近日，浙江(jiang)大學(xué)(xue)生物系(xi)統(tǒng)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)(xue)院研究(jiu)人員在國際食(shi)品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)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(lun)文。在該論文(wen)中，研究人(ren)員利用上(shang)海騰拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定(ding)山藥的應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評估(gu)及其潛在形成(cheng)機(jī)制的(de)研究仍然有限(xian)。在本研究中(zhong)，我們(men)通過整合感官(guan)評價(jià)和(he)儀器分析，建(jian)立了一種評估(gu)山藥waxiness的(de)綜合方法(fa)。通過將waxiness評估(gu)解構(gòu)為(wei)咀嚼和(he)吞咽階段，采用(yong)應(yīng)力松弛和(he)流變學(xué)(xue)測試來表(biao)征這些階段。系(xi)統(tǒng)地利用平衡(heng)模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)(shu)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等(deng)關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhǔn)確評(ping)估山藥的waxiness。我們(men)對waxiness形成(cheng)機(jī)制(zhi)的研究(jiu)表明(ming)，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這(zhe)些鏈(lian)整合(he)到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無(wu)定形區(qū)，從(cong)而改善了(le)凝膠的穩(wěn)定性(xing)、彈性和粘(zhan)度，最終增強(qiáng)了(le)山藥的waxiness。相反(fan)，短支鏈淀粉通(tong)過增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度(du)。

根據(jù)先(xian)前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器科(ke)技有限公司）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛(chi)測試。該(gai)測試(shi)測量(liang)了材料在恒(heng)定應(yīng)變下(xia)隨時(shí)間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過評(ping)估其粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一(yi)種評估(gu)固體山藥塊(kuai)莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑為(wei) 22 mm 的圓(yuan)柱體，并在(zai)過量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘(zhong)。待樣(yang)品冷(leng)卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行測(ce)量。使用 P36R 探頭測(ce)試山藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲取(qu)應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒定應(yīng)變(bian)下保(bao)持 120 秒以使(shi)應(yīng)力平衡。廣義(yi)麥克(ke)斯韋模型(xing)廣泛用于分析(xi)粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為。該模型由(you)多個(gè)(ge)與自由(you)彈簧并聯(lián)(lian)的麥克(ke)斯韋單元組(zu)成，其中每個(gè)麥(mai)克斯(si)韋單元由(you)一個(gè)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過程(cheng)中，完(wan)整樣(yang)品的壓縮區(qū)域(yu)在載荷(he)下會(huì)出現(xiàn)變(bian)化，這有助(zhu)于獲(huo)取力 - 時(shí)(shi)間曲線以分(fen)析應(yīng)(ying)力松弛行為。隨(sui)后，將松弛(chi)階段觀察到的(de)力 - 時(shí)間關(guān)系擬(ni)合至廣義麥克(ke)斯韋模(mo)型的修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平(ping)衡彈性(xing)模量，Ei 為理(li)想彈性元(yuan)件的彈性模量(liang)，n 為麥克(ke)斯韋(wei)單元的(de)數(shù)量，t 表(biao)示第(di) i 個(gè)麥克斯韋單(dan)元的弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰(shuai)減過程(cheng)的時(shí)間常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)測(ce)咀嚼時(shí)(shi)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克(ke)斯韋模(mo)型（圖 2）分析了(le)山藥的動(dòng)態(tài)應(yīng)(ying)力松(song)弛行為，該(gai)模型常用于表(biao)征粘彈性材料(liao)的應(yīng)力松弛(chi)特性。研究中采(cai)用單項(xiàng)(xiang)和兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型來確(que)定應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為，這兩(liang)種模(mo)型均可較好(hao)地描述(shu)熟制山藥的粘(zhan)彈性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)(jie)果顯(xian)示，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值(zhi)范圍為 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(xiàng)模(mo)型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能收(shou)斂。相比(bi)之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型的 R2 值更(geng)高，范圍(wei)為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表明，兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯(si)韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M合熟制(zhi)山藥的應(yīng)力(li)松弛行為。

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麥克斯韋(wei)模型的(de)擬合曲線(xian)如圖 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見表(biao) S7。E0 反映了材料(liao)在持續(xù)(xu)加載時(shí)(shi)的剛(gang)度或彈性(xing)響應(yīng)。在(zai)粘彈(dan)性材料中，E0 通(tong)常與材(cai)料的時(shí)間依(yi)賴性(xing)行為相(xiang)關(guān)。在所(suo)有測試的(de)山藥樣品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度(du)分布，從(cong) WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的 E0 值最(zui)高，表明其在(zai)長期應(yīng)(ying)力下的變形最(zui)小，剛度更大(da)。相比之下，WN 山(shan)藥的 E0 值zui低，表(biao)明該山(shan)藥品種(zhong)的松弛過程(cheng)更明顯，柔韌(ren)性更高且質(zhì)(zhi)地更柔軟。在(zai)麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個(gè)單元(yuan)由代(dai)表彈(dan)性模(mo)量（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且這些(xie)彈簧(huang)呈串聯(lián)排列。E1 和(he) E2 捕捉了不(bu)同時(shí)間尺度(du)下的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)力(li)和長期應(yīng)力下(xia)的松弛行(xing)為。值(zhi)得注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這(zhe)表明即(ji)使在初始快速(su)變形后(hou)，熟制山(shan)藥仍保留了顯(xian)著的彈性(xing)恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在(zai)長期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯的(de)塑性變(bian)形。有(you)趣的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一(yi)現(xiàn)象變得不(bu)那么明(ming)顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代(dai)表材料對變(bian)形的阻(zu)力，每個(gè)阻尼器(qi)捕捉黏性(xing)行為的不同方(fang)面。η1 隨著waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)(dao)致初始變(bian)形更慢(man)，表明材料的(de)黏性(xing)阻力更大。

參考(kao)文獻(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。