近日，浙(zhe)江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)工(gong)程與食品科(ke)學(xué)學(xué)(xue)院研究人(ren)員在國際食品(pin)期刊(kan)《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)(fa)表了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研(yan)究論文。在該論文(wen)中，研究(jiu)人員利用(yong)上海騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)定(ding)山藥的應(yīng)力松(song)弛行為。

關(guān)于waxiness評(píng)(ping)估及其潛在形(xing)成機(jī)制的研(yan)究仍然有(you)限。在(zai)本研究中，我們(men)通過整合感官(guan)評(píng)價(jià)和儀(yi)器分(fen)析，建(jian)立了一種(zhong)評(píng)估山藥(yao)waxiness的綜合方法(fa)。通過將waxiness評(píng)估解(jie)構(gòu)為咀嚼和吞(tun)咽階段，采用應(yīng)(ying)力松弛和流(liu)變學(xué)測(cè)試(shi)來表征(zheng)這些階段。系統(tǒng)(tong)地利用(yong)平衡模量(liang)（E0）、粘度系數(shù)（η1）、稠(chou)度系(xi)數(shù)（K*）和損耗模量(liang)（G''）等關(guān)(guan)鍵參(can)數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確評(píng)估山(shan)藥的(de)waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成(cheng)機(jī)制的研究表(biao)明，長(zhǎng)淀粉鏈(lian)（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性(xing)，導(dǎo)致 η1 和 G'' 增加(jia)。這些鏈整合(he)到淀粉顆(ke)粒的結(jié)晶區(qū)(qu)和無(wu)定形區(qū)，從而(er)改善(shan)了凝膠的穩(wěn)定(ding)性、彈性(xing)和粘度，最終(zhong)增強(qiáng)了山藥的(de)waxiness。相反，短支(zhi)鏈淀(dian)粉通過增加(jia)淀粉凝膠的(de) E0 降低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先(xian)前的(de)研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)分(fen)析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限公司(si)）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(cè)試(shi)。該測(cè)試測(cè)(ce)量了材料在(zai)恒定應(yīng)變下(xia)隨時(shí)間(jian)的應(yīng)(ying)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guo)評(píng)估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立一(yi)種評(píng)估固(gu)體山(shan)藥塊莖waxiness的方(fang)法。將山(shan)藥樣品加(jia)工成高度為(wei) 15mm、直徑為(wei) 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過(guo)量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待樣品(pin)冷卻至 40°C 時(shí)進(jìn)(jin)行測(cè)量(liang)。使用(yong) P36R 探頭測(cè)試山(shan)藥的(de)應(yīng)力松弛，獲(huo)取應(yīng)力(li)松弛數(shù)(shu)據(jù)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度(du)壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定應(yīng)變下(xia)保持(chi) 120 秒以使(shi)應(yīng)力平(ping)衡。廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型廣泛用于(yu)分析粘彈(dan)性材料(liao)的應(yīng)力松(song)弛行為(wei)。該模型由(you)多個(gè)與自(zi)由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克斯(si)韋單元組成(cheng)，其中(zhong)每個(gè)(ge)麥克(ke)斯韋單元(yuan)由一個(gè)彈簧(huang)和一個(gè)(ge)阻尼器串聯(lián)構(gòu)(gou)成。壓縮(suo)過程中，完整樣(yang)品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下(xia)會(huì)出現(xiàn)(xian)變化，這有助(zhu)于獲取力 - 時(shí)(shi)間曲線以分析(xi)應(yīng)力松弛行(xing)為。隨后(hou)，將松弛階(jie)段觀(guan)察到的力 - 時(shí)間(jian)關(guān)系擬合至(zhi)廣義(yi)麥克斯韋模(mo)型的修正(zheng)版本(ben)（公式(shi) 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（mm），E0 表示(shi)平衡彈性模(mo)量，Ei 為理想彈(dan)性元件的(de)彈性模量(liang)，n 為麥克(ke)斯韋單元的(de)數(shù)量，t 表示第 i 個(gè)(ge)麥克斯韋單元(yuan)的弛(chi)豫時(shí)間，Ti 為(wei)各衰減(jian)過程的(de)時(shí)間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)測(cè)(ce)咀嚼時(shí)的waxiness，我們利用(yong)廣義麥(mai)克斯韋(wei)模型（圖 2）分(fen)析了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松弛(chi)行為，該(gai)模型常用于(yu)表征粘(zhan)彈性材料(liao)的應(yīng)力(li)松弛特性。研究(jiu)中采用單項(xiàng)和(he)兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋(wei)模型來確定應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為，這兩種(zhong)模型均可(ke)較好地描述(shu)熟制山(shan)藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合(he)結(jié)果顯示，單項(xiàng)(xiang)模型的 R2 值(zhi)范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均殘差(cha)偏差(cha)（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單項(xiàng)(xiang)模型在(zai) CJ、BZ 和 AS 樣(yang)品中未(wei)能收斂(lian)。相比之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克(ke)斯韋模型(xing)的 R2 值(zhi)更高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低(di)（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表(biao)明，兩(liang)項(xiàng)麥克斯(si)韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)確地(di)擬合熟制山(shan)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(qu)線如(ru)圖 2a 所示。兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了(le)材料(liao)在持續(xù)加(jia)載時(shí)的剛度或(huo)彈性(xing)響應(yīng)。在(zai)粘彈(dan)性材料中，E0 通常(chang)與材料的時(shí)(shi)間依賴(lai)性行(xing)為相關(guān)。在所(suo)有測(cè)(ce)試的山藥(yao)樣品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度分布(bu)，從 WN 樣品的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不(bu)等。XY 山藥的 E0 值最(zui)高，表明其在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的(de)變形最小(xiao)，剛度更大。相比(bi)之下，WN 山(shan)藥的 E0 值z(mì)ui低，表明(ming)該山藥(yao)品種(zhong)的松弛(chi)過程更明(ming)顯，柔(rou)韌性更(geng)高且質(zhì)(zhi)地更柔(rou)軟。在麥克(ke)斯韋模(mo)型中(zhong)，每個(gè)單元(yuan)由代表彈性(xing)模量（Ei）的(de)彈簧和(he)代表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組(zu)成，且這些彈(dan)簧呈串聯(lián)排列(lie)。E1 和 E2 捕(bu)捉了不同(tong)時(shí)間(jian)尺度下的彈性(xing)響應(yīng)，反映了材(cai)料在初始應(yīng)(ying)力和長(zhǎng)期應(yīng)力(li)下的松弛行為(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(ming)即使在初始快(kuai)速變形后，熟制(zhi)山藥仍保留(liu)了顯著的(de)彈性恢復(fù)(fu)能力。這些結(jié)果(guo)表明，WN 山藥在(zai)長(zhǎng)期應(yīng)力下會(huì)(hui)發(fā)生(sheng)明顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是(shi)，隨著(zhe)waxiness屬性(xing)強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那(na)么明顯。黏度(du)系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材料對(duì)(dui)變形的阻力，每(mei)個(gè)阻尼器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為(wei)的不同(tong)方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的(de)增強(qiáng)而增加，導(dǎo)(dao)致初始變形(xing)更慢，表明材料(liao)的黏性阻(zu)力更大(da)。

參考(kao)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。