沙米复配代餐粉的配方优化与蛋白质营养评价

田 莉，赵宇慧，张 丽，宋玉霞

（宁夏农林科学院农业生物技术研究中心, 宁夏银川 750002）

沙米（Agriophyllum squarrosum） 也叫沙蓬，属于苋科，在植物学上与藜科有亲缘关系[1]。主要分布于亚洲的沙漠和半沙漠地区，不同产区沙米中的淀粉、粗蛋白、粗脂肪等组分含量略有不同[2-5]。沙米淀粉颗粒较小、具有较好的热稳定性，且抗剪切能力强，具有较好的加工特性[6-8]； 沙米中的蛋白含量相对于其它谷物较高，且氨基酸种类丰富足以满足人类对饮食中蛋白质氨基酸的需求[9-11]；沙米不饱和脂肪酸含量丰富[12]，Ca、Mg、Zn、Fe等元素的含量都高于常见谷物[13]，且富含绿原酸、皂苷、生物碱、类黄酮和低聚糖等[14-16]多种生物活性成分，具有抗氧化[17-18]、降血糖[19-20]、降血脂[21]等功能特性。综上所述，沙米不仅有较高的加工特性，还是一种具有高营养价值的潜在粮食作物，具有广阔的市场前景。

代餐粉是以谷物为原料，添加其他辅料及营养素，制备而成的一类低热量、易饱腹，具有一定功能特性的食品。目前国内外对代餐产品的研究主要集中在均衡营养、控制体重，从而达到健康减重目的的研究上，并且研发出了一些能够满足人体必需营养素需求的，且具有肠道微生物菌群调节功能的可以有效控制体重的代餐粉产品[22-25]。本研究通过对沙米代餐粉的配方进行优化，以提升沙米代餐粉的适口性，实验以熟化沙米粉为原料，添加复配大豆分离蛋白粉、乳清蛋白粉、赤小豆粉、炒白芸豆粉，以优化蛋白组成；添加魔芋粉和菊粉提高产品的饱腹感，延长胃排空时间；以薏米、枸杞、苁蓉、燕麦、藜麦、玉米糁、南瓜籽、紫苏籽粉和芝麻等的复配，丰富代餐粉的营养成分[26-33]，在控制能量摄入的同时，平衡膳食营养。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

沙米种子 宁夏农林科学院农业生物技术研究中心；肉苁蓉 宁夏计蓉高新技术产业有限公司；大豆分离蛋白粉、乳清蛋白粉、魔芋粉和菊粉 银川昕泰昌盛生物有限公司；其它原料 均购自宁夏新百连超森林公园店。

9101型旋风式微型高速样品粉碎机 北京检测仪器有限公司；SK2105型电磁炉 山东九阳生活电器有限公司；HH-S4电烤箱 北京科伟永兴仪器有限公司；DT802A型电子天平 常熟市佳衡仪器有限公司；7800电感耦合等离子体质谱仪 美国安捷伦公司；LC-20AB高效液相色谱仪 日本岛津公司；L-8900 型氨基酸分析仪 日本日立株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理 将沙米、赤小豆、薏米、燕麦、藜麦、玉米糁等精选、除杂，于60 ℃烘干5 h后，采用烘焙熟化，熟化温度为150 ℃，时间为20 min；将各组分超微粉碎后过100目筛备用；枸杞精选、除杂后采用真空冷冻干燥（真空度为50 Pa，冷肼温度-60 ℃，加热板温度80 ℃，干燥时间20 h）处理后，超微粉碎过100目筛备用；肉苁蓉利用微波真空干燥（50～60 ℃，-10～-6 Pa微波条件下干燥15～20 min）处理后超微粉碎，过100目筛备用。

1.2.2 配料的组成设置 根据《中国居民膳食营养指南》[34]及“减肥用低能量食品配方标准”[35]选择配料的组成。配方中主要成分包括沙米粉；杂粮粉（薏米、枸杞、苁蓉、燕麦、藜麦、玉米糁、南瓜籽、紫苏籽粉、芝麻，比例为13:16:13:16:26:3:6:6:1）；杂豆粉（大豆分离蛋白粉、乳清蛋白粉、赤小豆粉、炒白芸豆粉，比例为33:47:5:15）和填充粉（魔芋粉、菊粉，比例为 1:1）。

1.2.3 代餐粉配方优化试验设计 以感官评分为指标，设计优化试验优化各组分在一定范围内的配比对感官品质的影响（表1）。为沙米粉添加量、杂粮粉添加量、杂豆粉添加量以及填充粉添加量，各组分质量分数之和为100%，进行混料试验设计，优选出口感最佳的质量配比。

表1 沙米复合代餐粉粉各粉料范围Table 1 The range of Agriophyllum sargassum compound meal replacement powder

1.2.4 沙米复合代餐粉的感官评价 将所制备的代餐粉用150 mL 80 ℃水冲调后，挑选代餐粉爱好者10人（男女比例 1:1） 组成感官评定小组，进行感官评定（表2）。

表2 沙米复合代餐粉的感官评分表Table 2 Sensory value standard of Agriophyllum sargassum compound meal replacement powder

1.2.5 营养指标测定 碳水化合物含量参考GB/Z 21922-2008中利用减法计算；蛋白质含量采用GB 5009.5-2016凯氏定氮法测定；脂肪含量采用GB 5009.6-2016索氏抽提法测定；膳食纤维含量采用GB5009.88-014酶重量法测定；维生素C含量的测定：参照 GB /T 5009.86-2016 2,6-二氯靛酚滴定法测定；烟酸含量的测定：参照 GB /T 5009.89-2016高效液相色谱法测定；矿物质元素及重金属元素含量采用GB 5009.268-2016 ICP-MS法测定；氨基酸含量的测定: 参照 GB /T 5009.124-2016氨基酸分析仪法。

1.2.6 代餐粉配方优化试验设计蛋白质营养价值评价 必需氨基酸指数（EAAI）、生物价（BV）、营养指数（NI） 采用Bano和FAO推荐的方法计算[36-37]；氨基酸比值系数（RCAA）和氨基酸比值系数分（SRCAA），采用朱圣陶推荐的方法计算[38]。

式中: AX为样品蛋白质中必需氨基酸的含量，mg/g Pro ；AS为 FAO/WHO 标准模式相应必需氨基酸的含量，表示其平均值；CV为RCAA的变异系数；n为必需氨基酸个数；A、B…I为样品蛋白质的必需氨基酸含量，mg/g Pro；AE、BE… IE为 FAO/WHO 标准模式的必需氨基酸含量，mg/g Pro； PP 为样品蛋白质的百分含量，% 。

1.3 数据处理

营养成分指标重复测定3次，取平均值，数据统计分析采用Excel 2010进行。

2 结果与分析

2.1 混料试验设计结果分析及回归方程的建立

使用统计分析软件Design Expert 11对混料试验结果进行回归分析（表3），得到感官评分（Y）与沙米粉（A）、杂粮粉（B）、杂豆粉（C）、填充粉（D）的回归方程为：

表3 混料试验设计方案及结果Table 3 Design and the results of D-optimal mixture

对回归模型实行方差分析见表4，由表4可知，模型显著(P＜0.01)，失拟度不显著(P＞0.05)，响应值的决定系数R2=0.9637，说明该模型能够较准确且真实地模拟、预测沙米复合代餐粉的感官评分。

表4 回归方程的方差分析Table 4 Analysis of variance for regression equation model

2.2 三元曲面图分析

使用统计分析软件 Design-Expert 11 在回归模型的基础上，沙米粉（A）、杂粮粉（B）、杂豆粉（C）以及填充粉（D）四因素交互作用的曲面 3D 图，沙米粉、杂粮粉、杂豆粉及填充粉交互作用对感官评价的影响如图1 所示， 当沙米粉、杂粮粉、杂豆粉及填充粉取适宜替代比例时，对沙米复合代餐粉的感官评价有极大值，该极大值存在于响应面的顶端。

图1 沙米粉（A）、杂粮粉（B）、杂豆粉（C）及填充粉（D）对沙米复合代餐粉感官评分影响的3D图Fig.1 3D response surface of the effects of sensory evaluation of Agriophyllum sargassum powder(A), mixed grain powder(B),mixed beans powder(C) and filling powder(D)

2.3 验证实验

使用统计分析软件 Design-Expert 11 ，以感官评价为响应值得到最优组合为沙米粉22.15%、杂粮粉39.85%、杂豆粉34.7%及填充粉4.3%，其感官评分预测值为82.75，根据实际情况调整为沙米粉22%、杂粮粉39%、杂豆粉35%及填充粉4%。经过3次验证实验取平均值，在此配方条件下，沙米复合代餐粉的平均感官评价为83，与预测值吻合，表明试验得到的模型拟合度较高。

2.4 沙米代餐粉的营养成分含量

由表5可知，沙米复合代餐粉能量较低且蛋白质、膳食纤维含量较高，在满足基本营养需求的同时，增强饱腹感，减少其他食物的摄入量，且作为填充粉的菊粉可改善血脂状况和肠道环境，降低高血脂及结肠癌的风险[39-42]。另外，沙米复合代餐粉中维生素C含量达210.68 mg/100 g，微量元素中Ca、Mg 和 Zn 含量较高，分别为 211.76、164.64、22.83 mg/100 g。

表5 代餐粉基本营养成分含量Table 5 Contents of basic nutrients of meal powder

2.5 氨基酸组成

结果如表6所示，沙米复合代餐粉氨基酸种类丰富，组氨酸、苏氨酸、精氨酸、缬氨酸含量均较高。其中缬氨酸、苏氨酸为人体必需氨基酸，而精氨酸是一种双基氨基酸，对成人来说虽然不是必需氨基酸，但其具有多种生理功能，如促进伤口愈合、调节免疫力等。

表6 代餐粉氨基酸组成及含量Table 6 Amino acid composition and content of meal powder

食物蛋白质的营养价值取决于氨基酸的组成和比例，氨基酸的比例越接近 FAO/WHO 的推荐模式，其蛋白质的营养价值越高。RCAA是样品氨基酸与FAO 模式氨基酸相当量的比值，若该比值越接近 1，则其模式越接近推荐模式，表7沙米复合代餐粉中亮氨酸的RCAA 值最低为 0.45，则沙米复合代餐粉的第一限制氨基酸为亮氨酸。 SRCAA值是以各种氨基酸偏离氨基酸模式的离散度来评价蛋白质的质量，根据计算得到沙米复合代餐粉的SRCAA为82.02 ,与 FAO/ WHO 推荐必需氨模型的符合程度较好。EAAI 指样品蛋白质与 FAO/WHO 模式蛋白的接近程度，沙米复合代餐粉的EAAI值为63.14；生物价（BV）指食物中蛋白质经消化吸收后的利用程度，BV越高，该种蛋白质吸收消化后的利用程度就越高，沙米复合代餐粉的BV值为57.12，能够被人体较好的消化吸收；营养指数（NI）综合考虑了蛋白质的含量和氨基酸组成，沙米复合代餐粉的NI值为10.92，是一种高蛋白含量，且蛋白质营养价值较高的一种代餐食品。

表7 必需氨基酸组成及氨基酸比值系数（RCAA）Table 7 Essential amino acid composition and amino acid ratio coefficient (RCAA)

3 结论

采用D-最优混料设计的方法，以沙米复合代餐粉的感官评分为考察指标，对沙米粉、杂粮粉、杂豆粉和填充粉等原料的混合复配比例进行优化。通过回归模型的建立，模拟各组分的最佳配方为：沙米粉22%、杂粮粉39%、杂豆粉35%、填充粉4%，经过验证试验，实际值与预测值吻合，得到的模型可靠，可以有效地应用于沙米复合代餐粉的设计与优化。在此配方条件下制备的沙米复合代餐粉，具有低能量、高蛋白、高膳食纤维含量等优点，对其蛋白质营养进行评价分析，计算得到SRCAA为 82.02，EAAI值为63.14，BV值为57.12，NI值为10.92，综合评价蛋白质含量和氨基酸组成，结果表明，沙米复合代餐粉具有较高的营养价值。