基于线性规划法的高膳食杂粮馒头粉的研究

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

膳食纤维主要由非淀粉多糖组成，可以减少小肠对葡萄糖的吸收，减缓淀粉水解，对降低血胆固醇、预防糖尿病、高血脂、冠心病、高血压均有良好的作用[1-5]。根据中国营养学会颁布的中国居民膳食营养素参考摄入量要求，膳食纤维每人每天的适宜摄入量为30.2 g，然而，根据全国膳食调查结果发现，全国居民总膳食纤维平均摄入量约为13 g/d[6]。显然，目前我国居民膳食纤维的摄入量仅为推荐摄入量的一半左右。

馒头是中国日常主食之一，尤其在北方，几乎三餐均有。馒头主要原料为小麦粉，小麦粉中膳食纤维含量一般在 0.9 g/100 g～4.1 g/100 g，含量较低[7]。而在膳食纤维来源中，植物原料来源最为广泛，尤其是一些豆类、杂粮中膳食纤维含量较高。因此，对于馒头复配杂粮粉的研究成为人们关注的热点。

线性规划法（LP）属于运筹学中的一种最实用的求解方法，它设计出的配方不仅能满足各种营养素的要求，同时，该配方中的各种原料的复配在相同的营养条件下，是最经济实惠的[8]。田三德等[9]采用线性规划的方法对婴儿断奶期辅助食品进行配方设计研究，确定了以谷物、乳粉为主要原料的最佳配比，并满足了必需氨基酸合理的配比。何建君等[10]以5种果蔬汁为原料的基础上，采用Excel软件线性规划求解，满足营养均衡和成本最低的原则，确定出两个最优配方。沈彤等[11]以能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、钙、铁和锌含量作为限制性条件，利用线性规划法分析各营养素与含量的关系。因此，本文以豆渣粉、青稞粉、全麦粉、荞麦粉4种杂粮粉为复配原料，利用线性规划法对高膳食杂粮馒头粉进行研究，以满足居民每日所需膳食纤维摄入量。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

利达面粉、全麦粉：市售；豆渣粉和青稞粉：天津科技大学食品工程与生物技术学院农产品物流保鲜与加工研究方向-保鲜包装实验室提供；荞麦粉：山西雁门清高食业有限责任公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；食品级聚乙烯薄膜包装袋：天津恺瑞康科技有限公司。

1.1.2 仪器

SM-168SMurenking和面机：深圳牧人电器五金制品有限公司；KZ60型电热蒸汽蒸饭柜：广东省佛山市乐创科技有限公司；STPV-10型发酵箱：中山市圣托电器有限公司；TA.XT.Plus食品物性测试仪：英国Stable Micro System公司；HTC-1温湿度计：长春泰恒仪器表有限公司；JM-A10002电子天平：特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 配方设计

采用规划求解的方法设计高膳食杂粮馒头粉的配方。

1.2.2 高膳食杂粮馒头的制作工艺流程

依照国标GB/T 21118-2007《小麦粉馒头》中提出的馒头制作方法[12]，并稍做改动，采用一次发酵的方法完成[13]，具体操作工艺如下：

1.2.3 杂粮粉营养指标的测定

各原料粉中的膳食纤维参照GB/T 22224-2008《食品中膳食纤维的测定酶重量法和酶重量法-液相色谱法》进行测定[14]；脂肪含量的测定依据GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的测定》测定[15]；碳水化合物的测定依据GB 5009.7-2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》测定[16]；蛋白质含量的测定依据GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定[17]；参照王翰华的方法对各复配粉中芦丁含量进行测定[18]。

1.2.4 感官评价

本研究中由青稞粉制成杂粮馒头，参照小麦粉馒头GB/T 21118-2007规定的评价方法进行感官评定[12]，评价标准略做改进。

将馒头分切成块，由10名具有一定品评经验的品尝人员组成评定小组，进行感官评定，取10人评分的平均值作为最终的感官评分，具体评分标准见表1。

表1 感官评价表Table 1 The sensory evaluation standards of steamed bread

续表1 感官评价表Continue table 1 The sensory evaluation standards of steamedbread

1.2.5 数据统计及分析

对所得数据采用Excel软件和SPSS软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 配方设计

5种原料粉的价格如表2所示，表中荞麦粉价格为天津金港滨食品科技开发有限公司收购价格，全麦粉、青稞粉和豆渣粉为市售价格。

表2 原料粉价格表Table 2 The price of raw material

设定每个配方中混合粉的总重量为100 g，应用Excel规划求解法进行设计，具体如表3所示。

表3 原料配方计算表的设计Table 3 The design of formula calculation table

将膳食纤维含量不低于10%约束条件设为最大值，设置每种粉的最大、最小用量的约束条件，得到规划求解参数的约束条件，具体如下表4所示。

表4 规划求解参数的约束条件Table 4 The constraints of the programming solution parameters

2.2 规划求解优化设计结果

设计线性规划原料配方1为：小麦粉60%，豆渣粉10%，青稞粉30%，运算结果如表5。

表5 杂粮馒头粉配方运算结果（目标和可变单元格表）Table 5 The calculation results of grains steamed bread powder formula（The table of the target and changeable cells）

由表5可知，在满足所有条件的基础上，杂粮混合粉基础配方中膳食纤维最高可达11.52%。配方1混合粉的价格为5.1元/kg。

根据配方设计要求膳食纤维含量不低于10%即可，因此，按照上述方法，将膳食纤维目标值分别设定为11、10.5、10 g/100 g时，经规划求解，可得到另外4个最优配方 2、3、4、5，具体如表 6 所示。

由表6可知，4个配方中膳食纤维含量均不低于10%。其中，配方5价格最为经济。

表6 规划求解配方结果Table 6 The formula results of the programming solution

2.3 不同配方复合粉的产品性能比较

2.3.1 复合粉营养成分对比分析

将5种基础配方与小麦粉的营养成分进行对比分析，结果见表7。

表7 各配方营养成分表Table 7 The list of nutrition ingredients of every formula

通过表7可知，复配后的混合粉各种营养成分除碳水化合物外，都有所提高，蛋白质含量提高了近3%，脂肪含量提高了80%左右，而膳食纤维含量高达10%以上。这主要是由于杂粮粉中碳水化合物含量低，复配到小麦粉中后，降低了小麦粉中的碳水化合物含量。而杂粮粉中膳食纤维含量较高，尤其是豆渣粉和青稞粉的添加，大大提高了混合粉中的膳食纤维含量。由于荞麦粉的加入，混合粉中还增加了芦丁成分。据研究发现，荞麦粉中芦丁具有降低毛细血管脆性，降血脂、降血糖、抗氧化等作用[19-21]。因此，复配后的馒头粉营养价值更高。

从表7可以看出，5个复配配方中膳食纤维和蛋白质含量逐渐降低，配方1中膳食纤维和蛋白质含量最高，但不含芦丁等功能性成分。配方4中脂肪、碳水化合物和芦丁含量最高，膳食纤维含量为10%，在符合设计的要求的基础上，营养成分更全面，保健价值更高。

2.3.2 杂粮馒头感官品质对比

将表5和表6中的各种配方按照2.2方法制作杂粮馒头，并按照2.3方法对杂粮馒头进行感官品质评价，感官评分结果如表8所示。

表8 基础配方的感官评分Table 8 The sensory score of basic formula

通过表8可知，杂粮馒头比容和弹韧性评分明显较低，这主要是由于混合粉中面筋含量减少，导致面团持气性差，在面团醒发过程中，不能形成良好的面筋网络结构，导致馒头的比容较小，弹性较差。从表中可以看出，按照配方4制作的杂粮馒头感官评分最高，其次为配方5，而配方1制作的杂粮馒头评分最低，比容最小。

从营养角度及杂粮馒头蒸煮试验研究结果，结合表6中各个配方的价格，配方4营养比例最为合理，杂粮馒头的感官评分最高。因此，最佳基础配方为：小麦粉60.6%，豆渣粉10%，青稞粉11.2%，全麦粉9.5%，荞麦粉8.7%。

3 结论

利用线性规划，以膳食纤维含量不低于10%为主要约束条件，求解高膳食复配杂粮粉最优配方，最终求得5个配方。按照各复配粉配方蒸制馒头，并对其进行感官评价和营养成分测定。结果表明，配方4营养价值较高，杂粮馒头的感官评分也最高，因此，确定配方4为高膳食复配杂粮粉的最优配方，具体为：小麦粉60.6%，豆渣粉10%，青稞粉11.2%，全麦粉9.5%，荞麦粉8.7%。

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