近日，浙江大(da)學生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科學學院(yuan)研究人(ren)員在(zai)國際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)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)。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA國產質(zhi)構儀用(yong)于測定山(shan)藥的(de)應力松弛行為(wei)。

關于waxiness評估(gu)及其潛(qian)在形成(cheng)機制的研究(jiu)仍然有限。在本(ben)研究中，我(wo)們通過整合感(gan)官評價和儀(yi)器分析，建立(li)了一種評估(gu)山藥waxiness的(de)綜合(he)方法。通過(guo)將waxiness評估解構為(wei)咀嚼(jue)和吞(tun)咽階段，采(cai)用應力松弛和(he)流變學測試(shi)來表征這些階(jie)段。系(xi)統(tǒng)地(di)利用平衡(heng)模量（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和(he)損耗(hao)模量（G''）等關(guan)鍵參數(shù)，以(yi)準確評估(gu)山藥的waxiness。我(wo)們對waxiness形(xing)成機制的(de)研究表明，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強了結構(gou)穩(wěn)定(ding)性，導致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的結晶(jing)區(qū)和(he)無定形(xing)區(qū)，從而(er)改善了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈性和(he)粘度，最(zui)終增強(qiang)了山藥的waxiness。相(xiang)反，短(duan)支鏈淀粉(fen)通過增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低(di)了waxiness強(qiang)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質構分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技(ji)有限公司）進行應力(li)松弛測試(shi)。該測試測量了(le)材料在恒定(ding)應變下(xia)隨時間的應(ying)力響應，旨在(zai)通過評估其(qi)粘彈性質，建(jian)立一種評估(gu)固體山(shan)藥塊(kuai)莖waxiness的方法。將(jiang)山藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在過(guo)量純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shi)進行測量。使用(yong) P36R 探頭測(ce)試山藥(yao)的應力(li)松弛(chi)，獲取應力松(song)弛數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度(du)壓縮樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定應變(bian)下保持 120 秒(miao)以使應力平衡(heng)。廣義麥克(ke)斯韋模型廣泛(fan)用于分析(xi)粘彈性材料(liao)的應力松弛行(xing)為。該(gai)模型由多個與(yu)自由(you)彈簧并聯(lián)的(de)麥克斯韋單元(yuan)組成，其中每(mei)個麥克斯(si)韋單元由一(yi)個彈簧和一(yi)個阻尼器串(chuan)聯(lián)構成。壓(ya)縮過程中，完整(zheng)樣品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下會(hui)出現(xiàn)變(bian)化，這(zhe)有助于獲(huo)取力 - 時間(jian)曲線(xian)以分(fen)析應力(li)松弛行(xing)為。隨后，將(jiang)松弛階段(duan)觀察到的力 - 時(shi)間關(guan)系擬合至廣義(yi)麥克(ke)斯韋模型的(de)修正版本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shi)間的應力(li)（Pa），D0 為恒定應變(bian)（mm），E0 表示平(ping)衡彈性模量(liang)，Ei 為理想彈性(xing)元件的彈(dan)性模量，n 為麥克(ke)斯韋單(dan)元的數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個麥(mai)克斯韋單元的(de)弛豫(yu)時間(jian)，Ti 為各(ge)衰減過程的(de)時間常數(shù)，ηi 為(wei)元件(jian) i 的黏度。

為了預測咀(ju)嚼時的waxiness，我們利用廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型（圖(tu) 2）分析(xi)了山(shan)藥的動態(tài)應力(li)松弛(chi)行為，該模型常(chang)用于(yu)表征粘彈性(xing)材料的(de)應力松弛特性(xing)。研究中采用單(dan)項和兩項麥克(ke)斯韋模(mo)型來確(que)定應力松(song)弛行為，這兩種(zhong)模型(xing)均可(ke)較好地描(miao)述熟制山藥(yao)的粘彈(dan)性質。數(shù)(shu)據(jù)擬合結果(guo)顯示，單(dan)項模型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中(zhong)未能收斂。相(xiang)比之下，兩(liang)項麥克斯韋(wei)模型的 R2 值(zhi)更高，范(fan)圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結果表明，兩項(xiang)麥克斯韋(wei)模型能夠(gou)更準確地擬合(he)熟制山(shan)藥的應力(li)松弛(chi)行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬(ni)合曲線如圖(tu) 2a 所示。兩項麥(mai)克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表(biao) S7。E0 反映(ying)了材料在(zai)持續(xù)加(jia)載時的(de)剛度或(huo)彈性響應。在(zai)粘彈(dan)性材料中，E0 通常(chang)與材料的(de)時間依賴性(xing)行為相關。在所(suo)有測試(shi)的山藥樣(yang)品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯度(du)分布，從 WN 樣(yang)品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的 E0 值(zhi)最高，表(biao)明其(qi)在長期應力(li)下的(de)變形最(zui)小，剛度(du)更大。相比(bi)之下，WN 山藥的(de) E0 值zui低，表(biao)明該山(shan)藥品種(zhong)的松弛過程(cheng)更明(ming)顯，柔韌性更(geng)高且質地更柔(rou)軟。在麥克斯韋(wei)模型中，每(mei)個單元由代(dai)表彈性(xing)模量(liang)（Ei）的彈簧和代(dai)表黏(nian)度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組(zu)成，且這(zhe)些彈簧呈串(chuan)聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕捉了不(bu)同時(shi)間尺度下的(de)彈性響應(ying)，反映(ying)了材料(liao)在初始(shi)應力(li)和長期應(ying)力下的松弛(chi)行為。值得(de)注意的是，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于(yu) E1，這表明即使在(zai)初始快速(su)變形后，熟制(zhi)山藥仍保(bao)留了顯著的(de)彈性恢復(fu)能力。這些結果(guo)表明(ming)，WN 山藥在(zai)長期應(ying)力下會發(fā)生明(ming)顯的塑性(xing)變形。有趣的(de)是，隨著(zhe)waxiness屬性(xing)強度(du)的降低(di)，這一現(xiàn)(xian)象變(bian)得不(bu)那么明顯(xian)。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(dui)變形的阻(zu)力，每個阻尼器(qi)捕捉黏性行為(wei)的不同(tong)方面。η1 隨著waxiness屬性的增強而(er)增加(jia)，導致初始(shi)變形更慢，表(biao)明材料的黏性(xing)阻力更大。

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。