近日(ri)，浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)工(gong)程與食(shi)品科學(xué)學(xué)(xue)院研究人(ren)員在國(guó)際食(shi)品期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表(biao)了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究(jiu)論文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA國(guó)產(chǎn)(chan)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定(ding)山藥的應(yīng)(ying)力松弛(chi)行為(wei)。

關(guān)于waxiness評(píng)估(gu)及其潛在(zai)形成機(jī)(ji)制的(de)研究仍然有限(xian)。在本研究中(zhong)，我們通過(guò)(guo)整合感官評(píng)(ping)價(jià)和儀器(qi)分析，建(jian)立了一種(zhong)評(píng)估山(shan)藥waxiness的(de)綜合方法。通過(guò)(guo)將waxiness評(píng)估(gu)解構(gòu)為咀(ju)嚼和吞咽(yan)階段(duan)，采用應(yīng)力(li)松弛(chi)和流變(bian)學(xué)測(cè)試來(lái)表(biao)征這些(xie)階段。系統(tǒng)(tong)地利用平衡模(mo)量（E0）、粘(zhan)度系(xi)數(shù)（η1）、稠(chou)度系(xi)數(shù)（K*）和損(sun)耗模(mo)量（G''）等關(guān)鍵(jian)參數(shù)，以準(zhǔn)(zhun)確評(píng)(ping)估山(shan)藥的waxiness。我們(men)對(duì)waxiness形成(cheng)機(jī)制的研(yan)究表明，長(zhǎng)淀(dian)粉鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和 G'' 增加。這(zhe)些鏈整合到淀(dian)粉顆粒(li)的結(jié)晶區(qū)和(he)無(wú)定形(xing)區(qū)，從而改(gai)善了凝(ning)膠的穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘度，最終(zhong)增強(qiáng)(qiang)了山藥的waxiness。相反(fan)，短支(zhi)鏈淀粉通過(guò)(guo)增加(jia)淀粉凝膠的 E0 降(jiang)低了waxiness強(qiáng)(qiang)度。

根據(jù)先前的研(yan)究，使(shi)用質(zhì)(zhi)構(gòu)分析儀(yi)（Universal TA，上海騰拔儀(yi)器科技有限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)力松(song)弛測(cè)(ce)試。該(gai)測(cè)試測(cè)量了材(cai)料在恒(heng)定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)，旨在(zai)通過(guò)評(píng)估(gu)其粘彈(dan)性質(zhì)，建(jian)立一種評(píng)(ping)估固體(ti)山藥塊莖waxiness的方法(fa)。將山藥(yao)樣品加工成(cheng)高度(du)為 15mm、直(zhi)徑為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過(guò)(guo)量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘。待樣(yang)品冷卻至 40°C 時(shí)(shi)進(jìn)行測(cè)(ce)量。使用 P36R 探(tan)頭測(cè)(ce)試山藥(yao)的應(yīng)力(li)松弛，獲取應(yīng)力(li)松弛數(shù)據(jù)。探頭(tou)以 1 mm/s 的(de)速度壓縮(suo)樣品 4.5 mm，并在恒定(ding)應(yīng)變下保持 120 秒(miao)以使(shi)應(yīng)力平衡。廣(guang)義麥(mai)克斯韋(wei)模型廣(guang)泛用(yong)于分析粘彈(dan)性材(cai)料的應(yīng)力松(song)弛行為。該(gai)模型由多(duo)個(gè)與自由彈(dan)簧并聯(lián)的麥(mai)克斯韋單元(yuan)組成，其中每個(gè)(ge)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)(lian)構(gòu)成。壓縮過(guò)(guo)程中，完整樣品(pin)的壓縮區(qū)域(yu)在載荷(he)下會(huì)出(chu)現(xiàn)變化，這有助(zhu)于獲取力 - 時(shí)間(jian)曲線以分(fen)析應(yīng)力松弛行(xing)為。隨后，將松(song)弛階段觀察(cha)到的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬合(he)至廣義麥克(ke)斯韋(wei)模型的修(xiu)正版本（公式(shi) 2、3）。

其中 σ(t) 為(wei)給定時(shí)間(jian)的應(yīng)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理想彈(dan)性元件的(de)彈性模(mo)量，n 為(wei)麥克斯(si)韋單(dan)元的數(shù)量，t 表示(shi)第 i 個(gè)麥克斯(si)韋單元的弛(chi)豫時(shí)間(jian)，Ti 為各衰減(jian)過(guò)程的時(shí)(shi)間常(chang)數(shù)，ηi 為元件 i 的(de)黏度(du)。

為了(le)預(yù)測(cè)咀(ju)嚼時(shí)的waxiness，我們利用廣(guang)義麥克斯韋(wei)模型（圖(tu) 2）分析了山藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行(xing)為，該模型常(chang)用于(yu)表征粘彈性材(cai)料的應(yīng)力松弛(chi)特性。研究(jiu)中采用單(dan)項(xiàng)和兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型來(lái)確(que)定應(yīng)(ying)力松弛行為，這(zhe)兩種模(mo)型均可(ke)較好地描(miao)述熟制山(shan)藥的粘彈性(xing)質(zhì)。數(shù)據(jù)擬合結(jié)(jie)果顯示(shi)，單項(xiàng)模型的(de) 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(er)，單項(xiàng)模型在 CJ、BZ 和(he) AS 樣品中(zhong)未能收斂。相比(bi)之下，兩項(xiàng)(xiang)麥克斯韋模(mo)型的(de) R2 值更高，范圍(wei)為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更低(di)（0.51%–4.23%）。這些結(jié)果(guo)表明，兩(liang)項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)能夠更準(zhǔn)確(que)地?cái)M合熟制(zhi)山藥(yao)的應(yīng)力松(song)弛行(xing)為。

? ??

麥克斯(si)韋模(mo)型的擬合曲線(xian)如圖 2a 所(suo)示。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模型(xing)的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見(jiàn)表 S7。E0 反映了(le)材料(liao)在持續(xù)加(jia)載時(shí)(shi)的剛度(du)或彈性響應(yīng)。在(zai)粘彈性材料中(zhong)，E0 通常(chang)與材(cai)料的時(shí)(shi)間依賴性行為(wei)相關(guān)。在所有(you)測(cè)試的山(shan)藥樣(yang)品中，E0 呈(cheng)現(xiàn)梯度分(fen)布，從(cong) WN 樣品的 382.51 Nm?1 到(dao) XY 樣品(pin)的 3978.77 Nm?1 不等。XY 山藥的(de) E0 值最高，表(biao)明其在長(zhǎng)期(qi)應(yīng)力下的變形(xing)最小(xiao)，剛度更(geng)大。相比之下(xia)，WN 山藥的 E0 值z(mì)ui低(di)，表明該山(shan)藥品種的(de)松弛過(guò)程更(geng)明顯，柔韌性(xing)更高且(qie)質(zhì)地更柔軟(ruan)。在麥克斯韋模(mo)型中，每個(gè)(ge)單元由代表彈(dan)性模量（Ei）的彈(dan)簧和(he)代表黏度系數(shù)(shu)（ηi）的阻尼器組成(cheng)，且這些彈(dan)簧呈串(chuan)聯(lián)排(pai)列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同時(shí)間尺(chi)度下(xia)的彈(dan)性響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)力和長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力下(xia)的松(song)弛行為(wei)。值得注意的是(shi)，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣品中，E2 高(gao)于 E1，這表明即使(shi)在初始快速(su)變形后，熟(shu)制山(shan)藥仍保(bao)留了(le)顯著的(de)彈性恢(hui)復(fù)能力。這些(xie)結(jié)果表明，WN 山藥(yao)在長(zhǎng)(zhang)期應(yīng)力(li)下會(huì)發(fā)生明顯(xian)的塑性變(bian)形。有(you)趣的是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)象(xiang)變得不(bu)那么(me)明顯。黏度(du)系數(shù)(shu) η1 和 η2 代表材(cai)料對(duì)變形的阻(zu)力，每個(gè)(ge)阻尼器捕捉(zhuo)黏性行為的不(bu)同方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性的增強(qiáng)(qiang)而增加，導(dǎo)(dao)致初始變(bian)形更慢，表明材(cai)料的黏性阻力(li)更大。

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。