近日，浙江(jiang)大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)(tong)工程與(yu)食品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在(zai)國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)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(de)研究論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于(yu)測定山藥的(de)應(yīng)力松弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評估及(ji)其潛在(zai)形成機(jī)制(zhi)的研究仍(reng)然有限。在(zai)本研究(jiu)中，我(wo)們通過整(zheng)合感官評價(jià)(jia)和儀(yi)器分析，建立(li)了一種評估(gu)山藥(yao)waxiness的綜(zong)合方法。通過將(jiang)waxiness評估(gu)解構(gòu)為咀(ju)嚼和吞咽(yan)階段，采用(yong)應(yīng)力(li)松弛和(he)流變學(xué)測(ce)試來表征這些(xie)階段。系統(tǒng)地利(li)用平衡(heng)模量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)，以準(zhǔn)確(que)評估山(shan)藥的waxiness。我們對(dui)waxiness形成機(jī)制(zhi)的研(yan)究表(biao)明，長(zhang)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增(zeng)加。這些(xie)鏈整(zheng)合到淀粉(fen)顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和(he)無定(ding)形區(qū)，從而改(gai)善了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈(dan)性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiáng)(qiang)了山藥的waxiness。相反(fan)，短支鏈淀粉(fen)通過增加(jia)淀粉凝膠(jiao)的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先(xian)前的研究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限(xian)公司）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測試。該測(ce)試測(ce)量了材料(liao)在恒定(ding)應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨(zhi)在通過評(ping)估其粘彈(dan)性質(zhì)(zhi)，建立一種(zhong)評估固體山藥(yao)塊莖(jing)waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工成高(gao)度為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體(ti)，并在過量純水(shui)中煮沸 35 分鐘(zhong)。待樣品(pin)冷卻至(zhi) 40°C 時(shí)進(jìn)行測量。使(shi)用 P36R 探(tan)頭測試山藥的(de)應(yīng)力松弛，獲(huo)取應(yīng)力(li)松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以(yi) 1 mm/s 的速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以使(shi)應(yīng)力平(ping)衡。廣義麥克斯(si)韋模型廣泛用(yong)于分析(xi)粘彈性(xing)材料的應(yīng)(ying)力松(song)弛行為。該模(mo)型由多(duo)個(gè)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的(de)麥克斯韋單元(yuan)組成，其中每(mei)個(gè)麥克(ke)斯韋單元(yuan)由一(yi)個(gè)彈簧和(he)一個(gè)阻(zu)尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過程(cheng)中，完整樣品(pin)的壓(ya)縮區(qū)域在載(zai)荷下會(hui)出現(xiàn)(xian)變化，這有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時(shí)間曲線以(yi)分析應(yīng)(ying)力松弛行為。隨(sui)后，將松弛階(jie)段觀察到的(de)力 - 時(shí)間關(guān)系擬(ni)合至廣義(yi)麥克斯(si)韋模型的修(xiu)正版(ban)本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理想彈(dan)性元(yuan)件的彈性模量(liang)，n 為麥(mai)克斯韋(wei)單元(yuan)的數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個(gè)麥克斯(si)韋單元的(de)弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰(shuai)減過程的時(shí)間(jian)常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)測咀嚼(jue)時(shí)的(de)waxiness，我們利用廣義(yi)麥克斯(si)韋模型（圖 2）分(fen)析了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為，該模型常(chang)用于表征(zheng)粘彈(dan)性材(cai)料的應(yīng)力松(song)弛特性(xing)。研究中采用單(dan)項(xiàng)和兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模(mo)型來確(que)定應(yīng)力松弛行(xing)為，這兩種(zhong)模型均可(ke)較好(hao)地描述熟(shu)制山藥(yao)的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值(zhi)范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘差(cha)偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單項(xiàng)(xiang)模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品(pin)中未能(neng)收斂。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型的(de) R2 值更高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果(guo)表明，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋(wei)模型能夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M(ni)合熟制山藥的(de)應(yīng)力松弛(chi)行為。

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麥克(ke)斯韋模型(xing)的擬合曲線如(ru)圖 2a 所示。兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表 S7。E0 反映(ying)了材料在(zai)持續(xù)(xu)加載(zai)時(shí)的剛度(du)或彈(dan)性響應(yīng)。在粘彈(dan)性材(cai)料中，E0 通常(chang)與材料的(de)時(shí)間依賴性(xing)行為相(xiang)關(guān)。在(zai)所有(you)測試的山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)梯(ti)度分布(bu)，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值(zhi)最高，表明其在(zai)長期應(yīng)力下的(de)變形最小，剛度(du)更大。相比(bi)之下，WN 山藥的(de) E0 值zui低，表明該(gai)山藥品(pin)種的松弛過程(cheng)更明顯，柔(rou)韌性更(geng)高且質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥克斯(si)韋模型中，每個(gè)(ge)單元由代(dai)表彈性模(mo)量（Ei）的彈簧和(he)代表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成(cheng)，且這些彈簧(huang)呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)間(jian)尺度下(xia)的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材料(liao)在初始(shi)應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下(xia)的松弛行為。值(zhi)得注意的(de)是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這(zhe)表明(ming)即使在初始快(kuai)速變形后，熟制(zhi)山藥(yao)仍保留了顯(xian)著的彈性恢復(fù)(fu)能力。這些結(jié)(jie)果表明(ming)，WN 山藥(yao)在長期應(yīng)力(li)下會發(fā)生明(ming)顯的(de)塑性(xing)變形。有趣的是(shi)，隨著(zhe)waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)(xian)象變(bian)得不那么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù) η1 和 η2 代(dai)表材(cai)料對(dui)變形的(de)阻力，每個(gè)(ge)阻尼器(qi)捕捉黏(nian)性行為(wei)的不同(tong)方面。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)(dao)致初始變形(xing)更慢(man)，表明材料(liao)的黏性阻力(li)更大。

參考文(wen)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。