近日，浙(zhe)江大學(xué)生物系(xi)統(tǒng)工程與(yu)食品科學(xué)(xue)學(xué)院研究人員(yuan)在國(guo)際食品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一(yi)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(de)研究論文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利(li)用上(shang)海騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(ce)定山(shan)藥的(de)應(yīng)力松(song)弛行為。

關(guān)于waxiness評估及其(qi)潛在形成機(jī)(ji)制的研究(jiu)仍然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們通(tong)過整合感官評(ping)價和儀器分(fen)析，建(jian)立了一種(zhong)評估山藥waxiness的(de)綜合(he)方法。通(tong)過將waxiness評估解構(gòu)(gou)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用應(yīng)力(li)松弛和流變學(xué)(xue)測試來表征(zheng)這些(xie)階段。系統(tǒng)(tong)地利用平衡模(mo)量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評估山(shan)藥的waxiness。我們對(dui)waxiness形成機(jī)制的研(yan)究表明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加。這些(xie)鏈整合到淀粉(fen)顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和無(wu)定形區(qū)，從(cong)而改善了凝(ning)膠的(de)穩(wěn)定性、彈性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiáng)了山藥(yao)的waxiness。相(xiang)反，短支鏈(lian)淀粉通(tong)過增加(jia)淀粉凝膠(jiao)的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前(qian)的研究(jiu)，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科技(ji)有限(xian)公司）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(ce)試。該測試(shi)測量了材料在(zai)恒定應(yīng)變下隨(sui)時間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在通(tong)過評估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立一(yi)種評估固體(ti)山藥塊(kuai)莖waxiness的方法(fa)。將山藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在過(guo)量純水(shui)中煮(zhu)沸 35 分(fen)鐘。待樣(yang)品冷卻(que)至 40°C 時(shi)進(jìn)行測(ce)量。使用 P36R 探頭測(ce)試山(shan)藥的(de)應(yīng)力松(song)弛，獲取(qu)應(yīng)力(li)松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以使應(yīng)力平(ping)衡。廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)廣泛用(yong)于分析粘彈性(xing)材料的(de)應(yīng)力松弛(chi)行為。該(gai)模型由(you)多個與自(zi)由彈簧并(bing)聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元組(zu)成，其中每(mei)個麥克斯韋單(dan)元由一個彈簧(huang)和一個阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮(suo)過程中，完(wan)整樣品的(de)壓縮區(qū)域(yu)在載荷下會出(chu)現(xiàn)變化，這有(you)助于獲(huo)取力 - 時間(jian)曲線以分析應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為。隨后，將松(song)弛階段觀察到(dao)的力 - 時間關(guān)系(xi)擬合至廣義(yi)麥克斯韋模型(xing)的修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時間的(de)應(yīng)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示(shi)平衡彈性模(mo)量，Ei 為理想(xiang)彈性元(yuan)件的彈性模(mo)量，n 為(wei)麥克斯韋單(dan)元的數(shù)量，t 表(biao)示第(di) i 個麥克斯韋單(dan)元的弛豫時(shi)間，Ti 為各衰減過(guo)程的時間常數(shù)(shu)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度。

為了預(yù)測(ce)咀嚼(jue)時的(de)waxiness，我們利(li)用廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)（圖 2）分析了山藥(yao)的動態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該模(mo)型常用于表(biao)征粘彈性材料(liao)的應(yīng)(ying)力松弛特性(xing)。研究中采用單(dan)項(xiàng)和兩項(xiàng)(xiang)麥克斯(si)韋模型(xing)來確定應(yīng)力(li)松弛(chi)行為(wei)，這兩種(zhong)模型均可較好(hao)地描述熟制山(shan)藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合結(jié)果(guo)顯示，單項(xiàng)模(mo)型的 R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘(can)差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)(xiang)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能(neng)收斂。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥克斯(si)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(biao)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)(ying)力松弛行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬(ni)合曲線如圖 2a 所(suo)示。兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在持(chi)續(xù)加載時(shi)的剛度或(huo)彈性(xing)響應(yīng)。在粘彈性(xing)材料(liao)中，E0 通常與(yu)材料(liao)的時(shi)間依賴性行為(wei)相關(guān)。在所有測(ce)試的山藥樣品(pin)中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯(ti)度分布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值最(zui)高，表明(ming)其在長(zhang)期應(yīng)力下的(de)變形最小(xiao)，剛度更大。相(xiang)比之下，WN 山藥(yao)的 E0 值zui低，表明(ming)該山藥品種的(de)松弛過程(cheng)更明顯，柔(rou)韌性更(geng)高且(qie)質(zhì)地更(geng)柔軟。在麥克(ke)斯韋模型(xing)中，每個(ge)單元由代表彈(dan)性模量（Ei）的彈簧(huang)和代表黏度(du)系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且(qie)這些彈(dan)簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和(he) E2 捕捉了不同時(shi)間尺度下的彈(dan)性響(xiang)應(yīng)，反映了材(cai)料在初始應(yīng)力(li)和長(zhang)期應(yīng)力下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明即(ji)使在初始(shi)快速變形后(hou)，熟制山(shan)藥仍(reng)保留了顯(xian)著的(de)彈性(xing)恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果表(biao)明，WN 山藥(yao)在長期(qi)應(yīng)力下(xia)會發(fā)(fa)生明顯的(de)塑性變(bian)形。有(you)趣的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不(bu)那么明顯(xian)。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(dui)變形的阻力(li)，每個阻尼器(qi)捕捉黏性(xing)行為(wei)的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)致初(chu)始變形(xing)更慢(man)，表明材(cai)料的黏性阻力(li)更大。

參考(kao)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。