近日(ri)，浙江(jiang)大學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與(yu)食品科學(xué)學(xué)(xue)院研究人員(yuan)在國際食品期(qi)刊《Food Chemistry》(中科院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)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(wen)。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及(ji)其潛(qian)在形成(cheng)機(jī)制(zhi)的研究仍然(ran)有限。在(zai)本研究(jiu)中，我們(men)通過整合(he)感官評(píng)價(jià)和(he)儀器分(fen)析，建立了(le)一種評(píng)估山藥(yao)waxiness的綜合方(fang)法。通過將waxiness評(píng)(ping)估解構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽階(jie)段，采用應(yīng)力(li)松弛(chi)和流變學(xué)測試(shi)來表征這些(xie)階段。系統(tǒng)地利(li)用平衡模(mo)量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(píng)估山(shan)藥的waxiness。我(wo)們對(duì)waxiness形(xing)成機(jī)(ji)制的研究(jiu)表明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈(lian)整合到淀(dian)粉顆粒的結(jié)晶(jing)區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性(xing)和粘度，最終增(zeng)強(qiáng)了山(shan)藥的(de)waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉通過(guo)增加淀(dian)粉凝膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器科技(ji)有限公司）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(ce)試。該(gai)測試測量了材(cai)料在恒定應(yīng)變(bian)下隨(sui)時(shí)間的應(yīng)力(li)響應(yīng)，旨在通過(guo)評(píng)估其(qi)粘彈性質(zhì)，建立(li)一種評(píng)估固(gu)體山(shan)藥塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并(bing)在過量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘(zhong)。待樣品(pin)冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)行測(ce)量。使用(yong) P36R 探頭測試(shi)山藥的應(yīng)(ying)力松(song)弛，獲(huo)取應(yīng)(ying)力松弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)(ying)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(dan)性材料的應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。該模型由多個(gè)(ge)與自由彈(dan)簧并聯(lián)(lian)的麥克(ke)斯韋單元(yuan)組成，其中每(mei)個(gè)麥克斯韋單(dan)元由一(yi)個(gè)彈簧(huang)和一個(gè)(ge)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮過程中(zhong)，完整樣品的壓(ya)縮區(qū)域在載(zai)荷下會(huì)(hui)出現(xiàn)變化，這(zhe)有助(zhu)于獲取力(li) - 時(shí)間曲線以分(fen)析應(yīng)力松弛(chi)行為。隨后，將(jiang)松弛(chi)階段觀察到的(de)力 - 時(shí)間關(guān)(guan)系擬合至(zhi)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(shí)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性(xing)模量，Ei 為理(li)想彈性元件(jian)的彈性(xing)模量(liang)，n 為麥克(ke)斯韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示第(di) i 個(gè)麥(mai)克斯韋單元的(de)弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減過(guo)程的時(shí)(shi)間常(chang)數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏度。

為了預(yù)測咀(ju)嚼時(shí)的(de)waxiness，我們利用廣義(yi)麥克(ke)斯韋模(mo)型（圖 2）分析了山(shan)藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該(gai)模型(xing)常用于表征(zheng)粘彈性材料(liao)的應(yīng)(ying)力松弛特性。研(yan)究中采用單(dan)項(xiàng)和兩(liang)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(xing)均可較好(hao)地描述熟(shu)制山藥(yao)的粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示(shi)，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能(neng)收斂(lian)。相比之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋(wei)模型的 R2 值(zhi)更高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)(jie)果表明，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型能夠(gou)更準(zhǔn)確地?cái)M合(he)熟制山(shan)藥的應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。

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麥克(ke)斯韋模型的擬(ni)合曲線如圖(tu) 2a 所示。兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了材料(liao)在持續(xù)(xu)加載(zai)時(shí)的剛度(du)或彈性響應(yīng)(ying)。在粘彈性材料(liao)中，E0 通(tong)常與材料(liao)的時(shí)間(jian)依賴性行(xing)為相關(guān)(guan)。在所有測(ce)試的山藥(yao)樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度分(fen)布，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的(de) 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥(yao)的 E0 值(zhi)最高，表明其在(zai)長期應(yīng)力(li)下的變形(xing)最小，剛度更(geng)大。相比之下，WN 山(shan)藥的 E0 值z(mì)ui低，表(biao)明該山藥(yao)品種的松弛過(guo)程更(geng)明顯，柔韌性(xing)更高(gao)且質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模型(xing)中，每個(gè)單元(yuan)由代(dai)表彈性模(mo)量（Ei）的彈簧和代(dai)表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成，且這些(xie)彈簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了不(bu)同時(shí)間尺(chi)度下的彈(dan)性響應(yīng)，反映(ying)了材料在初始(shi)應(yīng)力和(he)長期(qi)應(yīng)力下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣(yang)品中，E2 高(gao)于 E1，這表明(ming)即使在初(chu)始快速變形后(hou)，熟制山(shan)藥仍保留(liu)了顯著的彈性(xing)恢復(fù)能力(li)。這些結(jié)(jie)果表明，WN 山藥(yao)在長期(qi)應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯的(de)塑性變形(xing)。有趣(qu)的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降低，這(zhe)一現(xiàn)象(xiang)變得不那(na)么明(ming)顯。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料(liao)對(duì)變形(xing)的阻(zu)力，每個(gè)阻(zu)尼器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為的不(bu)同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增(zeng)強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)致(zhi)初始(shi)變形更慢，表明(ming)材料的(de)黏性阻力更大(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。