近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在(zai)國際食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中(zhong)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。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定(ding)山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)。

關(guān)于waxiness評估(gu)及其(qi)潛在形成機(ji)制的研究(jiu)仍然(ran)有限。在本研(yan)究中，我們通過(guo)整合感官(guan)評價和儀器分(fen)析，建立(li)了一種評估(gu)山藥(yao)waxiness的綜合方(fang)法。通過將waxiness評估(gu)解構(gòu)為咀(ju)嚼和吞咽階段(duan)，采用應(yīng)力(li)松弛和流變(bian)學(xué)測試來表征(zheng)這些階(jie)段。系統(tǒng)(tong)地利用平(ping)衡模(mo)量（E0）、粘度(du)系數(shù)(shu)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和(he)損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)，以準(zhun)確評估山藥(yao)的waxiness。我們對waxiness形(xing)成機制的研(yan)究表明，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強了結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加。這些鏈(lian)整合到淀粉(fen)顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和(he)無定形區(qū)，從而(er)改善了凝膠(jiao)的穩(wěn)定性(xing)、彈性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相反(fan)，短支鏈淀(dian)粉通(tong)過增加(jia)淀粉凝膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強度。

根據(jù)先前的(de)研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技有限公(gong)司）進行應(yīng)力松弛(chi)測試。該測試(shi)測量了材(cai)料在恒定(ding)應(yīng)變下隨(sui)時間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在(zai)通過評估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立(li)一種(zhong)評估固體(ti)山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工成高(gao)度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體(ti)，并在過量(liang)純水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷(leng)卻至 40°C 時(shi)進行測量(liang)。使用 P36R 探(tan)頭測試山藥的(de)應(yīng)力松弛，獲取(qu)應(yīng)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)(ying)力平(ping)衡。廣義麥克斯(si)韋模型(xing)廣泛用于(yu)分析粘彈性(xing)材料(liao)的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。該模型(xing)由多(duo)個與自由彈(dan)簧并(bing)聯(lián)的麥克(ke)斯韋單(dan)元組成，其(qi)中每個麥克斯(si)韋單元由一(yi)個彈簧(huang)和一個(ge)阻尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮(suo)過程中(zhong)，完整(zheng)樣品(pin)的壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下(xia)會出現(xiàn)變化，這(zhe)有助于(yu)獲取力 - 時間(jian)曲線(xian)以分(fen)析應(yīng)力松弛行(xing)為。隨后，將松(song)弛階段觀察到(dao)的力 - 時間(jian)關(guān)系擬合至(zhi)廣義(yi)麥克斯韋模型(xing)的修正版本(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(heng)定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量，Ei 為理想(xiang)彈性元件的彈(dan)性模量(liang)，n 為麥克斯韋(wei)單元的(de)數(shù)量，t 表(biao)示第 i 個麥(mai)克斯韋單元(yuan)的弛豫時間，Ti 為(wei)各衰(shuai)減過程的(de)時間常(chang)數(shù)，ηi 為元件(jian) i 的黏度(du)。

為了預(yù)測咀嚼(jue)時的waxiness，我們利用(yong)廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)（圖 2）分析了山(shan)藥的動態(tài)應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為，該模型常用(yong)于表征粘彈性(xing)材料(liao)的應(yīng)(ying)力松(song)弛特性。研究(jiu)中采用單項和(he)兩項麥(mai)克斯韋模(mo)型來確定應(yīng)(ying)力松弛行為，這(zhe)兩種模型(xing)均可較好(hao)地描述(shu)熟制山(shan)藥的粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)果(guo)顯示(shi)，單項模型的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單項(xiang)模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中(zhong)未能收斂。相(xiang)比之下，兩項麥(mai)克斯韋模型(xing)的 R2 值更高，范圍(wei)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)，兩項麥克斯韋(wei)模型能夠(gou)更準確地(di)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(wei)模型的擬合曲(qu)線如圖 2a 所(suo)示。兩(liang)項麥克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見表 S7。E0 反映了材(cai)料在持續(xù)加載(zai)時的剛度(du)或彈性(xing)響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料(liao)中，E0 通常與(yu)材料的時間(jian)依賴性(xing)行為相關(guān)。在(zai)所有測試的(de)山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，從 WN 樣(yang)品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的(de) E0 值最高(gao)，表明其(qi)在長期應(yīng)力下(xia)的變形最(zui)小，剛(gang)度更大。相比之(zhi)下，WN 山藥的 E0 值zui低(di)，表明(ming)該山藥品種的(de)松弛過程更(geng)明顯，柔(rou)韌性(xing)更高且質(zhì)地(di)更柔軟(ruan)。在麥克斯(si)韋模型(xing)中，每(mei)個單(dan)元由代(dai)表彈(dan)性模量（Ei）的彈(dan)簧和代表(biao)黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器(qi)組成，且(qie)這些彈簧(huang)呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時間尺(chi)度下的彈性(xing)響應(yīng)，反(fan)映了材料(liao)在初始應(yīng)力(li)和長期(qi)應(yīng)力下的松(song)弛行為。值(zhi)得注(zhu)意的(de)是，在waxinesszui強的(de) WN 樣品中，E2 高于 E1，這(zhe)表明即使(shi)在初始快速(su)變形后(hou)，熟制(zhi)山藥仍(reng)保留了顯(xian)著的彈(dan)性恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)(jie)果表明，WN 山藥在(zai)長期應(yīng)(ying)力下會發(fā)生(sheng)明顯的塑(su)性變形。有趣(qu)的是(shi)，隨著waxiness屬性強度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不那么明(ming)顯。黏(nian)度系數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料對變(bian)形的阻力(li)，每個(ge)阻尼器捕捉黏(nian)性行為的不同(tong)方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的(de)增強而增加，導(dǎo)(dao)致初始變形(xing)更慢(man)，表明(ming)材料(liao)的黏性阻力更(geng)大。

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。