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上海(hǎi)騰拔質構儀(yí)助(zhù)力浙(zhè)江(jiāng)大學(xué)在(zài)Food Chemistry發(fā)文(wén)

更新時間(jiān)：2025-07-02

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近日(rì)，浙江(jiāng)大學生物係統工(gōng)程(chéng)與(yǔ)食品科學學院(yuàn)研究(jiū)人員(yuán)在(zài)國際食品期刊(kān)《Food Chemistry》(中科院一區(qū)，IF=9.8)發表(biǎo)了(liǎo)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(jiū)論文(wén)。在(zài)該論(lùn)文(wén)中，研究人(rén)員利用(yòng)上海(hǎi)騰(téng)拔Universal TA國(guó)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用於測定山藥的(dí)應力(lì)鬆弛行(háng)為(wéi)。

關於waxiness評(píng)估(gū)及其潛(qián)在形成機製的(dí)研(yán)究(jiū)仍然(rán)有(yǒu)限。在本研(yán)究中，我們(mén)通過(guò)整(zhěng)合感官評價和儀器分析，建立了一(yī)種(zhǒng)評估(gū)山藥waxiness的綜合(hé)方(fāng)法。通過(guò)將waxiness評估(gū)解構(gòu)為(wéi)咀嚼和吞咽階段，采用應(yīng)力鬆弛(chí)和(hé)流變學測試(shì)來表征這些階段。係(xì)統地利用(yòng)平衡(héng)模(mó)量（E0），粘度係(xì)數(shù)（η1），稠度(dù)係(xì)數（K*）和損(sǔn)耗模(mó)量(liáng)（G''）等關(guān)鍵參(cān)數(shù)，以準確(què)評(píng)估山藥的waxiness。我(wǒ)們(mén)對(duì)waxiness形(xíng)成機(jī)製(zhì)的研究表(biǎo)明，長(cháng)澱(diàn)粉(fěn)鏈（24 < X < 100 和 5000 < X < 20,000）增強了結(jié)構穩定性，導(dǎo)致 η1 和(hé) G'' 增(zēng)加(jiā)。這些(xiē)鏈整(zhěng)合(hé)到澱粉顆(kē)粒的(dí)結(jié)晶區和無定形區(qū)，從而改(gǎi)善了凝(níng)膠(jiāo)的穩定性，彈性(xìng)和粘度，最(zuì)終增強了山藥(yào)的(dí)waxiness。相反，短支(zhī)鏈(liàn)澱粉(fěn)通(tōng)過(guò)增加澱粉(fěn)凝(níng)膠(jiāo)的(dí) E0 降低(dī)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前(qián)的(dí)研(yán)究，使(shǐ)用質(zhì)構分析儀（Universal TA，上海騰拔(bá)儀器科(kē)技有限(xiàn)公司）進行應力(lì)鬆弛測(cè)試。該測試(shì)測量了(liǎo)材料在(zài)恒定應變下隨(suí)時間的應力響(xiǎng)應(yīng)，旨(zhǐ)在通過(guò)評估(gū)其(qí)粘(nián)彈(dàn)性(xìng)質，建立(lì)一(yī)種(zhǒng)評估固體山藥(yào)塊莖(jīng)waxiness的方(fāng)法(fǎ)。將(jiāng)山(shān)藥樣(yàng)品(pǐn)加工成(chéng)高度(dù)為(wéi) 15mm，直(zhí)徑為 22 mm 的圓柱(zhù)體(tǐ)，並(bìng)在(zài)過量純(chún)水(shuǐ)中煮沸 35 分(fēn)鐘。待樣(yàng)品(pǐn)冷(lěng)卻至 40°C 時(shí)進(jìn)行(háng)測(cè)量(liáng)。使(shǐ)用(yòng) P36R 探頭(tóu)測試(shì)山(shān)藥(yào)的應力(lì)鬆弛，獲取應(yīng)力(lì)鬆弛(chí)數據(jù)。探(tàn)頭以(yǐ) 1 mm/s 的(dí)速(sù)度壓縮(suō)樣品(pǐn) 4.5 mm，並(bìng)在恒(héng)定應變下保(bǎo)持(chí) 120 秒以使應(yīng)力平衡(héng)。廣義麥克斯韋模型廣泛用(yòng)於分析(xī)粘(nián)彈性材(cái)料的應力(lì)鬆弛行(háng)為。該(gāi)模型(xíng)由多個(gè)與自(zì)由(yóu)彈簧並(bìng)聯的麥(mài)克斯(sī)韋單(dān)元(yuán)組(zǔ)成(chéng)，其中每個麥克斯(sī)韋(wéi)單元(yuán)由一(yī)個(gè)彈簧(huáng)和一(yī)個阻尼器串聯構成。壓(yā)縮(suō)過(guò)程中(zhōng)，完整樣品的壓縮區(qū)域在載荷下會出現變化，這(zhè)有(yǒu)助於獲(huò)取(qǔ)力 - 時間(jiān)曲(qū)綫以分析應力鬆弛(chí)行(háng)為。隨後，將鬆弛階段觀察(chá)到的力 - 時(shí)間(jiān)關係擬(nǐ)合至廣義(yì)麥(mài)克(kè)斯韋模型(xíng)的(dí)修(xiū)正版本（公(gōng)式(shì) 2，3）。

其中 σ(t) 為給定時(shí)間的(dí)應力(lì)（Pa），D0 為恒(héng)定(dìng)應(yīng)變（mm），E0 表示(shì)平衡(héng)彈性(xìng)模(mó)量(liáng)，Ei 為理(lǐ)想(xiǎng)彈性元件的彈性模(mó)量(liáng)，n 為(wéi)麥(mài)克(kè)斯韋單元(yuán)的數量，t 表示第(dì) i 個麥(mài)克斯韋單元(yuán)的弛豫時(shí)間，Ti 為各(gè)衰(shuāi)減(jiǎn)過(guò)程的時(shí)間常(cháng)數，ηi 為元件(jiàn) i 的黏度。

為(wéi)了(liǎo)預(yù)測(cè)咀(jǔ)嚼(jiáo)時的(dí)waxiness，我(wǒ)們(mén)利(lì)用(yòng)廣義麥(mài)克(kè)斯韋模型(xíng)（圖 2）分析(xī)了山藥(yào)的(dí)動(dòng)態應(yīng)力(lì)鬆弛(chí)行(háng)為(wéi)，該模型(xíng)常(cháng)用(yòng)於表征粘彈(dàn)性材料的(dí)應(yīng)力鬆弛(chí)特(tè)性(xìng)。研究中(zhōng)采(cǎi)用(yòng)單項和(hé)兩(liǎng)項麥(mài)克(kè)斯韋模型來確(què)定(dìng)應力鬆弛行為，這兩種模型(xíng)均(jūn)可較好(hǎo)地描(miáo)述熟製山(shān)藥(yào)的(dí)粘彈性質。數據(jù)擬合結果(guǒ)顯示，單(dān)項模(mó)型(xíng)的 R² 值(zhí)範圍為 0.9045 至(zhì) 0.9449，平均(jūn)殘差偏(piān)差（MRD）為(wéi) 2.23%–20.13%（表 S6）。然而，單項(xiàng)模(mó)型在(zài) CJ，BZ 和(hé) AS 樣品中(zhōng)未能(néng)收(shōu)斂。相比之(zhī)下，兩項麥(mài)克斯韋(wéi)模(mó)型(xíng)的 R² 值(zhí)更高(gāo)，範圍(wéi)為 0.9918 至 0.9986，且 MRD 值更(gēng)低(dī)（0.51%–4.23%）。這(zhè)些結果表(biǎo)明，兩項(xiàng)麥(mài)克斯(sī)韋模型能(néng)夠更準(zhǔn)確(què)地擬合(hé)熟(shú)製(zhì)山藥的(dí)應力鬆弛(chí)行(háng)為。

麥(mài)克(kè)斯韋(wéi)模型的擬合曲綫如圖 2a 所示(shì)。兩項麥(mài)克斯韋模型的 E0，Ei，Ti 和 η1 參(cān)數見表 S7。E0 反(fǎn)映了(liǎo)材(cái)料在持(chí)續加載時的(dí)剛度(dù)或(huò)彈(dàn)性(xìng)響應(yīng)。在粘彈性材料(liào)中(zhōng)，E0 通常(cháng)與(yǔ)材料(liào)的時間依賴(lài)性(xìng)行(háng)為相關。在所(suǒ)有測試(shì)的山藥樣品(pǐn)中(zhōng)，E0 呈(chéng)現梯度分(fēn)布(bù)，從(cóng) WN 樣(yàng)品的 382.51 Nm⁻¹ 到(dào) XY 樣(yàng)品的(dí) 3978.77 Nm⁻¹ 不等。XY 山(shān)藥的 E0 值最(zuì)高，表(biǎo)明(míng)其(qí)在(zài)長(cháng)期(qī)應力下的變(biàn)形(xíng)最(zuì)小，剛度更大。相比(bǐ)之下(xià)，WN 山藥(yào)的 E0 值zui低(dī)，表(biǎo)明該(gāi)山(shān)藥(yào)品(pǐn)種的鬆(sōng)弛(chí)過程更(gēng)明顯，柔韌(rèn)性(xìng)更(gēng)高(gāo)且(qiě)質(zhì)地更柔(róu)軟(ruǎn)。在(zài)麥克斯(sī)韋(wéi)模型中，每個(gè)單元由代表彈性模量（Ei）的彈(dàn)簧和(hé)代表黏度(dù)係(xì)數（ηi）的阻(zǔ)尼器組成(chéng)，且這些彈(dàn)簧呈串(chuàn)聯(lián)排列。E1 和 E2 捕捉了(liǎo)不(bù)同時間尺(chǐ)度下(xià)的(dí)彈性(xìng)響應，反(fǎn)映了(liǎo)材料在(zài)初始應力和(hé)長期(qī)應力下的(dí)鬆弛(chí)行為。值(zhí)得(dé)注(zhù)意(yì)的(dí)是(shì)，在waxinesszui強的(dí) WN 樣(yàng)品(pǐn)中(zhōng)，E2 高(gāo)於 E1，這表明即(jí)使在初始快速(sù)變形(xíng)後，熟製山藥仍(réng)保留了顯(xiǎn)著的(dí)彈性恢(huī)復(fù)能力。這些結(jié)果(guǒ)表(biǎo)明(míng)，WN 山(shān)藥(yào)在長期(qī)應(yīng)力下會(huì)發(fā)生明顯的(dí)塑性(xìng)變形(xíng)。有趣的(dí)是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的降(jiàng)低，這(zhè)一現(xiàn)象(xiàng)變(biàn)得不那麼(mó)明(míng)顯。黏(nián)度係數(shù) η1 和 η2 代(dài)表材(cái)料(liào)對變(biàn)形的(dí)阻力，每(měi)個(gè)阻(zǔ)尼(ní)器(qì)捕捉黏性行(háng)為的不同方(fāng)麵(miàn)。η1 隨著(zhuó)waxiness屬(shǔ)性(xìng)的增(zēng)強而增(zēng)加，導(dǎo)致(zhì)初(chū)始變(biàn)形更(gēng)慢，表(biǎo)明材(cái)料的(dí)黏(nián)性(xìng)阻(zǔ)力(lì)更大(dà)。

參考(kǎo)文獻：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。