近日(ri)，浙江大學(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食品(pin)科學學院研(yan)究人員(yuan)在國際(ji)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"的研(yan)究論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定山藥(yao)的應力松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評估及(ji)其潛在形成(cheng)機制(zhi)的研究仍然有(you)限。在(zai)本研究中(zhong)，我們通過(guo)整合感官評(ping)價和儀器分(fen)析，建立了(le)一種評估山(shan)藥waxiness的綜合方法(fa)。通過將waxiness評(ping)估解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞(tun)咽階段，采用應(ying)力松弛和流變(bian)學測試(shi)來表(biao)征這些(xie)階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和損耗模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準確評估山(shan)藥的(de)waxiness。我們(men)對waxiness形成機制的(de)研究(jiu)表明，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導致 η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整合到淀(dian)粉顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)(qu)和無定形區(qū)(qu)，從而改(gai)善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性(xing)和粘(zhan)度，最(zui)終增強了(le)山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通過(guo)增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低(di)了waxiness強度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科技(ji)有限(xian)公司）進行應力松(song)弛測試。該測試(shi)測量了(le)材料在恒定(ding)應變下隨(sui)時間的應力(li)響應(ying)，旨在通過(guo)評估其(qi)粘彈(dan)性質(zhì)，建立一(yi)種評(ping)估固體山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工成(cheng)高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并在過量(liang)純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷卻至(zhi) 40°C 時進行測量(liang)。使用(yong) P36R 探頭測試(shi)山藥的(de)應力松弛(chi)，獲取應力松(song)弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定應(ying)變下保(bao)持 120 秒以使應(ying)力平衡。廣義麥(mai)克斯韋模(mo)型廣泛用(yong)于分(fen)析粘(zhan)彈性材料的應(ying)力松弛行(xing)為。該模型(xing)由多個與(yu)自由彈(dan)簧并聯(lián)(lian)的麥(mai)克斯韋(wei)單元組成，其(qi)中每個麥(mai)克斯(si)韋單(dan)元由(you)一個彈(dan)簧和(he)一個阻(zu)尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成(cheng)。壓縮過(guo)程中(zhong)，完整樣(yang)品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下(xia)會出現(xiàn)(xian)變化(hua)，這有助于獲取(qu)力 - 時間曲(qu)線以分(fen)析應力(li)松弛行為(wei)。隨后，將(jiang)松弛(chi)階段(duan)觀察到(dao)的力 - 時間關(guān)(guan)系擬合(he)至廣義麥克斯(si)韋模型(xing)的修正版(ban)本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定(ding)時間的(de)應力（Pa），D0 為恒(heng)定應變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性模(mo)量，Ei 為(wei)理想(xiang)彈性元(yuan)件的(de)彈性模(mo)量，n 為麥克斯(si)韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示第 i 個(ge)麥克斯韋單(dan)元的弛豫時(shi)間，Ti 為(wei)各衰(shuai)減過程的時間(jian)常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的黏度。

為了預測咀(ju)嚼時的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥(mai)克斯韋(wei)模型（圖 2）分析了(le)山藥的(de)動態(tài)(tai)應力松弛(chi)行為，該模型(xing)常用于表征(zheng)粘彈性(xing)材料的應(ying)力松弛特性。研(yan)究中采用(yong)單項和兩項(xiang)麥克斯韋模(mo)型來確(que)定應力松弛行(xing)為，這兩種(zhong)模型均可(ke)較好地描(miao)述熟制山(shan)藥的粘彈(dan)性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示，單(dan)項模(mo)型的(de) R2 值范圍為 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)項模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中(zhong)未能(neng)收斂。相(xiang)比之(zhi)下，兩項麥(mai)克斯韋(wei)模型的 R2 值(zhi)更高，范圍(wei)為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更(geng)低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果表(biao)明，兩(liang)項麥克斯韋(wei)模型能夠更(geng)準確(que)地擬合(he)熟制(zhi)山藥的(de)應力(li)松弛(chi)行為。

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麥克斯韋(wei)模型(xing)的擬合(he)曲線如圖(tu) 2a 所示。兩項麥(mai)克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見表 S7。E0 反映(ying)了材料在(zai)持續(xù)加載(zai)時的(de)剛度(du)或彈(dan)性響應。在粘(zhan)彈性材料(liao)中，E0 通常與(yu)材料的時(shi)間依賴性行(xing)為相關(guān)。在所(suo)有測試的山(shan)藥樣(yang)品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度分布(bu)，從 WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的(de) E0 值最(zui)高，表明其在長(zhang)期應力下的變(bian)形最小，剛(gang)度更大(da)。相比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值zui低，表明(ming)該山藥品種的(de)松弛過(guo)程更(geng)明顯，柔韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地更(geng)柔軟。在麥克斯(si)韋模型中(zhong)，每個(ge)單元由(you)代表彈性模(mo)量（Ei）的彈(dan)簧和代表黏(nian)度系(xi)數(shù)（ηi）的(de)阻尼(ni)器組成，且(qie)這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了不(bu)同時間尺(chi)度下的彈性(xing)響應，反(fan)映了材(cai)料在初(chu)始應(ying)力和長期(qi)應力(li)下的松弛行為(wei)。值得注意(yi)的是，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明即(ji)使在初始(shi)快速變形后(hou)，熟制(zhi)山藥(yao)仍保留了顯著(zhu)的彈性(xing)恢復能力。這(zhe)些結(jié)(jie)果表明，WN 山(shan)藥在長期(qi)應力下會(hui)發(fā)生(sheng)明顯的(de)塑性變(bian)形。有(you)趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強度的(de)降低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不那么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料對(dui)變形的(de)阻力，每(mei)個阻尼器(qi)捕捉黏性行(xing)為的不同方(fang)面。η1 隨著waxiness屬性的增強而(er)增加，導(dao)致初(chu)始變形更慢，表(biao)明材料的黏(nian)性阻(zu)力更大(da)。

參考文獻(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。