近日(ri)，浙江大(da)學生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程(cheng)與食品(pin)科學學(xue)院研究人員在(zai)國際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題(ti)為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論文(wen)。在該論(lun)文中，研究人(ren)員利(li)用上海騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(ce)定山(shan)藥的應力松(song)弛行為。

關(guān)于waxiness評估(gu)及其潛在形(xing)成機(ji)制的研(yan)究仍然有限。在(zai)本研究中，我們(men)通過整合感官(guan)評價和儀器分(fen)析，建立了(le)一種(zhong)評估山藥(yao)waxiness的綜合(he)方法。通過將(jiang)waxiness評估解構(gòu)為(wei)咀嚼和吞(tun)咽階段，采用應(ying)力松弛和流變(bian)學測(ce)試來表征這些(xie)階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘(zhan)度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗模量（G''）等(deng)關(guān)鍵參數(shù)，以(yi)準確評估山(shan)藥的waxiness。我們對waxiness形(xing)成機制的研究(jiu)表明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導致 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)和無定形(xing)區(qū)，從而改善了(le)凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈性(xing)和粘度，最(zui)終增強(qiang)了山(shan)藥的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉通過增(zeng)加淀粉凝(ning)膠的 E0 降低了waxiness強(qiang)度。

根據(jù)先前的(de)研究，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)儀（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科(ke)技有限公司）進行應(ying)力松(song)弛測(ce)試。該測試測(ce)量了(le)材料在恒定應(ying)變下(xia)隨時間(jian)的應力響(xiang)應，旨在通過(guo)評估(gu)其粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一種評估(gu)固體山藥塊(kuai)莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣(yang)品加工(gong)成高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過(guo)量純水(shui)中煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻(que)至 40°C 時進行測(ce)量。使用 P36R 探頭(tou)測試山藥的應(ying)力松弛，獲取應(ying)力松弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以(yi) 1 mm/s 的速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并(bing)在恒(heng)定應變下(xia)保持(chi) 120 秒以使應力平(ping)衡。廣義(yi)麥克斯韋模(mo)型廣(guang)泛用于(yu)分析粘彈性材(cai)料的(de)應力松弛行(xing)為。該模型(xing)由多個與自由(you)彈簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元(yuan)組成，其(qi)中每個麥(mai)克斯韋(wei)單元由一個(ge)彈簧和一個阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮過(guo)程中，完整樣(yang)品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷(he)下會出現(xiàn)變(bian)化，這有助于(yu)獲取力 - 時(shi)間曲(qu)線以分析應(ying)力松弛(chi)行為。隨后，將(jiang)松弛階段觀(guan)察到的(de)力 - 時間(jian)關(guān)系擬合至(zhi)廣義麥克斯(si)韋模(mo)型的修正(zheng)版本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定時間(jian)的應(ying)力（Pa），D0 為(wei)恒定應(ying)變（mm），E0 表示平衡(heng)彈性模量，Ei 為(wei)理想彈性(xing)元件(jian)的彈(dan)性模量(liang)，n 為麥(mai)克斯韋單元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個麥克(ke)斯韋單元(yuan)的弛豫時間(jian)，Ti 為各衰減過(guo)程的(de)時間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的(de)黏度(du)。

為了預測咀(ju)嚼時的waxiness，我們利用(yong)廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型（圖 2）分析(xi)了山(shan)藥的動(dong)態(tài)應力松(song)弛行為，該模(mo)型常(chang)用于(yu)表征粘彈性(xing)材料的應力松(song)弛特性。研(yan)究中(zhong)采用單項和(he)兩項麥(mai)克斯(si)韋模型(xing)來確定(ding)應力松弛(chi)行為(wei)，這兩種模型(xing)均可較好地(di)描述熟制(zhi)山藥的(de)粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果(guo)顯示，單項模(mo)型的 R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiang)模型在 CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能收斂。相(xiang)比之下，兩項(xiang)麥克(ke)斯韋模型的(de) 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(zhe)些結(jié)果表(biao)明，兩項麥克斯(si)韋模(mo)型能夠更準(zhun)確地擬合熟(shu)制山藥的應力(li)松弛行(xing)為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬合(he)曲線如(ru)圖 2a 所示。兩項麥(mai)克斯韋(wei)模型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材料在(zai)持續(xù)加載時的(de)剛度(du)或彈性響應。在(zai)粘彈(dan)性材(cai)料中，E0 通常與(yu)材料的時(shi)間依賴性行為(wei)相關(guān)(guan)。在所有(you)測試(shi)的山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值(zhi)最高，表(biao)明其在長期應(ying)力下(xia)的變(bian)形最小(xiao)，剛度更大(da)。相比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值(zhi)zui低，表明(ming)該山(shan)藥品種的(de)松弛過程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性更高且(qie)質(zhì)地(di)更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模型中，每(mei)個單(dan)元由代(dai)表彈性模(mo)量（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻(zu)尼器組(zu)成，且這些彈簧(huang)呈串聯(lián)排列。E1 和(he) E2 捕捉了不同(tong)時間尺度下(xia)的彈性響(xiang)應，反映了材(cai)料在(zai)初始應力和長(zhang)期應力下的松(song)弛行(xing)為。值得注意的(de)是，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明即(ji)使在初始快(kuai)速變形后，熟(shu)制山藥仍保(bao)留了顯(xian)著的彈性恢(hui)復能力。這些(xie)結(jié)果表明，WN 山藥(yao)在長期應力下(xia)會發(fā)生明(ming)顯的塑性變形(xing)。有趣的(de)是，隨著waxiness屬性(xing)強度(du)的降低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那么(me)明顯。黏度(du)系數(shù) η1 和 η2 代(dai)表材料(liao)對變形的(de)阻力(li)，每個阻尼(ni)器捕捉黏性(xing)行為的不(bu)同方面(mian)。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強而(er)增加，導致初始(shi)變形(xing)更慢，表(biao)明材(cai)料的黏(nian)性阻力更(geng)大。

參考(kao)文獻：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。