近日，浙江大學(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與食(shi)品科學(xue)學院研究人(ren)員在國際(ji)食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)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(wen)中，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔Universal TA國產(chan)質構儀用于測(ce)定山藥的應(ying)力松(song)弛行為(wei)。

關于waxiness評估(gu)及其潛(qian)在形成機(ji)制的研究仍(reng)然有(you)限。在本(ben)研究中，我們(men)通過整(zheng)合感官評價(jia)和儀器分析(xi)，建立了一種(zhong)評估山藥waxiness的綜(zong)合方法(fa)。通過將(jiang)waxiness評估解構為(wei)咀嚼和(he)吞咽(yan)階段，采(cai)用應力松(song)弛和流變學(xue)測試來表(biao)征這(zhe)些階段(duan)。系統(tǒng)(tong)地利用平衡(heng)模量（E0）、粘度系(xi)數（η1）、稠(chou)度系數（K*）和損(sun)耗模量（G''）等(deng)關鍵(jian)參數，以(yi)準確評(ping)估山(shan)藥的waxiness。我們對waxiness形(xing)成機制(zhi)的研究(jiu)表明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強了(le)結構穩(wěn)定(ding)性，導致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些(xie)鏈整合(he)到淀粉顆(ke)粒的結晶區(qū)和(he)無定形區(qū)，從而(er)改善了凝膠(jiao)的穩(wěn)(wen)定性、彈性和(he)粘度(du)，最終增強(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相(xiang)反，短支鏈(lian)淀粉通過(guo)增加淀粉凝(ning)膠的 E0 降低了(le)waxiness強度。

根據先前(qian)的研究，使用質(zhi)構分析(xi)儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器(qi)科技有限公(gong)司）進行(xing)應力松(song)弛測試。該(gai)測試(shi)測量了(le)材料(liao)在恒定(ding)應變(bian)下隨時間(jian)的應力響(xiang)應，旨在通過評(ping)估其(qi)粘彈性(xing)質，建(jian)立一(yi)種評估固體山(shan)藥塊(kuai)莖waxiness的方(fang)法。將山藥(yao)樣品加工成高(gao)度為(wei) 15mm、直徑為(wei) 22 mm 的圓柱體(ti)，并在(zai)過量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷卻(que)至 40°C 時進(jin)行測量(liang)。使用 P36R 探頭測(ce)試山藥的應力(li)松弛(chi)，獲取應力(li)松弛(chi)數據。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(ying)變下保持(chi) 120 秒以使應(ying)力平衡。廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型廣(guang)泛用于分(fen)析粘(zhan)彈性材料的應(ying)力松(song)弛行為。該(gai)模型由多個與(yu)自由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克斯韋(wei)單元(yuan)組成，其中每個(ge)麥克斯韋單(dan)元由一個彈(dan)簧和一個(ge)阻尼器串(chuan)聯(lián)構成(cheng)。壓縮過程中，完(wan)整樣(yang)品的壓縮(suo)區(qū)域在(zai)載荷下(xia)會出(chu)現變化，這有(you)助于獲取(qu)力 - 時間曲線(xian)以分析應(ying)力松(song)弛行為。隨后，將(jiang)松弛階段觀察(cha)到的力(li) - 時間(jian)關系擬(ni)合至廣義麥克(ke)斯韋模型的修(xiu)正版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定時間的應(ying)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(ying)變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性(xing)模量，Ei 為理想彈(dan)性元件的彈性(xing)模量，n 為(wei)麥克斯(si)韋單元(yuan)的數量，t 表(biao)示第 i 個麥克(ke)斯韋單(dan)元的弛豫(yu)時間，Ti 為各衰減(jian)過程的(de)時間常(chang)數，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度。

為了預測咀嚼(jue)時的waxiness，我們利用廣(guang)義麥克斯韋模(mo)型（圖 2）分析了(le)山藥(yao)的動(dong)態(tài)應力(li)松弛(chi)行為，該模型常(chang)用于表征(zheng)粘彈(dan)性材料的應力(li)松弛特(te)性。研究中采用(yong)單項和(he)兩項麥克(ke)斯韋模型來確(que)定應力松弛行(xing)為，這兩(liang)種模型(xing)均可較(jiao)好地描述熟(shu)制山藥的(de)粘彈性質。數(shu)據擬合結果(guo)顯示，單項模(mo)型的 R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能收(shou)斂。相比之下，兩(liang)項麥克斯(si)韋模(mo)型的 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)結果表明，兩(liang)項麥克斯(si)韋模型能夠更(geng)準確地擬(ni)合熟(shu)制山藥的應(ying)力松弛(chi)行為。

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麥克斯(si)韋模(mo)型的擬合曲線(xian)如圖(tu) 2a 所示。兩項麥(mai)克斯韋模(mo)型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數見(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在持續(xù)加載(zai)時的(de)剛度或彈性響(xiang)應。在粘彈性(xing)材料(liao)中，E0 通常(chang)與材料的(de)時間依(yi)賴性行(xing)為相關。在所有(you)測試的(de)山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xian)梯度分(fen)布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的(de) E0 值最高，表(biao)明其在長期應(ying)力下的變(bian)形最小，剛度(du)更大(da)。相比之(zhi)下，WN 山藥的 E0 值zui低(di)，表明(ming)該山藥品種的(de)松弛過(guo)程更明(ming)顯，柔韌(ren)性更高且質地(di)更柔軟。在麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個單元由代(dai)表彈性(xing)模量（Ei）的彈簧(huang)和代表黏(nian)度系數（ηi）的阻(zu)尼器組成(cheng)，且這些(xie)彈簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和(he) E2 捕捉了不同(tong)時間尺度下(xia)的彈性響應，反(fan)映了材(cai)料在初始應(ying)力和長期應力(li)下的松弛行為(wei)。值得注(zhu)意的是(shi)，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表(biao)明即使(shi)在初始(shi)快速變形后，熟(shu)制山藥仍(reng)保留(liu)了顯著(zhu)的彈(dan)性恢復(fu)能力。這些結果(guo)表明，WN 山藥(yao)在長期應(ying)力下(xia)會發(fā)生明顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是，隨著waxiness屬性(xing)強度的降(jiang)低，這一(yi)現象變得不那(na)么明顯。黏度(du)系數 η1 和 η2 代表材(cai)料對變形的阻(zu)力，每個阻(zu)尼器(qi)捕捉黏性行為(wei)的不(bu)同方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強而(er)增加，導致(zhi)初始(shi)變形更(geng)慢，表明材(cai)料的黏性阻力(li)更大。

參考文獻：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。