近日(ri)，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與食品(pin)科學(xué)(xue)學(xué)院研究人(ren)員在國(guó)際(ji)食品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一區(qū)(qu)，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"的研究論文(wen)。在該論(lun)文中，研究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA國(guó)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(cè)定山藥(yao)的應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評(píng)(ping)估及其潛(qian)在形成機(jī)制(zhi)的研(yan)究仍然有限(xian)。在本研究中(zhong)，我們通過(guò)整(zheng)合感官評(píng)(ping)價(jià)和儀器分(fen)析，建(jian)立了一種評(píng)(ping)估山藥waxiness的綜(zong)合方法。通(tong)過(guò)將waxiness評(píng)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階段(duan)，采用(yong)應(yīng)力松弛和(he)流變(bian)學(xué)測(cè)(ce)試來(lái)表(biao)征這些(xie)階段。系(xi)統(tǒng)地利用(yong)平衡模量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)確評(píng)估(gu)山藥(yao)的waxiness。我們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)制(zhi)的研究(jiu)表明(ming)，長(zhǎng)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)(qiang)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這(zhe)些鏈整(zheng)合到淀粉顆(ke)粒的結(jié)(jie)晶區(qū)(qu)和無(wú)定(ding)形區(qū)，從(cong)而改善了凝膠(jiao)的穩(wěn)定性、彈性(xing)和粘度，最終(zhong)增強(qiáng)(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉通(tong)過(guò)增加淀粉凝(ning)膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科技(ji)有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛測(cè)(ce)試。該測(cè)試測(cè)量(liang)了材料在恒(heng)定應(yīng)變下(xia)隨時(shí)間(jian)的應(yīng)力響應(yīng)，旨(zhi)在通(tong)過(guò)評(píng)估(gu)其粘彈性(xing)質(zhì)，建立一種評(píng)(ping)估固(gu)體山藥塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加(jia)工成高度為(wei) 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱體，并(bing)在過(guò)量純(chun)水中煮沸 35 分鐘(zhong)。待樣品冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)行測(cè)量(liang)。使用 P36R 探頭測(cè)試(shi)山藥的應(yīng)力松(song)弛，獲取(qu)應(yīng)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以(yi)使應(yīng)(ying)力平衡。廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)廣泛用于(yu)分析粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為。該模型(xing)由多(duo)個(gè)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的麥克(ke)斯韋單元組成(cheng)，其中每個(gè)麥克(ke)斯韋(wei)單元由一(yi)個(gè)彈簧和(he)一個(gè)阻尼器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成。壓縮過(guò)(guo)程中，完整(zheng)樣品的(de)壓縮(suo)區(qū)域在(zai)載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)變化(hua)，這有助(zhu)于獲取力(li) - 時(shí)間曲(qu)線以分析應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為。隨后(hou)，將松弛階段觀(guan)察到的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合(he)至廣義麥克斯(si)韋模型的(de)修正版本(ben)（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間的(de)應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表示(shi)平衡彈(dan)性模量，Ei 為理(li)想彈(dan)性元件(jian)的彈(dan)性模量，n 為(wei)麥克斯韋單(dan)元的數(shù)量，t 表(biao)示第(di) i 個(gè)麥克斯韋單(dan)元的弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減過(guò)(guo)程的時(shí)間(jian)常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)測(cè)咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克斯韋模(mo)型（圖 2）分析了山(shan)藥的動(dòng)態(tài)應(yīng)(ying)力松(song)弛行為(wei)，該模型常用于(yu)表征(zheng)粘彈(dan)性材(cai)料的應(yīng)(ying)力松弛(chi)特性。研(yan)究中采用單項(xiàng)(xiang)和兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模型(xing)來(lái)確定(ding)應(yīng)力松(song)弛行(xing)為，這兩種(zhong)模型均(jun)可較好地(di)描述(shu)熟制山藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiàng)(xiang)模型的(de) R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項(xiàng)模(mo)型在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能收(shou)斂。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥克斯(si)韋模型的(de) R2 值更高(gao)，范圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表明，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)能夠更(geng)準(zhǔn)確地?cái)M合熟(shu)制山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

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麥克斯韋模型(xing)的擬(ni)合曲(qu)線如圖 2a 所示。兩(liang)項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)(shu)見(jiàn)表 S7。E0 反映了(le)材料在(zai)持續(xù)(xu)加載時(shí)的(de)剛度或彈(dan)性響應(yīng)(ying)。在粘彈性材料(liao)中，E0 通常(chang)與材(cai)料的時(shí)間(jian)依賴(lài)性行為相(xiang)關(guān)。在(zai)所有測(cè)(ce)試的山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布(bu)，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的(de) E0 值最高，表明(ming)其在長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下(xia)的變形最小(xiao)，剛度更(geng)大。相(xiang)比之下，WN 山(shan)藥的(de) E0 值z(mì)ui低，表(biao)明該(gai)山藥(yao)品種的松弛過(guò)(guo)程更明顯，柔韌(ren)性更(geng)高且質(zhì)地(di)更柔軟。在(zai)麥克斯韋模(mo)型中，每個(gè)單元(yuan)由代表彈性(xing)模量（Ei）的彈(dan)簧和代表(biao)黏度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器組成(cheng)，且這(zhe)些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)(shi)間尺度下的(de)彈性響(xiang)應(yīng)，反(fan)映了材料在(zai)初始應(yīng)(ying)力和長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)(ying)力下的(de)松弛行為(wei)。值得(de)注意的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明(ming)即使在(zai)初始快速變形(xing)后，熟制(zhi)山藥仍保留了(le)顯著的彈性(xing)恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力(li)下會(huì)發(fā)生(sheng)明顯的塑性變(bian)形。有趣的是(shi)，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不那么(me)明顯(xian)。黏度(du)系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(duì)(dui)變形的(de)阻力，每個(gè)(ge)阻尼器(qi)捕捉(zhuo)黏性(xing)行為的不(bu)同方(fang)面。η1 隨著waxiness屬性的增(zeng)強(qiáng)而增加(jia)，導(dǎo)致初(chu)始變形更慢(man)，表明材料的(de)黏性阻力(li)更大。

參考(kao)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。