近日，浙江大學(xué)(xue)生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)(xue)院研究人員(yuan)在國(guó)際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)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(yan)究論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA國(guó)產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定山藥的應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及其(qi)潛在(zai)形成機(jī)制(zhi)的研(yan)究仍然有限。在(zai)本研究(jiu)中，我們通(tong)過(guò)整合感(gan)官評(píng)價(jià)和(he)儀器分析(xi)，建立了一(yi)種評(píng)(ping)估山(shan)藥waxiness的綜合方法(fa)。通過(guò)將waxiness評(píng)(ping)估解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽階段(duan)，采用應(yīng)(ying)力松弛和(he)流變(bian)學(xué)測(cè)試來(lái)表征(zheng)這些(xie)階段。系統(tǒng)(tong)地利用平衡模(mo)量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和(he)損耗模(mo)量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(píng)(ping)估山藥的waxiness。我(wo)們對(duì)waxiness形成(cheng)機(jī)制的研(yan)究表明，長(zhǎng)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這些鏈整(zheng)合到淀粉顆(ke)粒的結(jié)(jie)晶區(qū)和無(wú)定(ding)形區(qū)(qu)，從而改(gai)善了(le)凝膠(jiao)的穩(wěn)(wen)定性、彈性和粘(zhan)度，最(zui)終增(zeng)強(qiáng)了山藥的(de)waxiness。相反(fan)，短支鏈淀粉(fen)通過(guò)增加(jia)淀粉凝膠(jiao)的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先(xian)前的研究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科(ke)技有限(xian)公司(si)）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測(cè)試。該測(cè)(ce)試測(cè)量了(le)材料在恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)(ying)力響應(yīng)，旨(zhi)在通過(guò)(guo)評(píng)估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建(jian)立一種評(píng)估固(gu)體山藥(yao)塊莖waxiness的方法(fa)。將山藥(yao)樣品加工成高(gao)度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并(bing)在過(guò)量純(chun)水中煮沸(fei) 35 分鐘(zhong)。待樣品冷卻至(zhi) 40°C 時(shí)進(jìn)(jin)行測(cè)量(liang)。使用 P36R 探頭測(cè)(ce)試山藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲(huo)取應(yīng)力松(song)弛數(shù)據(jù)。探頭以(yi) 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 120 秒(miao)以使應(yīng)力(li)平衡。廣義麥克(ke)斯韋(wei)模型(xing)廣泛(fan)用于(yu)分析(xi)粘彈性(xing)材料的應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。該模型由多(duo)個(gè)與(yu)自由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克(ke)斯韋單(dan)元組成，其(qi)中每個(gè)麥克(ke)斯韋單元由一(yi)個(gè)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼器(qi)串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓(ya)縮過(guò)(guo)程中，完整樣(yang)品的壓縮(suo)區(qū)域在載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)變(bian)化，這有助于獲(huo)取力 - 時(shí)(shi)間曲(qu)線以分析應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。隨(sui)后，將松弛階段(duan)觀察到的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬合至(zhi)廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)的修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表示(shi)平衡彈性(xing)模量，Ei 為理想(xiang)彈性元件的彈(dan)性模量，n 為麥克(ke)斯韋單(dan)元的數(shù)量，t 表(biao)示第(di) i 個(gè)麥克斯(si)韋單(dan)元的弛豫時(shí)間(jian)，Ti 為各衰減過(guò)程(cheng)的時(shí)(shi)間常(chang)數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測(cè)咀嚼時(shí)(shi)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥(mai)克斯韋模型（圖(tu) 2）分析了山(shan)藥的動(dòng)態(tài)應(yīng)(ying)力松弛行為，該(gai)模型常用于(yu)表征(zheng)粘彈性(xing)材料的應(yīng)力(li)松弛特(te)性。研究中(zhong)采用單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型來(lái)確定(ding)應(yīng)力松弛行為(wei)，這兩種模型均(jun)可較好(hao)地描述(shu)熟制(zhi)山藥的粘(zhan)彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示，單(dan)項(xiàng)模型的(de) R2 值范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收(shou)斂。相(xiang)比之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值(zhi)更高，范圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更(geng)低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)麥克斯(si)韋模型能(neng)夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M合熟(shu)制山藥的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。

? ??

麥克斯韋(wei)模型(xing)的擬合曲(qu)線如圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見(jiàn)表 S7。E0 反映了(le)材料在持續(xù)加(jia)載時(shí)的剛度或(huo)彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料(liao)中，E0 通常與(yu)材料的時(shí)間(jian)依賴性(xing)行為相關(guān)(guan)。在所有(you)測(cè)試的(de)山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)梯度(du)分布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥(yao)的 E0 值最高(gao)，表明(ming)其在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)的變形最(zui)小，剛度(du)更大。相比之(zhi)下，WN 山藥(yao)的 E0 值z(mì)ui低，表明(ming)該山藥品種(zhong)的松弛過(guò)程更(geng)明顯(xian)，柔韌(ren)性更(geng)高且質(zhì)(zhi)地更(geng)柔軟。在麥克(ke)斯韋模型中，每(mei)個(gè)單元由代表(biao)彈性模量（Ei）的彈(dan)簧和(he)代表(biao)黏度系(xi)數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且這(zhe)些彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同時(shí)(shi)間尺度(du)下的(de)彈性響應(yīng)(ying)，反映了(le)材料在初始應(yīng)(ying)力和長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明(ming)即使在(zai)初始快速變(bian)形后，熟(shu)制山藥仍(reng)保留了顯著的(de)彈性恢復(fù)能力(li)。這些(xie)結(jié)果表明，WN 山藥(yao)在長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明(ming)顯的塑性變(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(bu)那么明顯。黏(nian)度系數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料(liao)對(duì)變形的阻力(li)，每個(gè)阻(zu)尼器捕(bu)捉黏性(xing)行為的(de)不同方面(mian)。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的(de)增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)致初(chu)始變形更慢，表(biao)明材料的黏性(xing)阻力(li)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。