近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食(shi)品科學(xué)(xue)學(xué)院研(yan)究人(ren)員在國(guo)際食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題(ti)為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論(lun)文。在該(gai)論文(wen)中，研究人員利(li)用上海騰(teng)拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于(yu)測定山藥的應(yīng)(ying)力松(song)弛行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及(ji)其潛在形成(cheng)機(jī)制(zhi)的研究仍然有(you)限。在本研究(jiu)中，我們(men)通過整合(he)感官(guan)評(píng)價(jià)和儀器分(fen)析，建立了一(yi)種評(píng)估山藥waxiness的(de)綜合方(fang)法。通過(guo)將waxiness評(píng)估解構(gòu)為(wei)咀嚼和(he)吞咽階段，采用(yong)應(yīng)力松(song)弛和流變(bian)學(xué)測試來表(biao)征這些階(jie)段。系統(tǒng)地(di)利用平衡模(mo)量（E0）、粘(zhan)度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)估(gu)山藥的waxiness。我(wo)們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)制的研(yan)究表明(ming)，長淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈整(zheng)合到淀粉(fen)顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)(qu)和無定形區(qū)，從(cong)而改善了凝(ning)膠的穩(wěn)(wen)定性(xing)、彈性和粘(zhan)度，最終增強(qiáng)(qiang)了山藥的waxiness。相(xiang)反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通過(guo)增加淀粉凝膠(jiao)的 E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度(du)。

根據(jù)先(xian)前的研究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海(hai)騰拔(ba)儀器科(ke)技有限(xian)公司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測試。該測試(shi)測量了(le)材料(liao)在恒(heng)定應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力響(xiang)應(yīng)，旨在(zai)通過評(píng)(ping)估其粘彈性質(zhì)(zhi)，建立一(yi)種評(píng)估(gu)固體山藥(yao)塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品加工(gong)成高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體，并在(zai)過量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷(leng)卻至 40°C 時(shí)(shi)進(jìn)行測量。使用(yong) P36R 探頭測試(shi)山藥的應(yīng)力(li)松弛，獲(huo)取應(yīng)(ying)力松(song)弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速(su)度壓縮樣品(pin) 4.5 mm，并在恒(heng)定應(yīng)變下保(bao)持 120 秒(miao)以使(shi)應(yīng)力平衡。廣義(yi)麥克斯(si)韋模(mo)型廣泛(fan)用于分析(xi)粘彈(dan)性材料的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。該模型(xing)由多(duo)個(gè)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的(de)麥克(ke)斯韋單元組成(cheng)，其中每個(gè)(ge)麥克(ke)斯韋單元由一(yi)個(gè)彈簧和一個(gè)(ge)阻尼(ni)器串(chuan)聯(lián)構(gòu)成。壓縮(suo)過程中，完整(zheng)樣品的(de)壓縮區(qū)(qu)域在載荷下會(huì)(hui)出現(xiàn)變化，這(zhe)有助于獲取力(li) - 時(shí)間曲線以分(fen)析應(yīng)力松弛(chi)行為。隨后，將(jiang)松弛階(jie)段觀察(cha)到的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合至廣(guang)義麥克(ke)斯韋模型的(de)修正(zheng)版本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間的應(yīng)力（Pa），D0 為(wei)恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈(dan)性模量，Ei 為(wei)理想彈(dan)性元件的彈(dan)性模量，n 為(wei)麥克斯韋單元(yuan)的數(shù)量，t 表示第(di) i 個(gè)麥克斯韋單(dan)元的弛豫(yu)時(shí)間，Ti 為(wei)各衰減(jian)過程(cheng)的時(shí)間常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)(yu)測咀(ju)嚼時(shí)的waxiness，我們利用廣義(yi)麥克斯韋(wei)模型（圖 2）分析了(le)山藥(yao)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力(li)松弛(chi)行為，該模型(xing)常用于(yu)表征粘彈性材(cai)料的應(yīng)(ying)力松弛特性。研(yan)究中采用(yong)單項(xiàng)和兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)來確(que)定應(yīng)力(li)松弛行為(wei)，這兩種模型均(jun)可較(jiao)好地(di)描述熟(shu)制山藥的(de)粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯(xian)示，單項(xiàng)模型(xing)的 R2 值(zhi)范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平(ping)均殘差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單(dan)項(xiàng)模型在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未能(neng)收斂。相比之下(xia)，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模(mo)型的 R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果(guo)表明，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)確(que)地?cái)M合熟制山(shan)藥的應(yīng)力松(song)弛行為。

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麥克斯韋模(mo)型的擬合曲線(xian)如圖 2a 所示。兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表(biao) S7。E0 反映(ying)了材料在持續(xù)(xu)加載時(shí)(shi)的剛度或(huo)彈性響應(yīng)(ying)。在粘彈性材(cai)料中，E0 通常與材(cai)料的時(shí)間依(yi)賴性行為相(xiang)關(guān)。在所有測試(shi)的山藥樣(yang)品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度(du)分布，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的(de) E0 值最(zui)高，表明其(qi)在長期應(yīng)力(li)下的(de)變形最小(xiao)，剛度更大。相(xiang)比之下(xia)，WN 山藥的 E0 值z(mì)ui低(di)，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過程更明顯(xian)，柔韌性更(geng)高且(qie)質(zhì)地更柔軟(ruan)。在麥克斯韋模(mo)型中(zhong)，每個(gè)單(dan)元由代表彈(dan)性模量（Ei）的(de)彈簧和代(dai)表黏度系(xi)數(shù)（ηi）的阻尼器(qi)組成，且(qie)這些(xie)彈簧(huang)呈串(chuan)聯(lián)排列。E1 和(he) E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)(shi)間尺度下(xia)的彈性響應(yīng)，反(fan)映了材料在初(chu)始應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下(xia)的松弛行為(wei)。值得注意(yi)的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于(yu) E1，這表明即使在(zai)初始(shi)快速(su)變形(xing)后，熟制山(shan)藥仍保(bao)留了顯著(zhu)的彈性(xing)恢復(fù)能力(li)。這些(xie)結(jié)果表(biao)明，WN 山藥(yao)在長期應(yīng)(ying)力下會(huì)(hui)發(fā)生(sheng)明顯的塑(su)性變形。有趣的(de)是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那(na)么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù) η1 和(he) η2 代表(biao)材料對(duì)變(bian)形的阻力(li)，每個(gè)阻尼器(qi)捕捉黏性行(xing)為的不同(tong)方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而增(zeng)加，導(dǎo)致初始變(bian)形更慢，表明(ming)材料的黏性(xing)阻力更大。

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。