近日，浙江大學(xué)(xue)生物系(xi)統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品科學(xué)(xue)學(xué)院研究(jiu)人員在國(guo)際食品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)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(lun)文。在該(gai)論文中，研究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)定山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及其(qi)潛在形成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)仍然有限。在(zai)本研究中(zhong)，我們通過(guo)整合感官評(píng)(ping)價(jià)和儀器分(fen)析，建(jian)立了一種(zhong)評(píng)估山藥waxiness的綜(zong)合方法。通(tong)過將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階(jie)段，采用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)(xue)測(cè)試來表征(zheng)這些階段。系統(tǒng)(tong)地利用平(ping)衡模(mo)量（E0）、粘度系數(shù)(shu)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和(he)損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確評(píng)估(gu)山藥的(de)waxiness。我們對(duì)waxiness形成機(jī)(ji)制的研(yan)究表明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整合(he)到淀粉(fen)顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和(he)無定形區(qū)(qu)，從而改(gai)善了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘(zhan)度，最終增(zeng)強(qiáng)了(le)山藥的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉通過(guo)增加淀粉凝(ning)膠的 E0 降低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前(qian)的研究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測(cè)(ce)試。該(gai)測(cè)試測(cè)量了(le)材料在恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在通過(guo)評(píng)估其粘彈性(xing)質(zhì)，建(jian)立一種(zhong)評(píng)估固(gu)體山(shan)藥塊莖waxiness的方法。將山(shan)藥樣(yang)品加(jia)工成高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱體(ti)，并在過量(liang)純水(shui)中煮沸 35 分(fen)鐘。待樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測(cè)量。使用 P36R 探(tan)頭測(cè)試山藥的(de)應(yīng)力松弛(chi)，獲取(qu)應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)(ju)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在(zai)恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)(ying)力平衡。廣義麥(mai)克斯韋模型廣(guang)泛用于分析(xi)粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松(song)弛行為。該模(mo)型由多個(gè)與自(zi)由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克斯(si)韋單(dan)元組(zu)成，其中(zhong)每個(gè)麥克斯韋(wei)單元由一個(gè)彈(dan)簧和一個(gè)(ge)阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成。壓縮(suo)過程中，完整(zheng)樣品的壓縮(suo)區(qū)域在(zai)載荷下會(huì)出(chu)現(xiàn)變化，這有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時(shí)間曲線以(yi)分析應(yīng)力松弛(chi)行為。隨后，將松(song)弛階段觀(guan)察到(dao)的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬(ni)合至(zhi)廣義麥克斯(si)韋模型的(de)修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力（Pa），D0 為(wei)恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈性(xing)模量，Ei 為(wei)理想彈性元(yuan)件的彈(dan)性模量，n 為麥(mai)克斯韋單元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(gè)麥克(ke)斯韋單元的弛(chi)豫時(shí)間(jian)，Ti 為各衰(shuai)減過程的時(shí)間(jian)常數(shù)，ηi 為元件(jian) i 的黏度。

為了預(yù)測(cè)咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們利用(yong)廣義麥克斯韋(wei)模型（圖(tu) 2）分析了山(shan)藥的動(dòng)(dong)態(tài)應(yīng)力松弛行(xing)為，該模型常用(yong)于表征粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)力(li)松弛特性(xing)。研究中采(cai)用單項(xiàng)(xiang)和兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋模(mo)型來確定應(yīng)力(li)松弛(chi)行為，這兩種模(mo)型均可(ke)較好地描(miao)述熟制山(shan)藥的粘彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiàng)模(mo)型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差(cha)（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)中未能收斂。相(xiang)比之(zhi)下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模(mo)型的 R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯(si)韋模(mo)型能夠更(geng)準(zhǔn)確(que)地?cái)M(ni)合熟制山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為。

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麥克斯韋(wei)模型的擬合曲(qu)線如圖(tu) 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表(biao) S7。E0 反映了材料(liao)在持續(xù)加載時(shí)(shi)的剛度(du)或彈性響應(yīng)(ying)。在粘彈性材料(liao)中，E0 通常(chang)與材料的(de)時(shí)間依賴性(xing)行為相關(guān)(guan)。在所有(you)測(cè)試的山藥樣(yang)品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度(du)分布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的(de) E0 值最高，表明其(qi)在長(zhang)期應(yīng)(ying)力下的變形(xing)最小(xiao)，剛度更大(da)。相比之(zhi)下，WN 山藥的(de) E0 值z(mì)ui低，表明該山(shan)藥品種的(de)松弛過程(cheng)更明顯，柔韌性(xing)更高且質(zhì)地(di)更柔軟。在(zai)麥克(ke)斯韋模型中，每(mei)個(gè)單元由(you)代表彈性模(mo)量（Ei）的彈簧和(he)代表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼(ni)器組(zu)成，且這些彈簧(huang)呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和(he) E2 捕捉了(le)不同(tong)時(shí)間尺(chi)度下的彈性(xing)響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下的松(song)弛行為。值得(de)注意(yi)的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這(zhe)表明即使在(zai)初始快速變形(xing)后，熟制山藥仍(reng)保留(liu)了顯(xian)著的彈性恢復(fù)(fu)能力。這些結(jié)(jie)果表明，WN 山藥(yao)在長期應(yīng)(ying)力下會(huì)(hui)發(fā)生明(ming)顯的塑性變(bian)形。有趣(qu)的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不那么明(ming)顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(duì)變(bian)形的(de)阻力(li)，每個(gè)阻尼器捕(bu)捉黏性(xing)行為(wei)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(chu)始變形更(geng)慢，表明材料(liao)的黏性(xing)阻力(li)更大。

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。