近日，浙(zhe)江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品科(ke)學(xué)學(xué)(xue)院研(yan)究人員(yuan)在國際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)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。在該(gai)論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測定山(shan)藥的應(yīng)(ying)力松弛行為。

關(guān)于waxiness評估(gu)及其(qi)潛在形(xing)成機(jī)制的研究(jiu)仍然有限(xian)。在本研究中，我(wo)們通過整合感(gan)官評(ping)價(jià)和儀器分析(xi)，建立了一種評(ping)估山藥waxiness的綜(zong)合方(fang)法。通過將(jiang)waxiness評估解構(gòu)(gou)為咀嚼和(he)吞咽(yan)階段，采用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)測試來(lai)表征這些階段(duan)。系統(tǒng)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系數(shù)(shu)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等(deng)關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhǔn)確(que)評估山(shan)藥的waxiness。我們(men)對waxiness形成機(jī)(ji)制的研(yan)究表明，長(zhang)淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整合到淀(dian)粉顆粒(li)的結(jié)(jie)晶區(qū)(qu)和無定形區(qū)，從(cong)而改善(shan)了凝(ning)膠的穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘度(du)，最終增強(qiáng)了山(shan)藥的waxiness。相(xiang)反，短支鏈淀粉(fen)通過增加淀(dian)粉凝膠的 E0 降(jiang)低了(le)waxiness強(qiáng)度(du)。

根據(jù)先前(qian)的研究，使用質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰(teng)拔儀器科技(ji)有限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測試。該測(ce)試測(ce)量了材料在恒(heng)定應(yīng)變下隨時(shí)(shi)間的應(yīng)力(li)響應(yīng)，旨(zhi)在通過評(ping)估其粘彈性(xing)質(zhì)，建立一種評(ping)估固體(ti)山藥(yao)塊莖waxiness的方法(fa)。將山藥樣(yang)品加工成高度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的(de)圓柱體(ti)，并在過(guo)量純水中(zhong)煮沸 35 分(fen)鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測量。使用 P36R 探頭(tou)測試山(shan)藥的應(yīng)力(li)松弛(chi)，獲取應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下保持(chi) 120 秒以(yi)使應(yīng)力平衡。廣(guang)義麥克斯(si)韋模型(xing)廣泛用(yong)于分析粘(zhan)彈性材料的應(yīng)(ying)力松(song)弛行為。該模(mo)型由多(duo)個(gè)與自由彈簧(huang)并聯(lián)(lian)的麥克斯(si)韋單元組(zu)成，其(qi)中每(mei)個(gè)麥(mai)克斯韋單元由(you)一個(gè)彈簧和(he)一個(gè)阻(zu)尼器串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過程(cheng)中，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)變化，這(zhe)有助于獲取(qu)力 - 時(shí)間曲線以(yi)分析應(yīng)力(li)松弛行為。隨(sui)后，將松弛階段(duan)觀察(cha)到的(de)力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合至廣(guang)義麥(mai)克斯(si)韋模型的(de)修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中 σ(t) 為給定(ding)時(shí)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)變（mm），E0 表(biao)示平衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理(li)想彈性元件(jian)的彈性模(mo)量，n 為麥克斯韋(wei)單元的(de)數(shù)量，t 表示第(di) i 個(gè)麥克斯韋單(dan)元的弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減過(guo)程的時(shí)間常數(shù)(shu)，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們利(li)用廣(guang)義麥(mai)克斯韋(wei)模型(xing)（圖 2）分析(xi)了山藥(yao)的動(dòng)態(tài)(tai)應(yīng)力松弛行為(wei)，該模(mo)型常用于(yu)表征粘彈性(xing)材料的應(yīng)(ying)力松弛特性(xing)。研究中(zhong)采用單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模(mo)型來確定應(yīng)(ying)力松弛行為，這(zhe)兩種(zhong)模型(xing)均可(ke)較好地描述熟(shu)制山藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示(shi)，單項(xiàng)模型的 R2 值(zhi)范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘差偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中未(wei)能收斂(lian)。相比之(zhi)下，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型的(de) R2 值更高，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型能夠更準(zhǔn)確(que)地?cái)M合熟制(zhi)山藥的應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。

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麥克斯韋(wei)模型的擬(ni)合曲線如圖 2a 所(suo)示。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了(le)材料在(zai)持續(xù)加載時(shí)的(de)剛度或彈性(xing)響應(yīng)。在粘彈(dan)性材料中，E0 通(tong)常與材料的時(shí)(shi)間依賴性行(xing)為相關(guān)(guan)。在所有測試(shi)的山藥樣品中(zhong)，E0 呈現(xiàn)梯(ti)度分(fen)布，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山(shan)藥的 E0 值最(zui)高，表明其在(zai)長期應(yīng)(ying)力下(xia)的變形最(zui)小，剛度更大。相(xiang)比之下，WN 山(shan)藥的 E0 值zui低，表(biao)明該(gai)山藥品種(zhong)的松(song)弛過程更(geng)明顯，柔韌(ren)性更高且(qie)質(zhì)地更柔軟(ruan)。在麥克斯韋(wei)模型中，每(mei)個(gè)單元由(you)代表彈性模(mo)量（Ei）的彈簧(huang)和代表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的阻(zu)尼器組成(cheng)，且這些彈簧(huang)呈串聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同時(shí)(shi)間尺度(du)下的彈性(xing)響應(yīng)(ying)，反映了材料(liao)在初始應(yīng)力和(he)長期應(yīng)力下(xia)的松弛行(xing)為。值得(de)注意的(de)是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這(zhe)表明即使在初(chu)始快速變形后(hou)，熟制(zhi)山藥(yao)仍保留了顯(xian)著的彈性(xing)恢復(fù)能力(li)。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山(shan)藥在(zai)長期應(yīng)力(li)下會(huì)(hui)發(fā)生明顯(xian)的塑(su)性變形。有趣(qu)的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降低，這(zhe)一現(xiàn)象變(bian)得不那么明(ming)顯。黏度(du)系數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料對變形的(de)阻力，每個(gè)阻尼(ni)器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為的不(bu)同方面(mian)。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)致初(chu)始變(bian)形更慢，表(biao)明材料的黏(nian)性阻力更大。

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。