近日，浙江(jiang)大學(xué)生物系(xi)統(tǒng)工(gong)程與食(shi)品科學(xué)學(xué)院研(yan)究人員(yuan)在國際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中科院(yuan)一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表了(le)題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究(jiu)論文。在該論文(wen)中，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(ce)定山藥的(de)應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。

關(guān)于waxiness評估及其(qi)潛在形成(cheng)機制的研究仍(reng)然有限。在本研(yan)究中，我(wo)們通過整合感(gan)官評價(jia)和儀器(qi)分析，建立了(le)一種(zhong)評估山藥waxiness的綜(zong)合方法。通過將(jiang)waxiness評估解(jie)構(gòu)為咀嚼(jue)和吞咽(yan)階段，采用應(yīng)力(li)松弛和流變學(xué)(xue)測試來表征這(zhe)些階(jie)段。系統(tǒng)地利用(yong)平衡模量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和(he)損耗模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評估(gu)山藥的(de)waxiness。我們(men)對waxiness形成機制的(de)研究(jiu)表明，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這(zhe)些鏈(lian)整合到淀粉(fen)顆粒的結(jié)晶(jing)區(qū)和無(wu)定形(xing)區(qū)，從而改(gai)善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性(xing)、彈性(xing)和粘度，最(zui)終增強(qiang)了山藥的waxiness。相反(fan)，短支鏈淀粉通(tong)過增加(jia)淀粉凝(ning)膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiang)度。

根據(jù)先前的(de)研究，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技有(you)限公司）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛測試(shi)。該測試測(ce)量了材料在恒(heng)定應(yīng)(ying)變下(xia)隨時間(jian)的應(yīng)(ying)力響(xiang)應(yīng)，旨在通(tong)過評估其粘彈(dan)性質(zhì)(zhi)，建立一種評(ping)估固(gu)體山藥塊莖(jing)waxiness的方法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在(zai)過量純(chun)水中煮沸 35 分(fen)鐘。待樣品冷卻(que)至 40°C 時進(jìn)行(xing)測量(liang)。使用 P36R 探頭測(ce)試山藥的應(yīng)(ying)力松(song)弛，獲取應(yīng)力松(song)弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以使(shi)應(yīng)力平(ping)衡。廣(guang)義麥克斯(si)韋模(mo)型廣(guang)泛用于(yu)分析粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)。該模型由多個(ge)與自由(you)彈簧并聯(lián)(lian)的麥克斯韋(wei)單元組成(cheng)，其中每個麥克(ke)斯韋(wei)單元由(you)一個彈簧和(he)一個阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過(guo)程中，完整樣(yang)品的壓(ya)縮區(qū)(qu)域在載荷(he)下會出(chu)現(xiàn)變化(hua)，這有助于(yu)獲取(qu)力 - 時(shi)間曲線以分析(xi)應(yīng)力松弛行為(wei)。隨后，將松(song)弛階段(duan)觀察(cha)到的力(li) - 時間關(guān)(guan)系擬(ni)合至廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型的(de)修正版(ban)本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時間的(de)應(yīng)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性(xing)模量，Ei 為理想(xiang)彈性元(yuan)件的(de)彈性模量，n 為麥(mai)克斯韋(wei)單元的數(shù)量，t 表(biao)示第 i 個麥克(ke)斯韋(wei)單元的弛豫(yu)時間，Ti 為各(ge)衰減過(guo)程的時間常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測咀嚼(jue)時的waxiness，我們利用(yong)廣義麥(mai)克斯韋模型（圖(tu) 2）分析了山藥的(de)動態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該模(mo)型常用(yong)于表征粘彈性(xing)材料(liao)的應(yīng)力松弛特(te)性。研究中(zhong)采用單項和兩(liang)項麥克斯(si)韋模(mo)型來確定應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為，這兩種模(mo)型均可較好地(di)描述(shu)熟制山藥的粘(zhan)彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)果(guo)顯示(shi)，單項模型(xing)的 R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而(er)，單項模型在(zai) CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中(zhong)未能收斂。相(xiang)比之(zhi)下，兩項麥(mai)克斯(si)韋模(mo)型的(de) R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更(geng)低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表明(ming)，兩項麥克斯(si)韋模型能(neng)夠更準(zhǔn)確地(di)擬合熟制山(shan)藥的應(yīng)力松弛(chi)行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬合曲線(xian)如圖 2a 所示。兩(liang)項麥克斯韋(wei)模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見表 S7。E0 反映(ying)了材料在持續(xù)(xu)加載時的剛度(du)或彈(dan)性響應(yīng)。在粘(zhan)彈性材料中(zhong)，E0 通常與(yu)材料的時(shi)間依賴性行為(wei)相關(guān)。在所有測(ce)試的山(shan)藥樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布，從 WN 樣(yang)品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥(yao)的 E0 值(zhi)最高，表明其在(zai)長期應(yīng)(ying)力下(xia)的變(bian)形最小，剛度(du)更大。相(xiang)比之下(xia)，WN 山藥的(de) E0 值zui低，表明該(gai)山藥(yao)品種(zhong)的松(song)弛過程更明(ming)顯，柔(rou)韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥克斯韋(wei)模型中，每個(ge)單元由代(dai)表彈性模量（Ei）的(de)彈簧和代表(biao)黏度系(xi)數(shù)（ηi）的(de)阻尼器組成，且(qie)這些彈(dan)簧呈串聯(lián)排(pai)列。E1 和(he) E2 捕捉(zhuo)了不同(tong)時間尺度下(xia)的彈性(xing)響應(yīng)，反映了(le)材料(liao)在初始(shi)應(yīng)力和(he)長期應(yīng)力下(xia)的松弛(chi)行為。值(zhi)得注意(yi)的是(shi)，在waxinesszui強的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這(zhe)表明(ming)即使在(zai)初始快速變形(xing)后，熟(shu)制山藥仍保(bao)留了顯著的彈(dan)性恢復(fù)能力。這(zhe)些結(jié)果表明(ming)，WN 山藥(yao)在長(zhang)期應(yīng)力下會(hui)發(fā)生明顯的塑(su)性變形。有(you)趣的是，隨著waxiness屬性強度的降(jiang)低，這(zhe)一現(xiàn)象變得(de)不那么明(ming)顯。黏(nian)度系數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料(liao)對變形(xing)的阻力(li)，每個阻(zu)尼器捕捉黏(nian)性行為的不(bu)同方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增(zeng)強而(er)增加(jia)，導(dǎo)致初始(shi)變形更(geng)慢，表明材料(liao)的黏性(xing)阻力更大。

參考文獻(xiàn)(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。