近日，浙江(jiang)大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品科(ke)學(xué)學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國際食品(pin)期刊《Food Chemistry》(中(zhong)科院一(yi)區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)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。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利(li)用上(shang)海騰拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測定山藥(yao)的應(yīng)力松弛行(xing)為。

關(guān)于(yu)waxiness評估及其潛(qian)在形成機(jī)制(zhi)的研究仍(reng)然有限(xian)。在本研究中，我(wo)們通過整合感(gan)官評價(jià)和儀器(qi)分析，建立(li)了一種評(ping)估山藥(yao)waxiness的綜合方法。通(tong)過將waxiness評估(gu)解構(gòu)為咀嚼和(he)吞咽階段(duan)，采用應(yīng)力(li)松弛(chi)和流變學(xué)測試(shi)來表征這些階(jie)段。系統(tǒng)地利用(yong)平衡模量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)（η1）、稠度(du)系數(shù)（K*）和(he)損耗模量(liang)（G''）等關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以(yi)準(zhǔn)確(que)評估山藥(yao)的waxiness。我們(men)對waxiness形成機(jī)制(zhi)的研究表(biao)明，長淀粉(fen)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiáng)了(le)結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定(ding)性，導(dǎo)致(zhi) η1 和 G'' 增加。這些鏈(lian)整合到淀粉(fen)顆粒的結(jié)晶(jing)區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從而改善(shan)了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘度(du)，最終增強(qiáng)了(le)山藥(yao)的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉通過(guo)增加淀(dian)粉凝膠的(de) E0 降低了(le)waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前(qian)的研究，使(shi)用質(zhì)(zhi)構(gòu)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科(ke)技有限公司）進(jìn)行應(yīng)力松弛(chi)測試。該測(ce)試測量了材(cai)料在(zai)恒定(ding)應(yīng)變(bian)下隨時(shí)間的應(yīng)(ying)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guo)評估其粘彈(dan)性質(zhì)(zhi)，建立一(yi)種評估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方(fang)法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成高度為(wei) 15mm、直徑為(wei) 22 mm 的圓柱體，并(bing)在過量純(chun)水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待樣品(pin)冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)(jin)行測量。使用 P36R 探(tan)頭測試山藥(yao)的應(yīng)力松弛(chi)，獲取應(yīng)力松弛(chi)數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速度壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并(bing)在恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使應(yīng)力平衡(heng)。廣義麥(mai)克斯韋模型(xing)廣泛用于(yu)分析粘(zhan)彈性材料(liao)的應(yīng)力松弛(chi)行為。該(gai)模型由多(duo)個(gè)與自(zi)由彈簧并(bing)聯(lián)的麥(mai)克斯(si)韋單元組(zu)成，其中每(mei)個(gè)麥克斯(si)韋單元由一個(gè)(ge)彈簧和一(yi)個(gè)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成。壓縮(suo)過程中，完(wan)整樣品的(de)壓縮區(qū)域在載(zai)荷下會(hui)出現(xiàn)變(bian)化，這有助于(yu)獲取力 - 時(shí)(shi)間曲(qu)線以(yi)分析(xi)應(yīng)力松弛行(xing)為。隨后，將松(song)弛階段(duan)觀察到的力(li) - 時(shí)間關(guān)系擬合(he)至廣義麥(mai)克斯韋模型的(de)修正版本（公(gong)式 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定(ding)時(shí)間(jian)的應(yīng)力(li)（Pa），D0 為恒(heng)定應(yīng)(ying)變（mm），E0 表示平衡(heng)彈性模量(liang)，Ei 為理(li)想彈性元件(jian)的彈性模量，n 為(wei)麥克斯(si)韋單(dan)元的(de)數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個(gè)麥(mai)克斯韋(wei)單元的弛豫時(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 的黏度。

為了預(yù)(yu)測咀(ju)嚼時(shí)的(de)waxiness，我們利用廣(guang)義麥(mai)克斯韋模型(xing)（圖 2）分析(xi)了山(shan)藥的動(dòng)(dong)態(tài)應(yīng)力(li)松弛行為，該(gai)模型常用于表(biao)征粘彈性(xing)材料的應(yīng)力松(song)弛特性。研究中(zhong)采用(yong)單項(xiàng)和兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯韋模型來(lai)確定應(yīng)力(li)松弛行為，這兩(liang)種模型均可較(jiao)好地(di)描述熟制(zhi)山藥的粘(zhan)彈性質(zhì)(zhi)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯示，單項(xiàng)(xiang)模型的(de) R2 值范(fan)圍為(wei) 0.9045 至 0.9449，平均殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項(xiàng)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品中(zhong)未能(neng)收斂(lian)。相比之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯(si)韋模型的 R2 值更(geng)高，范(fan)圍為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值(zhi)更低（0.51%–4.23%）。這些結(jié)(jie)果表明，兩(liang)項(xiàng)麥(mai)克斯(si)韋模型能夠(gou)更準(zhǔn)確地(di)擬合熟制山(shan)藥的應(yīng)(ying)力松弛行為(wei)。

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麥克斯韋模型(xing)的擬合曲線(xian)如圖 2a 所示。兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參數(shù)見(jian)表 S7。E0 反映了材(cai)料在(zai)持續(xù)加載時(shí)(shi)的剛度或(huo)彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料中(zhong)，E0 通常與材(cai)料的時(shí)間(jian)依賴性行為(wei)相關(guān)。在(zai)所有(you)測試的山藥(yao)樣品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度分(fen)布，從 WN 樣品的(de) 382.51 Nm?1 到 XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥的(de) E0 值最高，表明(ming)其在長期(qi)應(yīng)力下的(de)變形最(zui)小，剛度更(geng)大。相(xiang)比之下，WN 山(shan)藥的 E0 值zui低，表明(ming)該山藥品種(zhong)的松弛(chi)過程更明(ming)顯，柔韌性更高(gao)且質(zhì)地更柔(rou)軟。在麥克斯韋(wei)模型中(zhong)，每個(gè)單元由代(dai)表彈性(xing)模量（Ei）的彈簧和(he)代表黏(nian)度系數(shù)（ηi）的(de)阻尼器組成(cheng)，且這些彈簧(huang)呈串(chuan)聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不(bu)同時(shí)間尺(chi)度下的(de)彈性響(xiang)應(yīng)，反(fan)映了(le)材料(liao)在初始應(yīng)力和(he)長期應(yīng)力下的(de)松弛行(xing)為。值得注意(yi)的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明即(ji)使在初始快(kuai)速變形后(hou)，熟制(zhi)山藥(yao)仍保(bao)留了顯著的彈(dan)性恢復(fù)能力。這(zhe)些結(jié)果(guo)表明，WN 山(shan)藥在(zai)長期應(yīng)力下會(hui)發(fā)生(sheng)明顯的(de)塑性變形。有趣(qu)的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)(qiang)度的降低，這(zhe)一現(xiàn)象變得不(bu)那么(me)明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和(he) η2 代表材料(liao)對變形(xing)的阻(zu)力，每(mei)個(gè)阻尼器捕捉(zhuo)黏性(xing)行為的不同(tong)方面。η1 隨著waxiness屬性的增(zeng)強(qiáng)而增(zeng)加，導(dǎo)致(zhi)初始變(bian)形更慢，表(biao)明材料的黏性(xing)阻力更(geng)大。

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。