近日，浙(zhe)江大學生物系(xi)統(tǒng)工程(cheng)與食(shi)品科學(xue)學院研究人員(yuan)在國際食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中科院一(yi)區(qū)，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"的研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定(ding)山藥的應力(li)松弛行為。

關(guān)于waxiness評(ping)估及其潛(qian)在形成機(ji)制的研究(jiu)仍然有限(xian)。在本研(yan)究中，我(wo)們通過整(zheng)合感官評價(jia)和儀器(qi)分析，建立了(le)一種評估山藥(yao)waxiness的綜合(he)方法。通過(guo)將waxiness評估解構(gòu)(gou)為咀(ju)嚼和(he)吞咽階(jie)段，采用應力(li)松弛和流變(bian)學測試來表(biao)征這(zhe)些階段。系統(tǒng)地(di)利用平(ping)衡模量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗模量（G''）等(deng)關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhun)確評估山藥的(de)waxiness。我們對(dui)waxiness形成(cheng)機制(zhi)的研(yan)究表明(ming)，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dao)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈(lian)整合到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從(cong)而改(gai)善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和(he)粘度，最終增(zeng)強了山藥的(de)waxiness。相反，短支鏈(lian)淀粉(fen)通過增(zeng)加淀(dian)粉凝膠的(de) E0 降低了waxiness強度。

根據(jù)先前(qian)的研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限(xian)公司）進行(xing)應力(li)松弛測試(shi)。該測(ce)試測量了(le)材料在(zai)恒定應變下(xia)隨時間(jian)的應力響應(ying)，旨在(zai)通過(guo)評估其粘彈性(xing)質(zhì)，建立一(yi)種評估固(gu)體山藥塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成(cheng)高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體(ti)，并在(zai)過量純水中(zhong)煮沸(fei) 35 分鐘(zhong)。待樣品冷卻(que)至 40°C 時進行(xing)測量。使用 P36R 探(tan)頭測試(shi)山藥的應力松(song)弛，獲取應力(li)松弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以(yi) 1 mm/s 的速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒定(ding)應變(bian)下保持 120 秒(miao)以使應力(li)平衡。廣(guang)義麥(mai)克斯韋(wei)模型廣泛(fan)用于分(fen)析粘彈性材(cai)料的應力松(song)弛行(xing)為。該模型由多(duo)個與自由(you)彈簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單(dan)元組成，其(qi)中每(mei)個麥(mai)克斯(si)韋單元(yuan)由一個(ge)彈簧(huang)和一個(ge)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮(suo)過程中，完(wan)整樣品的壓(ya)縮區(qū)域在載(zai)荷下會出現(xiàn)變(bian)化，這有(you)助于獲取(qu)力 - 時間(jian)曲線以分(fen)析應力(li)松弛行為。隨(sui)后，將(jiang)松弛(chi)階段觀察(cha)到的力 - 時(shi)間關(guān)系擬合至(zhi)廣義麥克(ke)斯韋模(mo)型的修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時間的應(ying)力（Pa），D0 為(wei)恒定應變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性模(mo)量，Ei 為(wei)理想彈性元件(jian)的彈性模量，n 為(wei)麥克斯韋單(dan)元的數(shù)量(liang)，t 表示第(di) i 個麥克(ke)斯韋單元的(de)弛豫(yu)時間，Ti 為各衰(shuai)減過程的(de)時間常數(shù)，ηi 為(wei)元件(jian) i 的黏度。

為了預測(ce)咀嚼時的waxiness，我們(men)利用廣義麥(mai)克斯韋模(mo)型（圖 2）分(fen)析了山藥的(de)動態(tài)應力松(song)弛行為(wei)，該模型常用(yong)于表征粘(zhan)彈性(xing)材料的應(ying)力松(song)弛特(te)性。研究中(zhong)采用單(dan)項和兩項麥(mai)克斯韋模(mo)型來確定應力(li)松弛行為，這(zhe)兩種模型均(jun)可較好地描(miao)述熟(shu)制山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示(shi)，單項(xiang)模型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏(pian)差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收斂。相(xiang)比之下，兩項麥(mai)克斯韋模型(xing)的 R2 值更(geng)高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果(guo)表明，兩項麥克(ke)斯韋模型(xing)能夠更準確地(di)擬合(he)熟制山藥的(de)應力(li)松弛(chi)行為(wei)。

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麥克斯(si)韋模型(xing)的擬(ni)合曲線如圖 2a 所(suo)示。兩項麥克(ke)斯韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材料在(zai)持續(xù)加(jia)載時的(de)剛度(du)或彈(dan)性響應。在(zai)粘彈性材料中(zhong)，E0 通常與材(cai)料的時間依賴(lai)性行為相關(guān)。在(zai)所有(you)測試的山藥樣(yang)品中(zhong)，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(deng)。XY 山藥的 E0 值最(zui)高，表明其在(zai)長期應(ying)力下的變形(xing)最小(xiao)，剛度更大。相(xiang)比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值zui低，表明(ming)該山藥(yao)品種(zhong)的松弛過程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性更高(gao)且質(zhì)地(di)更柔軟。在(zai)麥克斯韋模型(xing)中，每個單元(yuan)由代表彈性(xing)模量(liang)（Ei）的彈簧和(he)代表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼(ni)器組成(cheng)，且這些(xie)彈簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同時(shi)間尺(chi)度下的彈(dan)性響(xiang)應，反映了(le)材料在初始(shi)應力和(he)長期應力(li)下的(de)松弛行為。值(zhi)得注(zhu)意的是，在waxinesszui強的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表(biao)明即使在初始(shi)快速變形后，熟(shu)制山(shan)藥仍保留了(le)顯著(zhu)的彈(dan)性恢復(fu)能力。這些結(jié)(jie)果表明(ming)，WN 山藥在(zai)長期(qi)應力下會(hui)發(fā)生明顯的塑(su)性變(bian)形。有趣的(de)是，隨著waxiness屬性(xing)強度的降低，這(zhe)一現(xiàn)象變(bian)得不那么明(ming)顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料(liao)對變(bian)形的阻(zu)力，每個(ge)阻尼器(qi)捕捉黏性(xing)行為(wei)的不同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的(de)增強而增加(jia)，導致初(chu)始變(bian)形更慢，表明材(cai)料的黏性阻力(li)更大。

參考文獻：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。