近日(ri)，浙江(jiang)大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guo)際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)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(yan)究論文(wen)。在該(gai)論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定山藥的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。

關(guān)于(yu)waxiness評(píng)估(gu)及其(qi)潛在形成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)仍然有限。在本(ben)研究(jiu)中，我們(men)通過整合感(gan)官評(píng)價(jià)(jia)和儀器分析，建(jian)立了一(yi)種評(píng)估(gu)山藥waxiness的綜合方(fang)法。通過將waxiness評(píng)(ping)估解構(gòu)(gou)為咀嚼和(he)吞咽(yan)階段(duan)，采用(yong)應(yīng)力松(song)弛和流變學(xué)測(cè)(ce)試來表(biao)征這(zhe)些階段。系(xi)統(tǒng)地(di)利用(yong)平衡模量(liang)（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參(can)數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確(que)評(píng)估山藥(yao)的waxiness。我們對(duì)waxiness形(xing)成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)表明，長(zhǎng)淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)(qiang)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈(lian)整合(he)到淀(dian)粉顆粒的結(jié)(jie)晶區(qū)和無(wu)定形區(qū)(qu)，從而改善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性(xing)和粘度(du)，最終增強(qiáng)了山(shan)藥的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀(dian)粉通過增(zeng)加淀粉(fen)凝膠(jiao)的 E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先(xian)前的研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有(you)限公司）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(cè)試。該測(cè)(ce)試測(cè)量了材(cai)料在恒(heng)定應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在(zai)通過評(píng)估其(qi)粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一(yi)種評(píng)估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣品加(jia)工成高度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體，并(bing)在過量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘(zhong)。待樣(yang)品冷卻至 40°C 時(shí)(shi)進(jìn)行測(cè)量。使(shi)用 P36R 探頭測(cè)(ce)試山藥的應(yīng)(ying)力松弛，獲取應(yīng)(ying)力松(song)弛數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速(su)度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)(ying)變下(xia)保持 120 秒以使(shi)應(yīng)力平(ping)衡。廣義(yi)麥克斯(si)韋模型廣泛(fan)用于(yu)分析(xi)粘彈(dan)性材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛行為。該(gai)模型由多個(gè)(ge)與自由彈(dan)簧并聯(lián)(lian)的麥(mai)克斯韋單元(yuan)組成，其中(zhong)每個(gè)麥(mai)克斯韋單元由(you)一個(gè)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮過(guo)程中，完整樣(yang)品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下會(huì)(hui)出現(xiàn)變(bian)化，這(zhe)有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時(shí)(shi)間曲線以分(fen)析應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。隨(sui)后，將松弛(chi)階段觀察(cha)到的(de)力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬(ni)合至廣義麥(mai)克斯韋模(mo)型的修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定時(shí)間的(de)應(yīng)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈(dan)性模量，Ei 為(wei)理想彈性元件(jian)的彈性模量，n 為(wei)麥克(ke)斯韋單元的(de)數(shù)量，t 表示第 i 個(gè)(ge)麥克斯韋單(dan)元的弛(chi)豫時(shí)間，Ti 為(wei)各衰減(jian)過程的時(shí)間(jian)常數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)的(de)waxiness，我們(men)利用廣義(yi)麥克斯(si)韋模型(xing)（圖 2）分析了山藥(yao)的動(dòng)(dong)態(tài)應(yīng)力(li)松弛行為，該(gai)模型常用于(yu)表征粘(zhan)彈性材料的應(yīng)(ying)力松弛特性。研(yan)究中(zhong)采用(yong)單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型(xing)來確(que)定應(yīng)力松(song)弛行為，這(zhe)兩種模型均可(ke)較好地描(miao)述熟(shu)制山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)(ju)擬合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差(cha)偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中未能(neng)收斂(lian)。相比之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型(xing)的 R2 值更高(gao)，范圍(wei)為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更(geng)低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型能(neng)夠更準(zhǔn)確地(di)擬合熟(shu)制山(shan)藥的(de)應(yīng)力松弛行為(wei)。

? ??

麥克斯韋(wei)模型的擬(ni)合曲線如(ru)圖 2a 所示。兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了材料在(zai)持續(xù)(xu)加載時(shí)的(de)剛度(du)或彈性響(xiang)應(yīng)。在粘彈(dan)性材(cai)料中，E0 通(tong)常與材料的(de)時(shí)間依賴(lai)性行為相(xiang)關(guān)。在所有測(cè)(ce)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(dao) XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥(yao)的 E0 值最高(gao)，表明(ming)其在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力(li)下的變形最小(xiao)，剛度更大。相(xiang)比之下，WN 山(shan)藥的(de) E0 值z(mì)ui低，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過(guo)程更明顯(xian)，柔韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地(di)更柔軟。在(zai)麥克斯(si)韋模型(xing)中，每個(gè)(ge)單元由代表彈(dan)性模(mo)量（Ei）的彈簧和代(dai)表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組成(cheng)，且這些(xie)彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕捉了(le)不同時(shí)間尺(chi)度下的(de)彈性響(xiang)應(yīng)，反映了材(cai)料在(zai)初始應(yīng)(ying)力和長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的松弛(chi)行為(wei)。值得注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這表明(ming)即使(shi)在初始快(kuai)速變形(xing)后，熟制山藥(yao)仍保留了顯著(zhu)的彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些(xie)結(jié)果(guo)表明，WN 山藥(yao)在長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下會(huì)發(fā)(fa)生明顯的塑性(xing)變形。有趣(qu)的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的(de)降低，這一(yi)現(xiàn)象變得不(bu)那么明顯(xian)。黏度(du)系數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料對(duì)變形的(de)阻力，每個(gè)阻(zu)尼器(qi)捕捉(zhuo)黏性行(xing)為的不(bu)同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)(dao)致初始變(bian)形更慢，表明(ming)材料的黏性(xing)阻力(li)更大(da)。

參考文獻(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。