近日，浙江(jiang)大學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表了(le)題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研(yan)究論(lun)文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員利用上(shang)海騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定(ding)山藥的應(yīng)力松(song)弛行為(wei)。

關(guān)于waxiness評(píng)估及其(qi)潛在形成(cheng)機(jī)制的研究(jiu)仍然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們(men)通過整合感(gan)官評(píng)價(jià)和儀(yi)器分析(xi)，建立了一種(zhong)評(píng)估山(shan)藥waxiness的綜合(he)方法。通過將waxiness評(píng)(ping)估解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽(yan)階段(duan)，采用應(yīng)(ying)力松弛和流變(bian)學(xué)測試來表(biao)征這(zhe)些階段(duan)。系統(tǒng)地(di)利用平(ping)衡模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)確(que)評(píng)估山藥的waxiness。我(wo)們對(duì)waxiness形(xing)成機(jī)制的研究(jiu)表明，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這些(xie)鏈整合(he)到淀粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝(ning)膠的穩(wěn)(wen)定性、彈(dan)性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiáng)了山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉(fen)通過增(zeng)加淀粉凝膠(jiao)的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)(ju)先前的(de)研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科技有(you)限公司）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測試。該(gai)測試測(ce)量了(le)材料在恒定(ding)應(yīng)變(bian)下隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在通過評(píng)(ping)估其粘彈性(xing)質(zhì)，建(jian)立一(yi)種評(píng)估固體山(shan)藥塊莖(jing)waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工成(cheng)高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在過(guo)量純水中煮沸(fei) 35 分鐘。待樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測量(liang)。使用 P36R 探頭測試(shi)山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)，獲取應(yīng)(ying)力松弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭(tou)以 1 mm/s 的(de)速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)變下(xia)保持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平(ping)衡。廣(guang)義麥克(ke)斯韋模型廣泛(fan)用于分析粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為。該(gai)模型由(you)多個(gè)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的(de)麥克斯韋單(dan)元組成，其中(zhong)每個(gè)(ge)麥克(ke)斯韋單元(yuan)由一個(gè)彈簧和(he)一個(gè)(ge)阻尼(ni)器串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過(guo)程中，完整(zheng)樣品的壓縮(suo)區(qū)域在載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)變(bian)化，這有助于(yu)獲取力(li) - 時(shí)間曲線以(yi)分析應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。隨后，將松弛(chi)階段觀察到(dao)的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合至廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型的修(xiu)正版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平(ping)衡彈性模(mo)量，Ei 為理想彈(dan)性元件(jian)的彈性模(mo)量，n 為麥克斯韋(wei)單元的數(shù)量，t 表(biao)示第 i 個(gè)麥克斯(si)韋單元的弛(chi)豫時(shí)(shi)間，Ti 為各(ge)衰減過程的(de)時(shí)間常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)(yu)測咀(ju)嚼時(shí)的waxiness，我們(men)利用廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型(xing)（圖 2）分析了山藥(yao)的動(dòng)態(tài)(tai)應(yīng)力(li)松弛行為，該模(mo)型常用于(yu)表征粘彈(dan)性材料(liao)的應(yīng)力松弛特(te)性。研究中采用(yong)單項(xiàng)和兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型來(lai)確定應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)，這兩種模(mo)型均可較好(hao)地描述熟制山(shan)藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合結(jié)果顯(xian)示，單項(xiàng)(xiang)模型的(de) 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，單(dan)項(xiàng)模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能收斂(lian)。相比(bi)之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型的 R2 值更高(gao)，范圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低(di)（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型能(neng)夠更準(zhǔn)確地?cái)M(ni)合熟制山藥的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。

? ??

麥克(ke)斯韋模型的擬(ni)合曲線如圖(tu) 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了(le)材料在持續(xù)(xu)加載時(shí)(shi)的剛度或彈(dan)性響應(yīng)。在粘彈(dan)性材料(liao)中，E0 通常(chang)與材料的(de)時(shí)間依(yi)賴性行為相關(guān)(guan)。在所有測試的(de)山藥樣品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯(ti)度分布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值最高(gao)，表明其在(zai)長期(qi)應(yīng)力下的變形(xing)最小(xiao)，剛度更大(da)。相比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值zui低(di)，表明該山藥品(pin)種的松弛過(guo)程更(geng)明顯，柔(rou)韌性更高(gao)且質(zhì)地更(geng)柔軟。在(zai)麥克斯韋(wei)模型(xing)中，每(mei)個(gè)單元由代(dai)表彈性模(mo)量（Ei）的彈(dan)簧和代表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且這(zhe)些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不(bu)同時(shí)(shi)間尺度下(xia)的彈(dan)性響應(yīng)(ying)，反映了(le)材料在初始應(yīng)(ying)力和長(zhang)期應(yīng)力下(xia)的松弛行(xing)為。值得注(zhu)意的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明(ming)即使(shi)在初始快(kuai)速變形后(hou)，熟制山(shan)藥仍保(bao)留了顯著(zhu)的彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些(xie)結(jié)果表明(ming)，WN 山藥在長(zhang)期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明(ming)顯的塑(su)性變形。有趣(qu)的是，隨著(zhe)waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不那(na)么明顯。黏(nian)度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料(liao)對(duì)變(bian)形的阻力，每(mei)個(gè)阻(zu)尼器捕(bu)捉黏性行為的(de)不同方(fang)面。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增(zeng)加，導(dǎo)(dao)致初始(shi)變形更慢(man)，表明材(cai)料的黏性(xing)阻力更大。

參考文獻(xiàn)(xian)：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。