding)形區(qū)(qu)，從而(er)改善(shan)了凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性(xing)和粘度，最(zui)終增強(qiáng)了山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉通過(guò)增(zeng)加淀(dian)粉凝膠(jiao)的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器科(ke)技有限(xian)公司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測(cè)試。該(gai)測(cè)試測(cè)(ce)量了材料(liao)在恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guò)(guo)評(píng)估其粘彈性(xing)質(zhì)，建(jian)立一種(zhong)評(píng)估固體山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣品(pin)加工(gong)成高度為(wei) 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過(guò)量(liang)純水中煮沸 35 分(fen)鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測(cè)量(liang)。使用 P36R 探頭(tou)測(cè)試山藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲取(qu)應(yīng)力松(song)弛數(shù)據(jù)。探頭以(yi) 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)變下(xia)保持 120 秒以使應(yīng)(ying)力平衡。廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)廣泛用于(yu)分析(xi)粘彈性材料的(de)應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)。該模型由多個(gè)(ge)與自由(you)彈簧(huang)并聯(lián)的麥克(ke)斯韋單元(yuan)組成，其中(zhong)每個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元由一個(gè)彈(dan)簧和一(yi)個(gè)阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過(guò)程中(zhong)，完整樣品的(de)壓縮區(qū)(qu)域在(zai)載荷(he)下會(huì)(hui)出現(xiàn)變化(hua)，這有(you)助于(yu)獲取力 - 時(shí)間(jian)曲線(xian)以分析應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。隨后，將松弛(chi)階段觀察到(dao)的力(li) - 時(shí)間關(guān)系擬合(he)至廣義(yi)麥克斯(si)韋模(mo)型的修正版(ban)本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間(jian)的應(yīng)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性(xing)模量，Ei 為理想(xiang)彈性元(yuan)件的彈性模(mo)量，n 為麥(mai)克斯(si)韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示第(di) i 個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元的(de)弛豫(yu)時(shí)間，Ti 為各衰減(jian)過(guò)程的時(shí)間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)(ce)咀嚼時(shí)的waxiness，我們利(li)用廣義麥克(ke)斯韋(wei)模型(xing)（圖 2）分析了山藥(yao)的動(dòng)態(tài)(tai)應(yīng)力松弛(chi)行為，該(gai)模型常用于(yu)表征(zheng)粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)特性。研究中采(cai)用單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型來(lái)確(que)定應(yīng)力(li)松弛(chi)行為，這兩種模(mo)型均可較(jiao)好地描(miao)述熟(shu)制山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示(shi)，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中未能(neng)收斂。相比之(zhi)下，兩(liang)項(xiàng)麥克(ke)斯韋(wei)模型的 R2 值更(geng)高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M合熟(shu)制山藥的應(yīng)(ying)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 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材(cai)料在持續(xù)(xu)加載(zai)時(shí)的剛度(du)或彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性(xing)材料中，E0 通(tong)常與材料的時(shí)(shi)間依賴(lai)性行為相關(guān)(guan)。在所有測(cè)(ce)試的(de)山藥樣品(pin)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(bu)等。XY 山(shan)藥的(de) E0 值最高(gao)，表明(ming)其在長(zhǎng)期應(yīng)(ying)力下的(de)變形最小(xiao)，剛度更大。相(xiang)比之(zhi)下，WN 山藥的 E0 值(zhi)zui低，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過(guò)程更(geng)明顯(xian)，柔韌性更高且(qie)質(zhì)地更柔軟。在(zai)麥克斯(si)韋模型中(zhong)，每個(gè)(ge)單元由代(dai)表彈性模量（Ei）的(de)彈簧(huang)和代表(biao)黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組成(cheng)，且這些彈(dan)簧呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)間尺(chi)度下的(de)彈性響應(yīng)(ying)，反映(ying)了材料在初始(shi)應(yīng)力(li)和長(zhǎng)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(pin)中，E2 高(gao)于 E1，這表明即(ji)使在初始快(kuai)速變形后(hou)，熟制山(shan)藥仍(reng)保留了顯(xian)著的彈性(xing)恢復(fù)(fu)能力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥(yao)在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力下會(huì)(hui)發(fā)生明顯的(de)塑性變形。有(you)趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低(di)，這一(yi)現(xiàn)象(xiang)變得不那么明(ming)顯。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(duì)(dui)變形的阻力(li)，每個(gè)阻尼器(qi)捕捉黏性行(xing)為的(de)不同方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)致初始(shi)變形更(geng)慢，表明材(cai)料的(de)黏性阻(zu)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。