近日，浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)院研究人(ren)員在國(guó)際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院(yuan)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"的研究論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國(guó)(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定山藥的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。

關(guān)于waxiness評(píng)估及(ji)其潛在形成機(jī)(ji)制的研(yan)究仍然有限。在(zai)本研究中，我們(men)通過(guò)整合感(gan)官評(píng)價(jià)和(he)儀器分析(xi)，建立了一種(zhong)評(píng)估山藥waxiness的(de)綜合方法(fa)。通過(guò)將waxiness評(píng)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽(yan)階段，采用應(yīng)力(li)松弛(chi)和流(liu)變學(xué)測(cè)試來(lái)(lai)表征這些階(jie)段。系統(tǒng)地(di)利用平衡(heng)模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhǔn)確(que)評(píng)估山藥(yao)的waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成機(jī)制(zhi)的研(yan)究表明，長(zhǎng)(zhang)淀粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈(lian)整合到(dao)淀粉顆(ke)粒的結(jié)(jie)晶區(qū)(qu)和無(wú)定形(xing)區(qū)，從(cong)而改善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性(xing)、彈性和粘度，最(zui)終增強(qiáng)了(le)山藥的waxiness。相反(fan)，短支鏈(lian)淀粉通過(guò)(guo)增加淀(dian)粉凝膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前(qian)的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器(qi)科技有(you)限公司(si)）進(jìn)行(xing)應(yīng)力松(song)弛測(cè)試。該測(cè)(ce)試測(cè)量(liang)了材料(liao)在恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過(guò)評(píng)估(gu)其粘彈(dan)性質(zhì)，建立一種(zhong)評(píng)估(gu)固體山藥塊(kuai)莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣品加工(gong)成高(gao)度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并在過(guò)量(liang)純水中(zhong)煮沸 35 分(fen)鐘。待(dai)樣品冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)(jin)行測(cè)(ce)量。使用 P36R 探(tan)頭測(cè)試山(shan)藥的應(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)速度壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使(shi)應(yīng)力平衡。廣義(yi)麥克斯韋(wei)模型廣泛(fan)用于分析(xi)粘彈性材料的(de)應(yīng)力松弛行(xing)為。該模型(xing)由多個(gè)與自(zi)由彈簧(huang)并聯(lián)的麥克(ke)斯韋(wei)單元組(zu)成，其中每(mei)個(gè)麥克斯(si)韋單元由(you)一個(gè)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼(ni)器串聯(lián)構(gòu)成。壓(ya)縮過(guò)程中，完(wan)整樣品的壓(ya)縮區(qū)域在載荷(he)下會(huì)出(chu)現(xiàn)變化，這有助(zhu)于獲取力 - 時(shí)間(jian)曲線(xiàn)以分析(xi)應(yīng)力松弛行為(wei)。隨后，將松弛階(jie)段觀(guān)察到(dao)的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)(guan)系擬合至(zhi)廣義(yi)麥克斯韋模型(xing)的修正版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量，Ei 為(wei)理想彈(dan)性元件的彈性(xing)模量(liang)，n 為麥克(ke)斯韋單元(yuan)的數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(gè)麥克(ke)斯韋單元的(de)弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減過(guò)(guo)程的時(shí)間(jian)常數(shù)(shu)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度。

為了預(yù)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)(shi)的waxiness，我們利用(yong)廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型（圖 2）分(fen)析了(le)山藥的動(dòng)態(tài)(tai)應(yīng)力松弛(chi)行為，該模型(xing)常用(yong)于表征粘(zhan)彈性材料的(de)應(yīng)力松弛(chi)特性。研(yan)究中采用(yong)單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型來(lái)確(que)定應(yīng)力松弛行(xing)為，這兩種模(mo)型均可較好(hao)地描述熟制(zhi)山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合結(jié)果顯示(shi)，單項(xiàng)模型的(de) R2 值范圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)(xiang)模型在 CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能收斂(lian)。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的 R2 值(zhi)更高，范圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明，兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)確地(di)擬合熟制山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲線(xiàn)如(ru)圖 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jiàn)(jian)表 S7。E0 反(fan)映了(le)材料在持續(xù)(xu)加載時(shí)(shi)的剛度或彈性(xing)響應(yīng)。在粘彈(dan)性材料中(zhong)，E0 通常與材料(liao)的時(shí)間依賴(lài)性(xing)行為相關(guān)。在所(suo)有測(cè)(ce)試的山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)梯度分(fen)布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥(yao)的 E0 值最(zui)高，表(biao)明其在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的變(bian)形最小，剛度更(geng)大。相比之(zhi)下，WN 山藥的(de) E0 值z(mì)ui低，表明該(gai)山藥品種(zhong)的松弛過(guò)程更(geng)明顯，柔韌性更(geng)高且質(zhì)地更(geng)柔軟(ruan)。在麥克斯韋模(mo)型中，每個(gè)(ge)單元由代表(biao)彈性模(mo)量（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度系(xi)數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成，且(qie)這些彈(dan)簧呈串(chuan)聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同(tong)時(shí)間尺度下(xia)的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)(ying)力和長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的松弛(chi)行為。值得注(zhu)意的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明即使(shi)在初始快速變(bian)形后，熟制(zhi)山藥仍保留了(le)顯著的彈性恢(hui)復(fù)能力。這些結(jié)(jie)果表明(ming)，WN 山藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯(xian)的塑性變(bian)形。有趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的降低，這一(yi)現(xiàn)象變(bian)得不那么(me)明顯(xian)。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材(cai)料對(duì)變形的(de)阻力，每個(gè)(ge)阻尼器(qi)捕捉黏性行(xing)為的(de)不同(tong)方面。η1 隨著waxiness屬性的增(zeng)強(qiáng)而增加(jia)，導(dǎo)致初(chu)始變形更慢，表(biao)明材料(liao)的黏性阻(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。