近日，浙江(jiang)大學生物系(xi)統(tǒng)工程與(yu)食品科學(xue)學院研究人(ren)員在國際(ji)食品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)表了(le)題為(wei)"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論文。在該論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定山藥的(de)應力松弛(chi)行為。

關于waxiness評估及其(qi)潛在形(xing)成機制的研(yan)究仍然(ran)有限。在(zai)本研究中，我們(men)通過(guo)整合(he)感官評價和(he)儀器分析，建立(li)了一種評估(gu)山藥waxiness的綜(zong)合方法。通(tong)過將waxiness評(ping)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階段，采用(yong)應力松(song)弛和(he)流變學測(ce)試來(lai)表征這些階段(duan)。系統(tǒng)(tong)地利用平衡(heng)模量（E0）、粘度系數(shù)(shu)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等關(guan)鍵參(can)數(shù)，以準確評估(gu)山藥的waxiness。我們(men)對waxiness形成機(ji)制的(de)研究表明(ming)，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiang)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導致 η1 和(he) G'' 增加。這(zhe)些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒(li)的結(jié)(jie)晶區(qū)和(he)無定形區(qū)(qu)，從而改善了凝(ning)膠的穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘度，最(zui)終增(zeng)強了山(shan)藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈(lian)淀粉通過(guo)增加淀粉(fen)凝膠的 E0 降低(di)了waxiness強度。

根據(jù)先前的(de)研究，使用質(zhì)(zhi)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有(you)限公司）進行(xing)應力松弛測試(shi)。該測試測量了(le)材料在恒定(ding)應變(bian)下隨時間的(de)應力響(xiang)應，旨在通過評(ping)估其(qi)粘彈性質(zhì)，建(jian)立一(yi)種評估固體山(shan)藥塊(kuai)莖waxiness的方法(fa)。將山藥(yao)樣品加(jia)工成高度為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過(guo)量純水中(zhong)煮沸 35 分(fen)鐘。待(dai)樣品冷卻至(zhi) 40°C 時進行測量。使(shi)用 P36R 探頭(tou)測試山藥的應(ying)力松(song)弛，獲(huo)取應力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探(tan)頭以 1 mm/s 的(de)速度壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應變(bian)下保持 120 秒以(yi)使應力平衡(heng)。廣義麥克斯(si)韋模型廣(guang)泛用于分析粘(zhan)彈性材料的應(ying)力松(song)弛行為(wei)。該模型由多個(ge)與自由(you)彈簧并(bing)聯(lián)的麥克斯韋(wei)單元組成，其(qi)中每個麥克(ke)斯韋單(dan)元由(you)一個(ge)彈簧和一個(ge)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過程中，完(wan)整樣品的壓(ya)縮區(qū)域在載(zai)荷下會出(chu)現(xiàn)變(bian)化，這有助(zhu)于獲取力 - 時(shi)間曲線以分析(xi)應力松(song)弛行為。隨后，將(jiang)松弛階段(duan)觀察到的(de)力 - 時間關系擬(ni)合至廣(guang)義麥克斯(si)韋模型(xing)的修(xiu)正版(ban)本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時間的應(ying)力（Pa），D0 為恒定(ding)應變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性模量，Ei 為(wei)理想彈性元件(jian)的彈(dan)性模量，n 為麥(mai)克斯韋單元的(de)數(shù)量，t 表(biao)示第(di) i 個麥克斯韋單(dan)元的弛豫(yu)時間，Ti 為各衰減(jian)過程的時間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預測咀嚼(jue)時的waxiness，我們利用(yong)廣義麥克斯韋(wei)模型(xing)（圖 2）分析(xi)了山藥的動態(tài)(tai)應力松弛行(xing)為，該模型(xing)常用于(yu)表征粘彈性材(cai)料的應力(li)松弛特性。研究(jiu)中采用(yong)單項和兩(liang)項麥克斯韋(wei)模型(xing)來確定應力松(song)弛行為，這兩(liang)種模型均可(ke)較好地(di)描述(shu)熟制(zhi)山藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiang)模型的(de) R2 值范圍為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單(dan)項模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品(pin)中未(wei)能收斂。相比之(zhi)下，兩項(xiang)麥克斯韋模型(xing)的 R2 值更(geng)高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表明，兩項(xiang)麥克斯韋模(mo)型能夠更準確(que)地擬合熟制(zhi)山藥的應(ying)力松弛行為。

? ??

麥克斯韋(wei)模型的擬合曲(qu)線如圖 2a 所(suo)示。兩項麥(mai)克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材(cai)料在持續(xù)加(jia)載時的剛度或(huo)彈性響應(ying)。在粘彈性材(cai)料中，E0 通常(chang)與材料的時間(jian)依賴性行為(wei)相關。在所有測(ce)試的山(shan)藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度(du)分布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥(yao)的 E0 值最(zui)高，表(biao)明其在長期應(ying)力下的變(bian)形最小(xiao)，剛度更大。相比(bi)之下，WN 山(shan)藥的 E0 值zui低(di)，表明該(gai)山藥品(pin)種的松弛(chi)過程更明顯，柔(rou)韌性(xing)更高且質(zhì)(zhi)地更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模型中(zhong)，每個單元(yuan)由代表彈(dan)性模量（Ei）的(de)彈簧和代表黏(nian)度系(xi)數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成(cheng)，且這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉了(le)不同時(shi)間尺(chi)度下的彈性響(xiang)應，反映了材(cai)料在初始(shi)應力(li)和長期應(ying)力下的松弛行(xing)為。值(zhi)得注(zhu)意的是(shi)，在waxinesszui強的 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，熟制(zhi)山藥仍(reng)保留了(le)顯著的(de)彈性恢復能(neng)力。這些結(jié)果表(biao)明，WN 山藥在長(zhang)期應力下(xia)會發(fā)生明(ming)顯的塑(su)性變形。有趣的(de)是，隨著(zhe)waxiness屬性強度(du)的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不(bu)那么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料(liao)對變形(xing)的阻力，每個阻(zu)尼器捕(bu)捉黏性行為(wei)的不同方(fang)面。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiang)而增加，導致(zhi)初始變形更(geng)慢，表明材料的(de)黏性阻力更大(da)。

參考文獻(xian)：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。