近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品科學(xué)學(xué)(xue)院研(yan)究人員在(zai)國際(ji)食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究(jiu)論文。在該論(lun)文中，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定山(shan)藥的應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評估及(ji)其潛在形(xing)成機(jī)制(zhi)的研究仍(reng)然有限(xian)。在本(ben)研究中(zhong)，我們通過(guo)整合感官(guan)評價(jia)和儀器(qi)分析，建(jian)立了一種(zhong)評估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方法。通過(guo)將waxiness評估(gu)解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采(cai)用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)測試來表(biao)征這些階(jie)段。系統(tǒng)地利用(yong)平衡模(mo)量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)(shu)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(ping)估山藥的waxiness。我(wo)們對waxiness形成機(jī)(ji)制的研究表明(ming)，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈(lian)整合到淀粉(fen)顆粒的結(jié)晶區(qū)(qu)和無(wu)定形區(qū)，從而改(gai)善了(le)凝膠的(de)穩(wěn)定(ding)性、彈性(xing)和粘度(du)，最終(zhong)增強(qiáng)了山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通(tong)過增(zeng)加淀粉凝(ning)膠的 E0 降低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀(yi)器科技有限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛(chi)測試。該測試測(ce)量了材料在恒(heng)定應(yīng)(ying)變下隨時間(jian)的應(yīng)力(li)響應(yīng)，旨在通過(guo)評估(gu)其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立一(yi)種評估固體山(shan)藥塊莖waxiness的方法。將(jiang)山藥樣品(pin)加工成(cheng)高度為(wei) 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并(bing)在過量(liang)純水(shui)中煮沸 35 分(fen)鐘。待樣品冷卻(que)至 40°C 時(shi)進(jìn)行測(ce)量。使用 P36R 探(tan)頭測試(shi)山藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲取應(yīng)(ying)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度(du)壓縮樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)變(bian)下保(bao)持 120 秒(miao)以使應(yīng)力(li)平衡。廣義麥克(ke)斯韋模(mo)型廣(guang)泛用(yong)于分析粘(zhan)彈性材料的應(yīng)(ying)力松弛行為。該(gai)模型(xing)由多個與自由(you)彈簧并聯(lián)(lian)的麥克斯(si)韋單元組成，其(qi)中每個麥克(ke)斯韋(wei)單元(yuan)由一(yi)個彈簧和(he)一個阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓(ya)縮過程中(zhong)，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(zhu)于獲取力(li) - 時間曲線(xian)以分析應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。隨后，將(jiang)松弛階段觀察(cha)到的力(li) - 時間(jian)關(guān)系擬合(he)至廣(guang)義麥克斯(si)韋模型的(de)修正版本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時間的(de)應(yīng)力（Pa），D0 為(wei)恒定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性模(mo)量，Ei 為理想(xiang)彈性元件的(de)彈性模量，n 為(wei)麥克(ke)斯韋單(dan)元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示(shi)第 i 個麥克(ke)斯韋單(dan)元的(de)弛豫(yu)時間，Ti 為各衰減(jian)過程的時間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)測咀(ju)嚼時(shi)的waxiness，我們(men)利用廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型（圖(tu) 2）分析了山(shan)藥的動(dong)態(tài)應(yīng)力松弛行(xing)為，該模(mo)型常用(yong)于表征粘(zhan)彈性(xing)材料的應(yīng)力(li)松弛特性(xing)。研究中(zhong)采用(yong)單項(xiàng)和兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型來(lai)確定(ding)應(yīng)力(li)松弛行為(wei)，這兩種模型(xing)均可(ke)較好地描(miao)述熟制山藥(yao)的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合(he)結(jié)果顯示，單(dan)項(xiàng)模型的(de) R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)模(mo)型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未(wei)能收斂。相(xiang)比之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模型(xing)的 R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋(wei)模型(xing)能夠(gou)更準(zhǔn)確(que)地擬合(he)熟制山(shan)藥的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。

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麥克斯韋模(mo)型的擬(ni)合曲線(xian)如圖(tu) 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)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(chi)續(xù)加載時的剛(gang)度或彈(dan)性響應(yīng)。在粘(zhan)彈性材料(liao)中，E0 通常與(yu)材料的時(shi)間依(yi)賴性行為(wei)相關(guān)。在所有(you)測試的(de)山藥樣品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度分布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的(de) E0 值最高，表(biao)明其在長期(qi)應(yīng)力下的變(bian)形最小，剛度(du)更大。相比(bi)之下，WN 山(shan)藥的(de) E0 值zui低，表明(ming)該山藥品(pin)種的(de)松弛過(guo)程更(geng)明顯(xian)，柔韌性更(geng)高且質(zhì)地更柔(rou)軟。在(zai)麥克(ke)斯韋(wei)模型中，每(mei)個單(dan)元由代表(biao)彈性模量(liang)（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成(cheng)，且這些彈簧(huang)呈串聯(lián)排列。E1 和(he) E2 捕捉了不(bu)同時間(jian)尺度(du)下的彈性響(xiang)應(yīng)，反映(ying)了材(cai)料在初(chu)始應(yīng)力(li)和長期(qi)應(yīng)力下的松(song)弛行為。值得注(zhu)意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表(biao)明即使在初(chu)始快速變形(xing)后，熟制山藥(yao)仍保留了顯著(zhu)的彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果表(biao)明，WN 山藥(yao)在長期應(yīng)力下(xia)會發(fā)生(sheng)明顯(xian)的塑性變(bian)形。有趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低(di)，這一現(xiàn)象變(bian)得不那么(me)明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代表材(cai)料對變形的(de)阻力，每個阻尼(ni)器捕捉黏性(xing)行為的不同(tong)方面(mian)。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加(jia)，導(dǎo)致初始變形(xing)更慢(man)，表明材料(liao)的黏性阻(zu)力更大。

參考(kao)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。