近日，浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)工(gong)程與食(shi)品科學(xué)(xue)學(xué)院研究(jiu)人員在(zai)國(guó)際食品期刊(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(wen)。在該論文中，研(yan)究人員利(li)用上海騰拔Universal TA國(guó)(guo)產(chǎn)質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定(ding)山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

關(guān)于(yu)waxiness評(píng)估及其(qi)潛在(zai)形成機(jī)制的研(yan)究仍然(ran)有限。在本研究(jiu)中，我們通過(guò)整(zheng)合感(gan)官評(píng)價(jià)和儀(yi)器分析，建立(li)了一種評(píng)估山(shan)藥waxiness的綜(zong)合方法。通(tong)過(guò)將(jiang)waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)為(wei)咀嚼和吞咽(yan)階段，采用應(yīng)(ying)力松弛和流變(bian)學(xué)測(cè)試來(lái)表征(zheng)這些階段。系(xi)統(tǒng)地利用(yong)平衡(heng)模量(liang)（E0）、粘度系(xi)數(shù)（η1）、稠度系數(shù)（K*）和(he)損耗(hao)模量（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)估山(shan)藥的waxiness。我們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)制的(de)研究表(biao)明，長(zhǎng)淀粉(fen)鏈（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(zhi) η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的(de)結(jié)晶區(qū)和無(wú)定(ding)形區(qū)(qu)，從而改(gai)善了(le)凝膠的穩(wěn)(wen)定性、彈性和(he)粘度，最(zui)終增(zeng)強(qiáng)了山(shan)藥的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通過(guò)增加(jia)淀粉(fen)凝膠(jiao)的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先(xian)前的研(yan)究，使用(yong)質(zhì)構(gòu)分析儀（Universal TA，上海騰拔(ba)儀器科技(ji)有限公司）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測(cè)試。該(gai)測(cè)試測(cè)量(liang)了材料在(zai)恒定(ding)應(yīng)變(bian)下隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guò)評(píng)估其(qi)粘彈性質(zhì)，建(jian)立一種(zhong)評(píng)估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成高度(du)為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的(de)圓柱體(ti)，并在過(guò)量(liang)純水中(zhong)煮沸 35 分鐘。待(dai)樣品(pin)冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)行測(cè)量(liang)。使用 P36R 探(tan)頭測(cè)試山藥的(de)應(yīng)力松弛(chi)，獲取應(yīng)力松(song)弛數(shù)據(jù)。探(tan)頭以 1 mm/s 的速(su)度壓(ya)縮樣品(pin) 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)變(bian)下保(bao)持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平衡(heng)。廣義(yi)麥克斯韋(wei)模型廣泛用于(yu)分析粘彈(dan)性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)行為。該模型(xing)由多個(gè)(ge)與自由彈簧并(bing)聯(lián)的(de)麥克斯韋單元(yuan)組成，其中每(mei)個(gè)麥克斯韋(wei)單元由(you)一個(gè)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼(ni)器串聯(lián)構(gòu)成。壓(ya)縮過(guò)程(cheng)中，完(wan)整樣(yang)品的壓縮區(qū)域(yu)在載荷下會(huì)出(chu)現(xiàn)變化，這有助(zhu)于獲取力(li) - 時(shí)間曲線(xian)以分析應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。隨(sui)后，將松弛階(jie)段觀察到的力(li) - 時(shí)間關(guān)系擬(ni)合至廣義麥克(ke)斯韋模(mo)型的修(xiu)正版本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)(shi)間的應(yīng)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性模(mo)量，Ei 為理想(xiang)彈性元件(jian)的彈性模量(liang)，n 為麥(mai)克斯韋單元(yuan)的數(shù)(shu)量，t 表示第 i 個(gè)麥(mai)克斯韋單元的(de)弛豫(yu)時(shí)間，Ti 為各(ge)衰減過(guò)程(cheng)的時(shí)(shi)間常數(shù)，ηi 為(wei)元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)(ce)咀嚼時(shí)的waxiness，我們利(li)用廣義(yi)麥克斯韋模(mo)型（圖 2）分析了(le)山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該(gai)模型常用于表(biao)征粘彈性(xing)材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛特性。研(yan)究中采用單(dan)項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)(xiang)麥克(ke)斯韋模(mo)型來(lái)確(que)定應(yīng)力松弛行(xing)為，這兩種(zhong)模型均(jun)可較(jiao)好地描述熟(shu)制山藥的(de)粘彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯(xian)示，單項(xiàng)(xiang)模型(xing)的 R2 值范圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為(wei) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單(dan)項(xiàng)模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中(zhong)未能(neng)收斂(lian)。相比之下，兩(liang)項(xiàng)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更(geng)高，范圍為 0.9918 至 0.9986，且(qie) 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(wei)模型(xing)能夠更(geng)準(zhǔn)確地?cái)M(ni)合熟制山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)行為(wei)。

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麥克斯(si)韋模型的(de)擬合曲線如(ru)圖 2a 所示。兩項(xiàng)麥(mai)克斯(si)韋模型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jiàn)表 S7。E0 反(fan)映了材(cai)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(xing)材料中，E0 通常(chang)與材料的時(shí)間(jian)依賴性行為(wei)相關(guān)(guan)。在所有(you)測(cè)試的(de)山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度(du)分布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的(de) 3978.77 Nm?1 不等。XY 山(shan)藥的 E0 值(zhi)最高，表明其(qi)在長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的變形最小(xiao)，剛度(du)更大。相比之(zhi)下，WN 山藥的 E0 值(zhi)zui低，表(biao)明該山(shan)藥品種的松(song)弛過(guò)程(cheng)更明顯，柔韌(ren)性更(geng)高且質(zhì)地(di)更柔(rou)軟。在麥(mai)克斯韋模型中(zhong)，每個(gè)單(dan)元由代表(biao)彈性模量（Ei）的彈(dan)簧和代(dai)表黏(nian)度系(xi)數(shù)（ηi）的(de)阻尼器組成，且(qie)這些彈簧(huang)呈串聯(lián)(lian)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)(ying)，反映了(le)材料在(zai)初始(shi)應(yīng)力和長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力(li)下的(de)松弛(chi)行為。值得注意(yi)的是，在(zai)waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中(zhong)，E2 高于(yu) E1，這表明(ming)即使在初(chu)始快速(su)變形后，熟制山(shan)藥仍保留了(le)顯著(zhu)的彈性恢復(fù)能(neng)力。這些結(jié)(jie)果表明(ming)，WN 山藥在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是(shi)，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不那么明顯(xian)。黏度系數(shù) η1 和(he) η2 代表材料對(duì)(dui)變形的阻力(li)，每個(gè)阻尼(ni)器捕捉(zhuo)黏性行(xing)為的不同方面(mian)。η1 隨著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增(zeng)加，導(dǎo)(dao)致初始變(bian)形更(geng)慢，表明材料(liao)的黏性阻(zu)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。