近日，浙(zhe)江大(da)學(xué)生(sheng)物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)學(xué)(xue)院研究(jiu)人員在國(guó)(guo)際食品(pin)期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(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"的研(yan)究論文。在該論文中，研(yan)究人員(yuan)利用(yong)上海騰拔Universal TA國(guó)產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)定山(shan)藥的應(yīng)力松(song)弛行為。

關(guān)于waxiness評(píng)(ping)估及其潛(qian)在形成機(jī)(ji)制的研究仍(reng)然有限。在(zai)本研究中，我(wo)們通過(guò)整(zheng)合感官(guan)評(píng)價(jià)(jia)和儀器分(fen)析，建(jian)立了一(yi)種評(píng)估山藥waxiness的(de)綜合方法。通(tong)過(guò)將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用應(yīng)(ying)力松弛(chi)和流(liu)變學(xué)測(cè)試來(lái)表(biao)征這些(xie)階段。系統(tǒng)地利(li)用平衡模(mo)量（E0）、粘(zhan)度系(xi)數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損(sun)耗模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)估山藥(yao)的waxiness。我們對(duì)waxiness形(xing)成機(jī)制的研(yan)究表明，長(zhǎng)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無(wú)(wu)定形(xing)區(qū)，從而改善(shan)了凝(ning)膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和粘(zhan)度，最終增強(qiáng)(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉通過(guò)增(zeng)加淀(dian)粉凝(ning)膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)(zhi)構(gòu)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛測(cè)試(shi)。該測(cè)試測(cè)(ce)量了材料(liao)在恒(heng)定應(yīng)變(bian)下隨時(shí)(shi)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guò)評(píng)(ping)估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立(li)一種評(píng)估固(gu)體山藥塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣(yang)品加(jia)工成(cheng)高度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的(de)圓柱(zhu)體，并在(zai)過(guò)量純(chun)水中煮沸(fei) 35 分鐘。待樣品冷(leng)卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測(cè)量。使用 P36R 探頭(tou)測(cè)試山藥的應(yīng)(ying)力松(song)弛，獲取(qu)應(yīng)力(li)松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在恒定應(yīng)(ying)變下(xia)保持 120 秒(miao)以使應(yīng)(ying)力平衡(heng)。廣義麥克斯韋(wei)模型(xing)廣泛(fan)用于分析粘彈(dan)性材料的應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為(wei)。該模(mo)型由多(duo)個(gè)與自由(you)彈簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元組(zu)成，其(qi)中每個(gè)(ge)麥克斯韋單(dan)元由(you)一個(gè)彈(dan)簧和(he)一個(gè)(ge)阻尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓(ya)縮過(guò)程中，完(wan)整樣(yang)品的壓縮(suo)區(qū)域在載(zai)荷下會(huì)出現(xiàn)(xian)變化(hua)，這有助于獲(huo)取力 - 時(shí)間曲(qu)線以(yi)分析應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。隨后，將松(song)弛階段(duan)觀察(cha)到的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合至(zhi)廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型的(de)修正版本(ben)（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的(de)應(yīng)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表示(shi)平衡(heng)彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理(li)想彈性元件的(de)彈性模(mo)量，n 為麥克斯韋(wei)單元的數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(gè)麥(mai)克斯韋單元的(de)弛豫時(shí)間，Ti 為(wei)各衰(shuai)減過(guò)(guo)程的時(shí)間常(chang)數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度(du)。

為了(le)預(yù)測(cè)咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克斯韋模(mo)型（圖 2）分析(xi)了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該(gai)模型常用(yong)于表征粘(zhan)彈性材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛特性(xing)。研究中(zhong)采用(yong)單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型來(lái)(lai)確定(ding)應(yīng)力松弛行(xing)為，這兩(liang)種模型(xing)均可較(jiao)好地描述(shu)熟制山(shan)藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示，單(dan)項(xiàng)模型的 R2 值(zhi)范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)(xiang)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收斂(lian)。相比之下(xia)，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型的(de) R2 值更高，范圍(wei)為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低(di)（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)(xiang)麥克(ke)斯韋模型(xing)能夠更(geng)準(zhǔn)確地?cái)M合熟(shu)制山(shan)藥的應(yīng)力松(song)弛行為。

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麥克(ke)斯韋模型(xing)的擬合曲線(xian)如圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模(mo)型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jiàn)(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在持(chi)續(xù)加載時(shí)(shi)的剛度或彈性(xing)響應(yīng)。在粘彈性(xing)材料中，E0 通常(chang)與材料的時(shí)(shi)間依賴性行(xing)為相關(guān)。在(zai)所有(you)測(cè)試的山(shan)藥樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度分布(bu)，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表(biao)明其在長(zhǎng)期應(yīng)(ying)力下的(de)變形最小，剛度(du)更大。相比之(zhi)下，WN 山藥的(de) E0 值z(mì)ui低(di)，表明該(gai)山藥品種(zhong)的松(song)弛過(guò)程(cheng)更明顯(xian)，柔韌性更高且(qie)質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模型中，每(mei)個(gè)單元(yuan)由代表彈(dan)性模量(liang)（Ei）的彈(dan)簧和代表黏度(du)系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成(cheng)，且這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)間(jian)尺度下(xia)的彈性響(xiang)應(yīng)，反(fan)映了材料在(zai)初始(shi)應(yīng)力(li)和長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的松弛(chi)行為(wei)。值得注意的(de)是，在waxinesszui強(qiáng)的(de) WN 樣品中，E2 高于(yu) E1，這表明即使(shi)在初始快(kuai)速變形后，熟制(zhi)山藥(yao)仍保留了(le)顯著的彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下會(huì)(hui)發(fā)生(sheng)明顯的塑(su)性變(bian)形。有趣的是(shi)，隨著(zhe)waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降低，這一(yi)現(xiàn)象(xiang)變得不那(na)么明(ming)顯。黏(nian)度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材(cai)料對(duì)變形的阻(zu)力，每(mei)個(gè)阻尼器捕捉(zhuo)黏性行為(wei)的不同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)致初(chu)始變形(xing)更慢，表(biao)明材料的黏性(xing)阻力更大(da)。

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。