近日，浙(zhe)江大(da)學(xué)生物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)(xue)學(xué)院研究人(ren)員在(zai)國際(ji)食品期刊(kan)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)(qu)，IF=9.8)發(fā)表了(le)題為"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。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于(yu)測定(ding)山藥的應(yīng)力(li)松弛行為。

關(guān)于waxiness評估及(ji)其潛在形(xing)成機(jī)制的(de)研究仍(reng)然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們通過整合(he)感官(guan)評價和儀(yi)器分析，建立(li)了一種(zhong)評估山藥waxiness的綜(zong)合方法。通過(guo)將waxiness評估解(jie)構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階段，采(cai)用應(yīng)力松(song)弛和流變(bian)學(xué)測試來表(biao)征這些(xie)階段。系統(tǒng)(tong)地利用平(ping)衡模量（E0）、粘度(du)系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量(liang)（G''）等關(guān)鍵參(can)數(shù)，以準(zhǔn)確評估(gu)山藥的(de)waxiness。我們對waxiness形(xing)成機(jī)制的研究(jiu)表明(ming)，長淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)(qiang)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和(he) G'' 增加。這些鏈整(zheng)合到淀粉顆(ke)粒的結(jié)晶區(qū)(qu)和無定形區(qū)(qu)，從而改善(shan)了凝膠的穩(wěn)定(ding)性、彈性和粘(zhan)度，最(zui)終增強(qiáng)了山(shan)藥的waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀粉(fen)通過增加(jia)淀粉凝(ning)膠的 E0 降低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)構(gòu)分析(xi)儀（Universal TA，上海(hai)騰拔儀器科(ke)技有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測(ce)試。該測試測(ce)量了(le)材料在恒(heng)定應(yīng)變下(xia)隨時間的應(yīng)(ying)力響應(yīng)，旨在通(tong)過評估其粘(zhan)彈性質(zhì)(zhi)，建立一種評(ping)估固體山藥塊(kuai)莖waxiness的方法。將(jiang)山藥樣(yang)品加工(gong)成高度為 15mm、直徑(jing)為 22 mm 的圓柱體(ti)，并在過量純水(shui)中煮沸 35 分(fen)鐘。待樣(yang)品冷卻至 40°C 時進(jìn)(jin)行測量。使(shi)用 P36R 探頭測試山(shan)藥的應(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(de)速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)變下保(bao)持 120 秒以使應(yīng)力(li)平衡。廣義(yi)麥克斯韋模(mo)型廣(guang)泛用于分析(xi)粘彈性(xing)材料的應(yīng)力(li)松弛(chi)行為。該(gai)模型由(you)多個與自(zi)由彈簧并聯(lián)的(de)麥克斯(si)韋單元組成，其(qi)中每個麥克(ke)斯韋單元(yuan)由一個彈(dan)簧和一個(ge)阻尼器串聯(lián)(lian)構(gòu)成。壓縮過(guo)程中，完整樣品(pin)的壓(ya)縮區(qū)域在載(zai)荷下(xia)會出現(xiàn)變化，這(zhe)有助于(yu)獲取力(li) - 時間曲線以分(fen)析應(yīng)力(li)松弛行為(wei)。隨后，將(jiang)松弛階(jie)段觀(guan)察到的力 - 時間(jian)關(guān)系擬合至廣(guang)義麥(mai)克斯韋模(mo)型的修正版本(ben)（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為給(gei)定時間的應(yīng)(ying)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示(shi)平衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理想彈(dan)性元件的彈(dan)性模量，n 為麥克(ke)斯韋單元的數(shù)(shu)量，t 表示(shi)第 i 個(ge)麥克(ke)斯韋單元的弛(chi)豫時間，Ti 為(wei)各衰減(jian)過程的時間(jian)常數(shù)，ηi 為元(yuan)件 i 的(de)黏度。

為了預(yù)測咀(ju)嚼時的waxiness，我們利(li)用廣義麥(mai)克斯韋模(mo)型（圖 2）分析了(le)山藥的(de)動態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為(wei)，該模型常用于(yu)表征粘彈性材(cai)料的應(yīng)力(li)松弛特性(xing)。研究中采用單(dan)項(xiàng)和兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型(xing)來確(que)定應(yīng)力(li)松弛行為，這兩(liang)種模型均可較(jiao)好地描述熟(shu)制山藥的粘(zhan)彈性質(zhì)。數(shù)(shu)據(jù)擬(ni)合結(jié)果(guo)顯示，單(dan)項(xiàng)模(mo)型的 R2 值范(fan)圍為 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差偏(pian)差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中(zhong)未能收斂(lian)。相比(bi)之下(xia)，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型的 R2 值更(geng)高，范圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)麥克斯(si)韋模(mo)型能夠更(geng)準(zhǔn)確地擬(ni)合熟制山藥的(de)應(yīng)力松(song)弛行為。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲線如(ru)圖 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型的(de) E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材料(liao)在持續(xù)加載(zai)時的剛(gang)度或彈性響應(yīng)(ying)。在粘彈性(xing)材料中，E0 通常與(yu)材料的時(shi)間依賴性(xing)行為(wei)相關(guān)。在(zai)所有測試(shi)的山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)梯(ti)度分布，從 WN 樣(yang)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，表明其在長(zhang)期應(yīng)力下的(de)變形(xing)最小，剛度更大(da)。相比之(zhi)下，WN 山藥的(de) E0 值zui低，表明該(gai)山藥品種的松(song)弛過程(cheng)更明顯，柔(rou)韌性更高且質(zhì)(zhi)地更柔軟。在麥(mai)克斯韋模型中(zhong)，每個單(dan)元由(you)代表彈性模(mo)量（Ei）的(de)彈簧和代(dai)表黏度系(xi)數(shù)（ηi）的阻(zu)尼器組成，且(qie)這些彈簧呈(cheng)串聯(lián)排(pai)列。E1 和(he) E2 捕捉(zhuo)了不同(tong)時間尺度下的(de)彈性(xing)響應(yīng)，反映了材(cai)料在(zai)初始應(yīng)(ying)力和長期應(yīng)力(li)下的松弛行(xing)為。值得(de)注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品(pin)中，E2 高于 E1，這表明(ming)即使(shi)在初始快速(su)變形(xing)后，熟制(zhi)山藥仍保(bao)留了顯著的彈(dan)性恢復(fù)能(neng)力。這些(xie)結(jié)果表明，WN 山(shan)藥在長期應(yīng)力(li)下會發(fā)(fa)生明顯的塑性(xing)變形(xing)。有趣的(de)是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度(du)的降(jiang)低，這一現(xiàn)象變(bian)得不那么明顯(xian)。黏度系數(shù)(shu) η1 和 η2 代(dai)表材料對(dui)變形(xing)的阻力，每個阻(zu)尼器捕捉(zhuo)黏性行為(wei)的不同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)致初(chu)始變形更慢(man)，表明材(cai)料的黏性阻(zu)力更大(da)。

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。