上海(hai)騰(teng)拔質構(gou)儀助力浙江(jiang)大學(xue)在Food Chemistry發文(wen)

近日(ri)，浙(zhe)江(jiang)大學(xue)生物(wu)系(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)與(yu)食品(pin)科(ke)學(xue)學(xue)院研究人(ren)員在國際(ji)食品(pin)期(qi)刊《Food Chemistry》(中科(ke)院壹區，IF=9.8)發表(biao)了題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研究論文(wen)。在該論文(wen)中，研究人(ren)員利用(yong)上海(hai)騰(teng)拔Universal TA國產(chan)質構(gou)儀用(yong)於測(ce)定山藥(yao)的應(ying)力松(song)弛行(xing)為。

關(guan)於waxiness評估(gu)及其(qi)潛在(zai)形(xing)成機(ji)制的研究仍(reng)然有(you)限。在本研究中(zhong)，我們通(tong)過(guo)整合(he)感(gan)官(guan)評價(jia)和儀器(qi)分析(xi)，建(jian)立(li)了壹種(zhong)評估(gu)山(shan)藥(yao)waxiness的綜(zong)合(he)方法。通(tong)過(guo)將waxiness評估(gu)解(jie)構為咀(ju)嚼(jiao)和吞(tun)咽階段，采用(yong)應(ying)力松(song)弛和(he)流(liu)變(bian)學(xue)測(ce)試來表(biao)征(zheng)這些階段(duan)。系(xi)統(tong)地(di)利用(yong)平衡(heng)模(mo)量（E0）、粘度(du)系(xi)數（η1）、稠(chou)度(du)系(xi)數（K*）和(he)損耗(hao)模(mo)量（G''）等關(guan)鍵(jian)參(can)數，以準確評估(gu)山藥(yao)的waxiness。我(wo)們(men)對waxiness形(xing)成機(ji)制的研究表(biao)明，長(chang)澱粉鏈(lian)（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增(zeng)強(qiang)了結構(gou)穩(wen)定性(xing)，導致(zhi) η1 和 G'' 增(zeng)加。這些鏈整合(he)到(dao)澱(dian)粉顆(ke)粒(li)的結(jie)晶區和無(wu)定形(xing)區，從而(er)改(gai)善(shan)了凝(ning)膠的穩(wen)定性(xing)、彈性(xing)和粘(zhan)度，最(zui)終增(zeng)強(qiang)了山藥(yao)的waxiness。相(xiang)反，短支(zhi)鏈澱(dian)粉通(tong)過(guo)增(zeng)加澱粉凝(ning)膠的 E0 降(jiang)低(di)了waxiness強度(du)。

根據(ju)先(xian)前的研究，使用(yong)質構(gou)分析(xi)儀（Universal TA，上海(hai)騰(teng)拔儀器(qi)科技(ji)有(you)限公(gong)司(si)）進行(xing)應(ying)力松(song)弛測(ce)試。該測(ce)試測(ce)量了材(cai)料(liao)在恒(heng)定應(ying)變下(xia)隨時(shi)間的應(ying)力響(xiang)應(ying)，旨在(zai)通(tong)過(guo)評估其粘(zhan)彈(dan)性(xing)質，建(jian)立(li)壹種(zhong)評估(gu)固體山(shan)藥(yao)塊莖(jing)waxiness的方法。將山藥(yao)樣品(pin)加工成高(gao)度(du)為 15mm、直徑為 22 mm 的圓(yuan)柱(zhu)體，並在過(guo)量純水中煮(zhu)沸 35 分鐘(zhong)。待(dai)樣品(pin)冷卻至(zhi) 40°C 時(shi)進行(xing)測(ce)量。使用(yong) P36R 探頭(tou)測(ce)試山(shan)藥(yao)的應(ying)力松(song)弛，獲(huo)取應(ying)力松(song)弛數據(ju)。探頭(tou)以 1 mm/s 的速(su)度(du)壓(ya)縮(suo)樣品(pin) 4.5 mm，並在恒(heng)定應(ying)變下(xia)保持 120 秒以使應(ying)力平衡(heng)。廣義麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型廣泛用(yong)於分析(xi)粘(zhan)彈(dan)性(xing)材(cai)料(liao)的應(ying)力松(song)弛行(xing)為。該模(mo)型由(you)多(duo)個(ge)與(yu)自由彈簧並聯(lian)的麥克(ke)斯(si)韋(wei)單(dan)元(yuan)組(zu)成，其(qi)中(zhong)每個(ge)麥克(ke)斯(si)韋(wei)單(dan)元(yuan)由壹個(ge)彈簧和壹個(ge)阻尼(ni)器(qi)串聯(lian)構(gou)成。壓(ya)縮(suo)過程(cheng)中，完整樣品(pin)的壓(ya)縮(suo)區域在(zai)載(zai)荷下會(hui)出(chu)現(xian)變(bian)化(hua)，這(zhe)有(you)助(zhu)於獲取力 - 時(shi)間曲線(xian)以分析(xi)應(ying)力松(song)弛行(xing)為。隨後，將松(song)弛階(jie)段(duan)觀(guan)察到(dao)的力(li) - 時(shi)間關(guan)系(xi)擬合(he)至(zhi)廣義麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型的修正(zheng)版(ban)本（公(gong)式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給(gei)定時(shi)間的應(ying)力（Pa），D0 為恒(heng)定應(ying)變（mm），E0 表(biao)示平衡(heng)彈(dan)性(xing)模(mo)量，Ei 為理(li)想彈(dan)性(xing)元(yuan)件的彈(dan)性(xing)模(mo)量，n 為麥克(ke)斯(si)韋(wei)單(dan)元(yuan)的數量，t 表示(shi)第(di) i 個(ge)麥克(ke)斯(si)韋(wei)單(dan)元(yuan)的弛(chi)豫(yu)時(shi)間，Ti 為各(ge)衰(shuai)減(jian)過程的時(shi)間常數，ηi 為元(yuan)件 i 的黏(nian)度(du)。

為了預測(ce)咀(ju)嚼(jiao)時(shi)的waxiness，我(wo)們(men)利用(yong)廣義麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型（圖(tu) 2）分析(xi)了山藥(yao)的動態應(ying)力松(song)弛行(xing)為，該模(mo)型常用(yong)於表征(zheng)粘彈(dan)性(xing)材(cai)料(liao)的應(ying)力松(song)弛特性(xing)。研究中(zhong)采用(yong)單(dan)項(xiang)和(he)兩(liang)項麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型來確(que)定應(ying)力松(song)弛行(xing)為，這(zhe)兩(liang)種(zhong)模(mo)型均(jun)可(ke)較(jiao)好(hao)地(di)描(miao)述熟(shu)制山(shan)藥(yao)的粘(zhan)彈(dan)性(xing)質。數據(ju)擬合(he)結(jie)果(guo)顯(xian)示，單(dan)項(xiang)模(mo)型的 R² 值(zhi)範(fan)圍(wei)為 0.9045 至(zhi) 0.9449，平均殘(can)差偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表(biao) S6）。然而(er)，單(dan)項(xiang)模(mo)型在(zai) CJ、BZ 和 AS 樣品中未能(neng)收(shou)斂。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，兩(liang)項麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型的 R² 值(zhi)更(geng)高，範(fan)圍(wei)為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且(qie) MRD 值(zhi)更(geng)低（0.51%–4.23%）。這(zhe)些結果(guo)表(biao)明(ming)，兩(liang)項麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型能(neng)夠更(geng)準確地(di)擬合(he)熟(shu)制山(shan)藥(yao)的應(ying)力松(song)弛行(xing)為。

麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型的擬合(he)曲線(xian)如(ru)圖(tu) 2a 所(suo)示。兩項麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型的 E0、Ei、Ti 和(he) η1 參(can)數見(jian)表(biao) S7。E0 反映了材(cai)料(liao)在持續加載時(shi)的剛度或(huo)彈性(xing)響(xiang)應(ying)。在粘(zhan)彈性(xing)材(cai)料(liao)中，E0 通(tong)常與(yu)材(cai)料(liao)的時(shi)間依賴(lai)性(xing)行為相(xiang)關(guan)。在所(suo)有(you)測(ce)試的山(shan)藥(yao)樣品(pin)中(zhong)，E0 呈現(xian)梯度(du)分布(bu)，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm⁻¹ 到(dao) XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm⁻¹ 不(bu)等。XY 山(shan)藥(yao)的 E0 值(zhi)最(zui)高，表(biao)明(ming)其(qi)在長(chang)期(qi)應(ying)力下(xia)的變(bian)形(xing)最小(xiao)，剛度更(geng)大。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，WN 山(shan)藥(yao)的 E0 值(zhi)zui低(di)，表明(ming)該山藥(yao)品種(zhong)的松(song)弛過(guo)程(cheng)更(geng)明(ming)顯(xian)，柔(rou)韌(ren)性(xing)更高(gao)且(qie)質地(di)更(geng)柔(rou)軟(ruan)。在麥克(ke)斯(si)韋(wei)模(mo)型中(zhong)，每個(ge)單(dan)元(yuan)由代(dai)表彈(dan)性(xing)模(mo)量（Ei）的彈(dan)簧和代(dai)表(biao)黏度系(xi)數（ηi）的阻尼(ni)器(qi)組(zu)成，且(qie)這(zhe)些彈簧呈串(chuan)聯(lian)排(pai)列。E1 和 E2 捕(bu)捉了不(bu)同(tong)時(shi)間尺度(du)下的彈(dan)性(xing)響(xiang)應(ying)，反映了材(cai)料(liao)在初(chu)始(shi)應(ying)力和(he)長(chang)期(qi)應(ying)力下(xia)的松(song)弛行(xing)為。值(zhi)得(de)註(zhu)意(yi)的是，在waxinesszui強(qiang)的 WN 樣(yang)品(pin)中，E2 高(gao)於 E1，這表(biao)明即(ji)使在(zai)初始(shi)快速(su)變(bian)形(xing)後，熟(shu)制山(shan)藥(yao)仍保(bao)留了顯(xian)著的彈(dan)性(xing)恢(hui)復能(neng)力。這(zhe)些結果(guo)表(biao)明(ming)，WN 山(shan)藥(yao)在長(chang)期(qi)應(ying)力下(xia)會(hui)發生(sheng)明(ming)顯(xian)的塑(su)性(xing)變形(xing)。有(you)趣的是，隨著(zhe)waxiness屬性(xing)強度(du)的降(jiang)低(di)，這壹現(xian)象(xiang)變(bian)得(de)不(bu)那麽(me)明(ming)顯(xian)。黏度(du)系(xi)數 η1 和(he) η2 代(dai)表(biao)材(cai)料(liao)對變(bian)形(xing)的阻力(li)，每個(ge)阻尼(ni)器(qi)捕(bu)捉黏(nian)性(xing)行為的不(bu)同(tong)方面。η1 隨著(zhe)waxiness屬性(xing)的增(zeng)強(qiang)而(er)增(zeng)加，導致(zhi)初(chu)始(shi)變(bian)形(xing)更慢，表明(ming)材(cai)料(liao)的黏(nian)性(xing)阻力(li)更(geng)大。