近日，浙江(jiang)大學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品科(ke)學(xué)學(xué)院研究人(ren)員在國際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題為"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(wen)中，研究人員利(li)用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(ce)定山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)。

關(guān)于(yu)waxiness評估(gu)及其潛(qian)在形成(cheng)機制的(de)研究仍然有限(xian)。在本研究(jiu)中，我們(men)通過整合感官(guan)評價和儀器(qi)分析，建立了(le)一種評(ping)估山藥waxiness的綜(zong)合方法。通過將(jiang)waxiness評估解構(gòu)為(wei)咀嚼和吞咽階(jie)段，采(cai)用應(yīng)力(li)松弛和流變學(xué)(xue)測試(shi)來表征這(zhe)些階段。系統(tǒng)地(di)利用平衡模(mo)量（E0）、粘度系數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)，以準(zhun)確評估(gu)山藥的(de)waxiness。我們(men)對waxiness形成(cheng)機制的研究表(biao)明，長(zhang)淀粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiang)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整合(he)到淀粉顆(ke)粒的結(jié)(jie)晶區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從(cong)而改善了凝膠(jiao)的穩(wěn)定(ding)性、彈性和(he)粘度，最終(zhong)增強了山(shan)藥的(de)waxiness。相反，短支鏈(lian)淀粉通(tong)過增加淀粉凝(ning)膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiang)度。

根據(jù)先(xian)前的研(yan)究，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科技有(you)限公司）進行(xing)應(yīng)力松弛測(ce)試。該測試(shi)測量了材料(liao)在恒定(ding)應(yīng)變下隨時(shi)間的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過(guo)評估其粘彈(dan)性質(zhì)，建立一(yi)種評估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣(yang)品加工成高(gao)度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓(yuan)柱體(ti)，并在過量純(chun)水中煮沸(fei) 35 分鐘。待(dai)樣品冷(leng)卻至(zhi) 40°C 時進行(xing)測量。使用(yong) P36R 探頭(tou)測試(shi)山藥的應(yīng)(ying)力松(song)弛，獲取應(yīng)力松(song)弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下(xia)保持 120 秒以使(shi)應(yīng)力平衡。廣(guang)義麥克斯韋模(mo)型廣(guang)泛用于分(fen)析粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為。該模(mo)型由多個與自(zi)由彈簧并聯(lián)(lian)的麥克斯韋(wei)單元組成，其(qi)中每個(ge)麥克斯(si)韋單元由一(yi)個彈簧(huang)和一個阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮過程中(zhong)，完整樣品的(de)壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下(xia)會出現(xiàn)變(bian)化，這有(you)助于獲取(qu)力 - 時(shi)間曲線以分(fen)析應(yīng)力松(song)弛行為(wei)。隨后，將松弛(chi)階段(duan)觀察到的力 - 時(shi)間關(guān)系擬合至(zhi)廣義麥克斯韋(wei)模型的修正(zheng)版本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shi)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量(liang)，Ei 為理想彈(dan)性元(yuan)件的(de)彈性模(mo)量，n 為麥克斯(si)韋單元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個麥(mai)克斯韋單(dan)元的弛豫時(shi)間，Ti 為各衰減(jian)過程(cheng)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waxiness，我們利用(yong)廣義麥克(ke)斯韋模型（圖 2）分(fen)析了(le)山藥(yao)的動態(tài)(tai)應(yīng)力松弛(chi)行為，該模型(xing)常用于表(biao)征粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)特性。研究中采(cai)用單項和兩項(xiang)麥克斯韋模型(xing)來確(que)定應(yīng)(ying)力松(song)弛行為，這兩(liang)種模(mo)型均可較好(hao)地描述(shu)熟制(zhi)山藥(yao)的粘彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示，單(dan)項模(mo)型的 R2 值范(fan)圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中未(wei)能收(shou)斂。相比之(zhi)下，兩項麥(mai)克斯韋模(mo)型的 R2 值更高(gao)，范圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果(guo)表明，兩(liang)項麥克(ke)斯韋模型(xing)能夠更準確(que)地擬(ni)合熟制山藥的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲(qu)線如圖 2a 所(suo)示。兩項麥克斯(si)韋模型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映(ying)了材料(liao)在持續(xù)加載(zai)時的剛(gang)度或彈性響應(yīng)(ying)。在粘彈性材(cai)料中，E0 通常與(yu)材料(liao)的時(shi)間依賴性(xing)行為(wei)相關(guān)。在所有(you)測試的山藥樣(yang)品中，E0 呈現(xiàn)梯度(du)分布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表明(ming)其在(zai)長期應(yīng)力下的(de)變形最小，剛(gang)度更(geng)大。相比(bi)之下，WN 山藥的(de) E0 值zui低，表(biao)明該山藥品(pin)種的松弛過程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地(di)更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模型(xing)中，每(mei)個單元(yuan)由代表彈(dan)性模量(liang)（Ei）的彈簧和(he)代表黏(nian)度系數(shù)(shu)（ηi）的阻(zu)尼器(qi)組成，且(qie)這些彈簧(huang)呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了不(bu)同時間(jian)尺度(du)下的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材(cai)料在(zai)初始(shi)應(yīng)力(li)和長期應(yīng)力下(xia)的松弛行(xing)為。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明即(ji)使在初(chu)始快速變形(xing)后，熟制山(shan)藥仍保留了(le)顯著的彈性(xing)恢復(fù)能(neng)力。這些(xie)結(jié)果表明，WN 山(shan)藥在長期應(yīng)(ying)力下(xia)會發(fā)生明(ming)顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是(shi)，隨著waxiness屬性(xing)強度(du)的降低，這(zhe)一現(xiàn)(xian)象變得不那(na)么明顯(xian)。黏度(du)系數(shù) η1 和(he) η2 代表(biao)材料(liao)對變形的(de)阻力，每個阻(zu)尼器捕捉黏(nian)性行為(wei)的不(bu)同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增強(qiang)而增(zeng)加，導(dǎo)(dao)致初始變(bian)形更(geng)慢，表明材料(liao)的黏性阻力(li)更大。

參考文(wen)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。