近日(ri)，浙江大(da)學(xué)生(sheng)物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)(xue)學(xué)院研究人(ren)員在國(guó)(guo)際食品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題為(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(lun)文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA國(guó)(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定山(shan)藥的應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。

關(guān)于waxiness評(píng)估及其(qi)潛在形成(cheng)機(jī)制的研究仍(reng)然有限。在本(ben)研究中，我們通(tong)過整合(he)感官評(píng)價(jià)(jia)和儀器分析，建(jian)立了(le)一種評(píng)估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方法(fa)。通過將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)(gou)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用應(yīng)力松(song)弛和流變學(xué)(xue)測(cè)試來表(biao)征這些階段(duan)。系統(tǒng)(tong)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)估山藥的(de)waxiness。我們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)制的(de)研究表明，長(zhǎng)淀(dian)粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增(zeng)加。這些(xie)鏈整(zheng)合到淀粉顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和(he)無定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝膠的(de)穩(wěn)定性(xing)、彈性和粘度(du)，最終增強(qiáng)了(le)山藥(yao)的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀(dian)粉通過增加(jia)淀粉凝(ning)膠的(de) E0 降低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用質(zhì)(zhi)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科技有(you)限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(cè)試。該測(cè)(ce)試測(cè)(ce)量了材料(liao)在恒定應(yīng)變(bian)下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在(zai)通過(guo)評(píng)估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立一(yi)種評(píng)估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥(yao)樣品加工(gong)成高(gao)度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓柱體(ti)，并在過量純(chun)水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)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)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在(zai)恒定(ding)應(yīng)變下保(bao)持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平衡(heng)。廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)廣泛用(yong)于分析粘彈性(xing)材料的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。該模型(xing)由多(duo)個(gè)與(yu)自由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克斯韋(wei)單元組成，其中(zhong)每個(gè)麥(mai)克斯韋單(dan)元由一個(gè)彈(dan)簧和一(yi)個(gè)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓(ya)縮過程中(zhong)，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)(qu)域在載(zai)荷下會(huì)出現(xiàn)(xian)變化，這有(you)助于獲取力(li) - 時(shí)間曲(qu)線以分(fen)析應(yīng)力松弛(chi)行為。隨后，將松(song)弛階(jie)段觀察到(dao)的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬(ni)合至廣義(yi)麥克斯韋模(mo)型的(de)修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定時(shí)間(jian)的應(yīng)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性模量(liang)，Ei 為理(li)想彈性元件(jian)的彈性模(mo)量，n 為麥(mai)克斯韋單(dan)元的(de)數(shù)量，t 表示第 i 個(gè)(ge)麥克斯(si)韋單(dan)元的(de)弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減(jian)過程的時(shí)(shi)間常數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們(men)利用廣義(yi)麥克斯(si)韋模型（圖(tu) 2）分析(xi)了山藥(yao)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力(li)松弛行為，該(gai)模型常用于表(biao)征粘彈(dan)性材料的(de)應(yīng)力(li)松弛特性。研(yan)究中(zhong)采用單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型來確定(ding)應(yīng)力松弛行為(wei)，這兩種(zhong)模型均(jun)可較好地(di)描述(shu)熟制(zhi)山藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiàng)模(mo)型的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而(er)，單項(xiàng)模(mo)型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中未能收(shou)斂。相比之下(xia)，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)的 R2 值更高(gao)，范圍為 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果(guo)表明，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋(wei)模型能夠(gou)更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M(ni)合熟(shu)制山藥的應(yīng)力(li)松弛行為。

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麥克斯(si)韋模型的擬合(he)曲線如(ru)圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材(cai)料在持(chi)續(xù)加載時(shí)(shi)的剛度或(huo)彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料(liao)中，E0 通常與材料(liao)的時(shí)間依賴性(xing)行為(wei)相關(guān)。在所有測(cè)(ce)試的(de)山藥樣(yang)品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，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(de) E0 值最高，表明其(qi)在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力下的(de)變形最小，剛度(du)更大。相比之下(xia)，WN 山藥(yao)的 E0 值z(mì)ui低，表明該(gai)山藥品種(zhong)的松弛過(guo)程更(geng)明顯，柔韌性更(geng)高且質(zhì)地更(geng)柔軟。在(zai)麥克斯韋模型(xing)中，每個(gè)單元由(you)代表彈性(xing)模量（Ei）的彈簧(huang)和代(dai)表黏度系(xi)數(shù)（ηi）的阻尼器組(zu)成，且這(zhe)些彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同(tong)時(shí)間尺(chi)度下的(de)彈性響應(yīng)(ying)，反映了材(cai)料在初(chu)始應(yīng)力(li)和長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下的松弛(chi)行為。值得(de)注意(yi)的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這表(biao)明即使在初(chu)始快速變(bian)形后(hou)，熟制山藥仍(reng)保留了顯著的(de)彈性(xing)恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果(guo)表明(ming)，WN 山藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)(ying)力下會(huì)發(fā)(fa)生明顯的塑(su)性變形(xing)。有趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一(yi)現(xiàn)象變得(de)不那(na)么明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代(dai)表材料對(duì)變形(xing)的阻力，每個(gè)(ge)阻尼(ni)器捕捉黏性(xing)行為(wei)的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增(zeng)強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)(dao)致初始變形(xing)更慢(man)，表明材料(liao)的黏性(xing)阻力更大。

參考文獻(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。