基于線性規(guī)劃的高膳食纖維減肥代餐粉的配方設計

高 路, 胡良焱, 陳 悅, 古桑白珍, 單秀峰

(沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034)

0 引 言

代餐粉是一種以谷類、豆類、薯類代餐粉食材等為主,其他屬類植物的根、莖、果實等可食用部分為輔制成的一種單一或綜合性沖調粉劑產品[1]。代餐粉不僅可以替代人們的日常飲食[2],還具有方便即食、易于貯藏和運輸?shù)膬?yōu)點,因而越來越受到消費者的青睞。為適應市場需要并滿足消費者需求,研究人員開發(fā)了針對不同人群的代餐粉。針對肥胖人群,李鐵梅[3]研制了以馬鈴薯全粉為主要原料,輔以葡萄籽提取物和魔芋粉的代餐粉。針對高血脂人群,張李、聶詩明[4]開發(fā)了一款以海帶粉、瓊脂粉、胖大海粉、冷榨亞麻籽油為主要原料的代餐粉;趙嬌嬌等[5]研制出一款以莜麥粉、苦蕎粉為原料,木糖醇為輔料的降糖代餐粉。針對高血糖引發(fā)的糖尿病患者,廖傳仙等[6]研制了一款以黑木耳粉、桑葚果粉、魔芋精粉為主原料的代餐粉,同時發(fā)現(xiàn)黑木耳、桑葚果粉及魔芋精粉中的活性多糖之間有協(xié)同增效作用,可提高產品的總體抗氧化水平。張麗娟等[7]以黑苦蕎粉、葛根粉、苦瓜仁粉、燕麥粉為主要原料,并輔以脫脂乳粉、藕粉、木糖醇、甜菊苷,開發(fā)了一款具有降血糖功效的代餐粉。針對愛美人士,馮彥君[8]研制了以發(fā)酵后的大麥苗為主要原料的麥苗酵素代餐粉,該代餐粉有利于人體的抗氧化功能的提升;鄭文雄等[9]研發(fā)了以金花茶粉、燕麥粉、蕎麥粉為主要原料,以紅棗粉、木糖醇為輔料的金花茶天然抗氧化五谷代餐粉,不僅滿足了現(xiàn)代人對美容養(yǎng)顏的追求,還能改善人體的健康狀況。

目前減重已成為社會廣泛關注的話題。2017年,中國營養(yǎng)學會發(fā)布了《中國肥胖預防與控制藍皮書》,將代餐列為健康有效的減肥方式之一。由于人們生活方式的改變,超重與肥胖已經成為威脅人類健康的重要因素,是引發(fā)高血壓、糖尿病、心腦血管疾病及癌癥等許多慢性病的重要危險因素。消費者越來越傾向選擇營養(yǎng)代餐作為有效的減肥方法來代替過去的節(jié)食減肥。雜糧是兼?zhèn)涫朝煿δ艿膬?yōu)質谷物,富含多種活性營養(yǎng)成分[10],雖不能被人體消化吸收,但具有吸水膨脹作用,可使人產生飽腹感,同時能將附著在腸道內的脂肪物質一并排出,減少了脂肪在體內的蓄積,是人們減肥降脂瘦身飲食的首選[11]。利用不同種雜糧之間的互補作用,可進一步豐富食品的營養(yǎng)成分,提高食品的功能性[12]。本研究以大麥、黃豆、黑米、薏米、燕麥、麩皮為原料,依據(jù)人體膳食營養(yǎng)成分適宜攝入量(adequate intake,AI),結合LINGO軟件以及模糊數(shù)學感官評價進行配方設計,期望為高膳食纖維食品的開發(fā)提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

膠南大麥,產地青島;東農42號黃豆,產地牡丹江;延慶薏米,產地延慶;黃燕麥,產地青海;白麥麩皮,產地甘肅;黑寶黑米,產地哈爾濱。VB2和VC,中國醫(yī)藥集團上?；瘜W試劑公司;碳酸鈣、氯化鈉,沈陽沈一精細化學品有限公司;富硒酵母(硒含量為1 000 mg·kg-1),濟寧宏明化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JTM60膠體磨,沈陽市香洋機械廠;Scientz-150高壓均質機,寧波新芝生物科技股份有限公司;SD-1500實驗型噴霧干燥機,上海沃迪科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料→除雜、浸泡、去皮→膠體磨→50目過濾→高壓均質→噴霧干燥→減肥代餐粉。

1.3.2 操作要點

將6種原料分別除雜,去除霉變顆粒、不飽滿顆粒、沙粒等。將除雜后的原料清洗干凈,大麥、薏米、燕麥、麩皮、黑米在清水中浸泡4 h;去皮的黃豆于0.3%碳酸氫鈉溶液中浸泡10 h,因其蛋白質含量較高,用碳酸氫鈉浸泡既可使蛋白質的溶解度增大,又能除去黃豆中的豆腥味[13]。然后把6種原料混合加水(料液比為1∶6)后用膠體磨打漿,50目篩過濾后備用。將混合漿液進行高壓均質處理,均質條件為:均質壓力40 MPa、均質時間2～5 min,再進行噴霧干燥,噴霧干燥參數(shù)為:噴霧壓力0.20 MPa、進料流量400 mL·h-1、進風溫度160 ℃、熱風流量45 m3·h-1,即得減肥代餐粉。

1.3.3 配方設計

設Xi為各原料所需質量,單位為g,其中,X1為大麥、X2為黃豆、X3為黑米、X4為薏米、X5為燕麥、X6為麩皮。

1.3.3.1 配方設計要求

人體膳食營養(yǎng)素適宜攝入量、可耐受最高攝入量參照中國疾病預防控制中心營養(yǎng)與健康所最新編著的《中國食物成分表》[14]及FAO/WHO的標準[15],具體見表1、表2。

表1 人體膳食營養(yǎng)素適宜攝入量/餐Table 1 Adequate intake of dietary nutrients in human body/meal

表2 人體膳食營養(yǎng)素可耐受最高攝入量/dTable 2 Tolerable upper intake level of dietary nutrients in human body/day

1.3.3.2 原料中各營養(yǎng)成分含量

選用大麥、黃豆、黑米、薏米、燕麥、麩皮作為原料制備減肥代餐粉,各原料營養(yǎng)成分[14]及價格見表3。

表3 原料各營養(yǎng)成分含量及價格/100gTable 3 Nutrient contents and prices of raw materials/100g

1.3.3.3 線性規(guī)劃配方設計

以減肥代餐粉價格為目標函數(shù):

以人體對主要營養(yǎng)成分的需求量為約束條件:

能量: 327.00X1+390.00X2+341.00X3+361.00X4+338.00X5+282.00X6≥783.34×100

蛋白質: 10.20X1+35.00X2+9.40X3+12.80X4+10.10X5+15.80X6≥20.00×100

脂肪: 1.40X1+16.00X2+2.50X3+3.30X4+0.20X5+4.00X6≥21.76×100

碳水化合物: 73.30X1+34.20X2+72.20X3+71.10X4+77.40X5+61.40X6≥40×100

膳食纖維: 9.90X1+15.50X2+3.90X3+2.00X4+6.00X5+31.30X6≥8.34×100

1.3.4 模糊數(shù)學感官評價

表4 減肥代餐粉感官品質評定標準Table 4 Criteria for sensory quality assessment of weight loss meal replacement powder

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用LINGO11軟件進行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結果與分析

2.1 線性規(guī)劃設計

根據(jù)線性規(guī)劃設計出5組減肥代餐粉配方(表5),5種配方的價格排序為:配方1<配方2<配方3<配方4<配方5。

2.2 模糊數(shù)學感官評價

對5組配方進行模糊數(shù)學感官評價,評價結果見表6。

由表6可知:以配方1的色澤為例,2人給5分,3人給4分,3人給3分,2人給2分,0人給1分。配方1到配方5的模糊矩陣分別為R1,R2,R3,R4,R5。

同理得

在5組配方中,配方2的模糊數(shù)學感官評分明顯高于其他4組,且配方2價格較低。在產品感官評價基礎上,綜合原料成本考慮,配方2為優(yōu)選。

2.3 營養(yǎng)強化設計

通過對人體適宜攝入量和線性規(guī)劃設計結果的對比,配方2中有部分營養(yǎng)成分尚未達到AI值,故可添加營養(yǎng)強化劑來補充。經核算,配方中加入VB20.02 mg,VC33.34 mg、碳酸鈣35.36 mg、氯化鈉1 240.84 mg及富硒酵母8.31 mg(富硒酵母中硒含量以1 000 mg·kg-1計)即可滿足要求。

3 結 論

本試驗以大麥、黃豆、黑米、薏米、燕麥、麩皮為原料,采用線性規(guī)劃法進行配方設計,結合模糊數(shù)學感官評價優(yōu)化配方,所得的減肥代餐粉配方為:大麥3.00 g、黃豆114.36 g、黑米116.36 g、薏米9.00 g、燕麥7.00 g、麩皮5.00 g,并加入VB20.02 mg,VC33.34 mg、碳酸鈣35.36 mg、氯化鈉1 240.84 mg和富硒酵母8.31 mg。該減肥代餐粉色澤均勻,氣味宜人,口感和沖調性良好,按照人體對AI值的需求制定,營養(yǎng)成分均衡,富含膳食纖維(膳食纖維量為AI值的2.96倍),在保證人體營養(yǎng)成分正常攝入的同時能起到減肥瘦身的作用,可為進一步開發(fā)雜糧代餐粉提供有益參考。后續(xù)還將對代餐粉的理化特性等進行進一步的測定。

致謝感謝沈陽師范大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(X202110166154)的支持。