近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與食品科(ke)學(xué)學(xué)院研(yan)究人員在國(guó)際(ji)食品期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了(le)題為(wei)"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國(guó)產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定山藥的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。

關(guān)于(yu)waxiness評(píng)估及(ji)其潛在形(xing)成機(jī)制的研究(jiu)仍然有(you)限。在(zai)本研究(jiu)中，我們(men)通過(guò)整合感(gan)官評(píng)價(jià)和儀(yi)器分析，建立了(le)一種(zhong)評(píng)估山藥waxiness的(de)綜合方法。通(tong)過(guò)將(jiang)waxiness評(píng)估解構(gòu)為(wei)咀嚼和吞(tun)咽階段(duan)，采用(yong)應(yīng)力松弛和流(liu)變學(xué)(xue)測(cè)試來(lái)表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量(liang)（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確評(píng)估(gu)山藥(yao)的waxiness。我(wo)們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)制的研(yan)究表明，長(zhǎng)(zhang)淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和(he) G'' 增加。這些(xie)鏈整(zheng)合到淀粉顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和(he)無(wú)定形區(qū)，從而(er)改善了凝(ning)膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和(he)粘度，最(zui)終增(zeng)強(qiáng)了(le)山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通過(guò)增加淀(dian)粉凝(ning)膠的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科技有(you)限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測(cè)試。該(gai)測(cè)試測(cè)量了材(cai)料在恒定應(yīng)變(bian)下隨(sui)時(shí)間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)，旨(zhi)在通過(guò)評(píng)估(gu)其粘彈性(xing)質(zhì)，建(jian)立一(yi)種評(píng)估固(gu)體山藥塊莖(jing)waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工(gong)成高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并在過(guò)(guo)量純水中煮沸(fei) 35 分鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測(cè)量。使(shi)用 P36R 探(tan)頭測(cè)試(shi)山藥的應(yīng)力(li)松弛，獲(huo)取應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定應(yīng)(ying)變下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平衡(heng)。廣義麥克斯(si)韋模型(xing)廣泛(fan)用于(yu)分析(xi)粘彈性材料(liao)的應(yīng)力松弛(chi)行為。該(gai)模型由多個(gè)(ge)與自由彈(dan)簧并(bing)聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元組(zu)成，其中每個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元由一個(gè)(ge)彈簧和一個(gè)(ge)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮(suo)過(guò)程中，完(wan)整樣品的(de)壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下會(huì)(hui)出現(xiàn)變化(hua)，這有助于獲(huo)取力 - 時(shí)間曲(qu)線(xiàn)以分析應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。隨后，將松弛(chi)階段觀察到(dao)的力 - 時(shí)間關(guān)(guan)系擬合至廣義(yi)麥克斯(si)韋模型(xing)的修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時(shí)間的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量，Ei 為理想(xiang)彈性元件的(de)彈性(xing)模量(liang)，n 為麥克斯韋單(dan)元的(de)數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個(gè)麥克斯韋(wei)單元(yuan)的弛豫時(shí)間(jian)，Ti 為各衰減過(guò)(guo)程的時(shí)(shi)間常數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)的waxiness，我們利用廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型（圖 2）分(fen)析了山(shan)藥的動(dòng)態(tài)應(yīng)力(li)松弛行為(wei)，該模型常用(yong)于表(biao)征粘(zhan)彈性材料(liao)的應(yīng)力(li)松弛特(te)性。研(yan)究中采用單(dan)項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型來(lái)確定應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為，這兩(liang)種模型均(jun)可較好地(di)描述熟(shu)制山藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合結(jié)果顯(xian)示，單項(xiàng)模型(xing)的 R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中未(wei)能收斂。相比(bi)之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型的(de) R2 值更(geng)高，范圍(wei)為 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表明，兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型能(neng)夠更(geng)準(zhǔn)確地?cái)M合熟(shu)制山藥的(de)應(yīng)力松弛(chi)行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬(ni)合曲線(xiàn)如(ru)圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見(jiàn)表 S7。E0 反(fan)映了(le)材料在(zai)持續(xù)(xu)加載時(shí)的(de)剛度或彈性響(xiang)應(yīng)。在粘彈性(xing)材料中，E0 通(tong)常與材料的(de)時(shí)間依賴(lài)(lai)性行為相(xiang)關(guān)。在所有測(cè)試(shi)的山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)梯度分(fen)布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的(de) E0 值最高，表明其(qi)在長(zhǎng)期應(yīng)力下(xia)的變形(xing)最小，剛度更大(da)。相比之下(xia)，WN 山藥的 E0 值z(mì)ui低(di)，表明(ming)該山藥品(pin)種的松(song)弛過(guò)程(cheng)更明顯，柔韌性(xing)更高(gao)且質(zhì)(zhi)地更柔軟(ruan)。在麥克(ke)斯韋模型中，每(mei)個(gè)單元由代(dai)表彈性(xing)模量(liang)（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器(qi)組成，且這些(xie)彈簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了不(bu)同時(shí)間尺度(du)下的彈性響(xiang)應(yīng)，反映(ying)了材(cai)料在初始(shi)應(yīng)力(li)和長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下(xia)的松弛行(xing)為。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高(gao)于 E1，這表明即(ji)使在初始快(kuai)速變形后，熟制(zhi)山藥仍保留(liu)了顯著的彈(dan)性恢復(fù)(fu)能力。這些結(jié)(jie)果表明(ming)，WN 山藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下會(huì)發(fā)(fa)生明顯的(de)塑性變形(xing)。有趣的(de)是，隨著(zhe)waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不(bu)那么明顯。黏(nian)度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代(dai)表材料對(duì)變(bian)形的阻力，每(mei)個(gè)阻尼器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為(wei)的不同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而增(zeng)加，導(dǎo)致(zhi)初始變形更(geng)慢，表(biao)明材料(liao)的黏性阻力更(geng)大。

參考文(wen)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。