近日，浙江(jiang)大學(xué)生物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)學(xué)院研(yan)究人員(yuan)在國際(ji)食品(pin)期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)表了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的(de)研究(jiu)論文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員(yuan)利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA國產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定山藥的應(yīng)力(li)松弛行(xing)為。

關(guān)于waxiness評估及其(qi)潛在(zai)形成機(jī)制(zhi)的研究仍然(ran)有限。在本研究(jiu)中，我們(men)通過整合感(gan)官評價(jià)和儀器(qi)分析，建立了(le)一種評估(gu)山藥(yao)waxiness的綜合方法(fa)。通過(guo)將waxiness評(ping)估解構(gòu)為咀(ju)嚼和吞咽階段(duan)，采用應(yīng)力松(song)弛和(he)流變學(xué)測試(shi)來表征這些階(jie)段。系(xi)統(tǒng)地(di)利用(yong)平衡模量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度系(xi)數(shù)（K*）和損耗模(mo)量（G''）等(deng)關(guān)鍵參(can)數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確(que)評估山(shan)藥的(de)waxiness。我們對waxiness形成機(jī)(ji)制的研(yan)究表明，長(zhang)淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整(zheng)合到淀粉(fen)顆粒的結(jié)(jie)晶區(qū)(qu)和無定(ding)形區(qū)(qu)，從而改善了(le)凝膠(jiao)的穩(wěn)定(ding)性、彈性(xing)和粘(zhan)度，最終增強(qiáng)(qiang)了山藥的(de)waxiness。相反，短支鏈(lian)淀粉(fen)通過增(zeng)加淀粉凝膠的(de) E0 降低了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器(qi)科技有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)(ying)力松弛測(ce)試。該測試測量(liang)了材料在恒(heng)定應(yīng)(ying)變下(xia)隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)，旨在(zai)通過評估(gu)其粘彈(dan)性質(zhì)，建立(li)一種評估固(gu)體山藥(yao)塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥樣品(pin)加工成高(gao)度為 15mm、直徑為(wei) 22 mm 的圓柱體，并(bing)在過量純(chun)水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻至(zhi) 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測量。使(shi)用 P36R 探頭測試(shi)山藥(yao)的應(yīng)力松弛，獲(huo)取應(yīng)力松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓縮樣(yang)品 4.5 mm，并在恒定應(yīng)(ying)變下保持(chi) 120 秒以使應(yīng)力(li)平衡。廣義麥克(ke)斯韋模型廣(guang)泛用于分析粘(zhan)彈性(xing)材料的應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。該模型(xing)由多個(gè)與(yu)自由(you)彈簧(huang)并聯(lián)(lian)的麥克(ke)斯韋(wei)單元組成(cheng)，其中(zhong)每個(gè)麥克斯(si)韋單元由一(yi)個(gè)彈簧和一個(gè)(ge)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成(cheng)。壓縮過程(cheng)中，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)域(yu)在載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)(xian)變化(hua)，這有助(zhu)于獲取力(li) - 時(shí)間(jian)曲線以分析應(yīng)(ying)力松弛行(xing)為。隨后，將(jiang)松弛(chi)階段觀察到的(de)力 - 時(shí)間關(guān)(guan)系擬合至(zhi)廣義麥克斯(si)韋模型(xing)的修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒定應(yīng)變(bian)（mm），E0 表示平衡彈性(xing)模量，Ei 為理想(xiang)彈性元件(jian)的彈性模量，n 為(wei)麥克斯韋單(dan)元的數(shù)(shu)量，t 表示第 i 個(gè)(ge)麥克斯(si)韋單元的弛(chi)豫時(shí)間(jian)，Ti 為各衰減過程(cheng)的時(shí)(shi)間常數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的(de)黏度(du)。

為了預(yù)測(ce)咀嚼時(shí)的waxiness，我們利用(yong)廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)（圖 2）分析了山(shan)藥的動(dòng)態(tài)應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)，該模型常用于(yu)表征粘(zhan)彈性材(cai)料的應(yīng)(ying)力松弛特(te)性。研究中(zhong)采用單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型來(lai)確定應(yīng)力松(song)弛行為，這兩(liang)種模型均(jun)可較(jiao)好地描述熟制(zhi)山藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯示(shi)，單項(xiàng)模型(xing)的 R2 值范圍為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均(jun)殘差偏差（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(zhong)未能收斂(lian)。相比之下(xia)，兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋(wei)模型的 R2 值更高(gao)，范圍為(wei) 0.9918 至 0.9986，且(qie) MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表明(ming)，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋(wei)模型能夠更準(zhǔn)(zhun)確地?cái)M(ni)合熟制山(shan)藥的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。

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麥克斯韋(wei)模型的擬合(he)曲線如圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在持續(xù)加(jia)載時(shí)(shi)的剛度(du)或彈(dan)性響應(yīng)(ying)。在粘彈性(xing)材料(liao)中，E0 通常(chang)與材料的時(shí)(shi)間依賴性行(xing)為相關(guān)。在所(suo)有測試(shi)的山藥樣品(pin)中，E0 呈現(xiàn)梯度分(fen)布，從 WN 樣品的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥的 E0 值最(zui)高，表(biao)明其在(zai)長期應(yīng)力下的(de)變形(xing)最小(xiao)，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(yao)品種(zhong)的松(song)弛過程(cheng)更明顯，柔(rou)韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地更柔軟。在(zai)麥克斯韋(wei)模型中，每個(gè)單(dan)元由代表(biao)彈性模量（Ei）的(de)彈簧和(he)代表(biao)黏度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器(qi)組成，且這(zhe)些彈簧呈串聯(lián)(lian)排列。E1 和(he) E2 捕捉了(le)不同時(shí)間尺(chi)度下的彈性(xing)響應(yīng)，反映了材(cai)料在初(chu)始應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于 E1，這表明即(ji)使在初(chu)始快速變形(xing)后，熟制山藥仍(reng)保留了顯著(zhu)的彈性恢(hui)復(fù)能(neng)力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在長(zhang)期應(yīng)(ying)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯(xian)的塑性變形(xing)。有趣(qu)的是，隨(sui)著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的(de)降低，這一(yi)現(xiàn)象變得(de)不那么明顯(xian)。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料對(dui)變形的阻(zu)力，每個(gè)(ge)阻尼器(qi)捕捉黏性(xing)行為的不同(tong)方面。η1 隨著waxiness屬性(xing)的增強(qiáng)而增(zeng)加，導(dǎo)致(zhi)初始變形(xing)更慢，表(biao)明材(cai)料的黏性(xing)阻力更(geng)大。

參考文(wen)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。