近日，浙江大(da)學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與(yu)食品(pin)科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guo)際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)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(gai)論文中，研究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定山藥的(de)應(yīng)力松弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評估及其(qi)潛在(zai)形成機制的研(yan)究仍然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們通過整合(he)感官(guan)評價和儀器分(fen)析，建立(li)了一種評估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方法。通過(guo)將waxiness評估(gu)解構(gòu)(gou)為咀(ju)嚼和吞咽階(jie)段，采用應(yīng)力(li)松弛和流變學(xué)(xue)測試來表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)地(di)利用平(ping)衡模量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和(he)損耗模(mo)量（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhun)確評(ping)估山(shan)藥的(de)waxiness。我們對(dui)waxiness形成機制的研(yan)究表(biao)明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiang)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這(zhe)些鏈整合(he)到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)(qu)和無定(ding)形區(qū)，從而改(gai)善了凝膠(jiao)的穩(wěn)定性(xing)、彈性和粘度，最(zui)終增強(qiang)了山藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀(dian)粉通過增加淀(dian)粉凝膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強度(du)。

根據(jù)先前的(de)研究(jiu)，使用質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技(ji)有限(xian)公司）進行應(yīng)力松(song)弛測試。該測(ce)試測量了材料(liao)在恒定應(yīng)(ying)變下隨時間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)，旨(zhi)在通(tong)過評估其(qi)粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一種(zhong)評估(gu)固體(ti)山藥(yao)塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的(de)圓柱體，并在過(guo)量純水(shui)中煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品冷卻(que)至 40°C 時進行測量(liang)。使用(yong) P36R 探頭測試山(shan)藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲(huo)取應(yīng)(ying)力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓(ya)縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變(bian)下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)力(li)平衡(heng)。廣義麥(mai)克斯韋模型廣(guang)泛用于分析粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。該模型(xing)由多個(ge)與自由(you)彈簧(huang)并聯(lián)的(de)麥克斯(si)韋單元組成(cheng)，其中每個麥(mai)克斯韋單元(yuan)由一個彈(dan)簧和一個阻(zu)尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓(ya)縮過程中，完(wan)整樣品(pin)的壓縮區(qū)(qu)域在載荷(he)下會出現(xiàn)變(bian)化，這有助于獲(huo)取力 - 時間曲(qu)線以(yi)分析應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為。隨(sui)后，將松弛(chi)階段觀(guan)察到(dao)的力 - 時間關(guān)系(xi)擬合至廣(guang)義麥克斯(si)韋模型的(de)修正(zheng)版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定時間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表示(shi)平衡彈性模量(liang)，Ei 為理(li)想彈(dan)性元件的彈(dan)性模量(liang)，n 為麥克斯(si)韋單元(yuan)的數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個麥克斯韋(wei)單元的(de)弛豫時間，Ti 為各(ge)衰減過程(cheng)的時(shi)間常(chang)數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度(du)。

為了預(yù)測咀(ju)嚼時的waxiness，我們利用廣(guang)義麥(mai)克斯韋模型（圖(tu) 2）分析了山(shan)藥的動態(tài)應(yīng)力(li)松弛(chi)行為，該模型(xing)常用(yong)于表征粘彈(dan)性材料的(de)應(yīng)力松弛(chi)特性(xing)。研究中采用單(dan)項和兩項(xiang)麥克斯韋模型(xing)來確定應(yīng)力松(song)弛行為，這(zhe)兩種模(mo)型均可較好(hao)地描述熟制山(shan)藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示(shi)，單項模型(xing)的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘差(cha)偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項模型在(zai) CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能收斂(lian)。相比(bi)之下(xia)，兩項(xiang)麥克斯韋(wei)模型的(de) R2 值更高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表(biao)明，兩項(xiang)麥克斯(si)韋模(mo)型能夠更準確(que)地擬合熟制(zhi)山藥的應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。

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麥克斯(si)韋模型的擬(ni)合曲線如圖 2a 所(suo)示。兩項(xiang)麥克斯韋模(mo)型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了材(cai)料在持續(xù)加載(zai)時的剛度或彈(dan)性響(xiang)應(yīng)。在(zai)粘彈性(xing)材料中，E0 通(tong)常與材料的時(shi)間依賴性行(xing)為相關(guān)。在(zai)所有測試(shi)的山藥樣(yang)品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度分布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥的(de) E0 值最(zui)高，表明(ming)其在(zai)長期應(yīng)力下(xia)的變形(xing)最小，剛度更大(da)。相比(bi)之下，WN 山藥的 E0 值(zhi)zui低，表明該山(shan)藥品種的松(song)弛過程(cheng)更明顯，柔韌(ren)性更高且(qie)質(zhì)地(di)更柔軟(ruan)。在麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個單元由代(dai)表彈性模量(liang)（Ei）的彈簧和代表(biao)黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組成(cheng)，且這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同時間(jian)尺度(du)下的彈性(xing)響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始(shi)應(yīng)力(li)和長(zhang)期應(yīng)力下的(de)松弛(chi)行為。值得注(zhu)意的是(shi)，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明即(ji)使在初始快(kuai)速變(bian)形后(hou)，熟制(zhi)山藥(yao)仍保(bao)留了顯(xian)著的彈性恢復(fù)(fu)能力。這(zhe)些結(jié)果表明，WN 山(shan)藥在(zai)長期應(yīng)(ying)力下會發(fā)(fa)生明顯(xian)的塑性(xing)變形(xing)。有趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強度的降(jiang)低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那(na)么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料(liao)對變形的阻(zu)力，每個阻尼(ni)器捕捉黏性行(xing)為的不同方面(mian)。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強而(er)增加，導(dǎo)(dao)致初始變形更(geng)慢，表(biao)明材(cai)料的(de)黏性阻(zu)力更大。

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。