基于线性规划的高膳食纤维减肥代餐粉的配方设计

高 路, 胡良焱, 陈 悦, 古桑白珍, 单秀峰

(沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034)

0 引 言

代餐粉是一种以谷类、豆类、薯类代餐粉食材等为主,其他属类植物的根、茎、果实等可食用部分为辅制成的一种单一或综合性冲调粉剂产品[1]。代餐粉不仅可以替代人们的日常饮食[2],还具有方便即食、易于贮藏和运输的优点,因而越来越受到消费者的青睐。为适应市场需要并满足消费者需求,研究人员开发了针对不同人群的代餐粉。针对肥胖人群,李铁梅[3]研制了以马铃薯全粉为主要原料,辅以葡萄籽提取物和魔芋粉的代餐粉。针对高血脂人群,张李、聂诗明[4]开发了一款以海带粉、琼脂粉、胖大海粉、冷榨亚麻籽油为主要原料的代餐粉;赵娇娇等[5]研制出一款以莜麦粉、苦荞粉为原料,木糖醇为辅料的降糖代餐粉。针对高血糖引发的糖尿病患者,廖传仙等[6]研制了一款以黑木耳粉、桑葚果粉、魔芋精粉为主原料的代餐粉,同时发现黑木耳、桑葚果粉及魔芋精粉中的活性多糖之间有协同增效作用,可提高产品的总体抗氧化水平。张丽娟等[7]以黑苦荞粉、葛根粉、苦瓜仁粉、燕麦粉为主要原料,并辅以脱脂乳粉、藕粉、木糖醇、甜菊苷,开发了一款具有降血糖功效的代餐粉。针对爱美人士,冯彦君[8]研制了以发酵后的大麦苗为主要原料的麦苗酵素代餐粉,该代餐粉有利于人体的抗氧化功能的提升;郑文雄等[9]研发了以金花茶粉、燕麦粉、荞麦粉为主要原料,以红枣粉、木糖醇为辅料的金花茶天然抗氧化五谷代餐粉,不仅满足了现代人对美容养颜的追求,还能改善人体的健康状况。

目前减重已成为社会广泛关注的话题。2017年,中国营养学会发布了《中国肥胖预防与控制蓝皮书》,将代餐列为健康有效的减肥方式之一。由于人们生活方式的改变,超重与肥胖已经成为威胁人类健康的重要因素,是引发高血压、糖尿病、心脑血管疾病及癌症等许多慢性病的重要危险因素。消费者越来越倾向选择营养代餐作为有效的减肥方法来代替过去的节食减肥。杂粮是兼备食疗功能的优质谷物,富含多种活性营养成分[10],虽不能被人体消化吸收,但具有吸水膨胀作用,可使人产生饱腹感,同时能将附着在肠道内的脂肪物质一并排出,减少了脂肪在体内的蓄积,是人们减肥降脂瘦身饮食的首选[11]。利用不同种杂粮之间的互补作用,可进一步丰富食品的营养成分,提高食品的功能性[12]。本研究以大麦、黄豆、黑米、薏米、燕麦、麸皮为原料,依据人体膳食营养成分适宜摄入量(adequate intake,AI),结合LINGO软件以及模糊数学感官评价进行配方设计,期望为高膳食纤维食品的开发提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胶南大麦,产地青岛;东农42号黄豆,产地牡丹江;延庆薏米,产地延庆;黄燕麦,产地青海;白麦麸皮,产地甘肃;黑宝黑米,产地哈尔滨。VB2和VC,中国医药集团上海化学试剂公司;碳酸钙、氯化钠,沈阳沈一精细化学品有限公司;富硒酵母(硒含量为1 000 mg·kg-1),济宁宏明化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

JTM60胶体磨,沈阳市香洋机械厂;Scientz-150高压均质机,宁波新芝生物科技股份有限公司;SD-1500实验型喷雾干燥机,上海沃迪科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原料→除杂、浸泡、去皮→胶体磨→50目过滤→高压均质→喷雾干燥→减肥代餐粉。

1.3.2 操作要点

将6种原料分别除杂,去除霉变颗粒、不饱满颗粒、沙粒等。将除杂后的原料清洗干净,大麦、薏米、燕麦、麸皮、黑米在清水中浸泡4 h;去皮的黄豆于0.3%碳酸氢钠溶液中浸泡10 h,因其蛋白质含量较高,用碳酸氢钠浸泡既可使蛋白质的溶解度增大,又能除去黄豆中的豆腥味[13]。然后把6种原料混合加水(料液比为1∶6)后用胶体磨打浆,50目筛过滤后备用。将混合浆液进行高压均质处理,均质条件为:均质压力40 MPa、均质时间2～5 min,再进行喷雾干燥,喷雾干燥参数为:喷雾压力0.20 MPa、进料流量400 mL·h-1、进风温度160 ℃、热风流量45 m3·h-1,即得减肥代餐粉。

1.3.3 配方设计

设Xi为各原料所需质量,单位为g,其中,X1为大麦、X2为黄豆、X3为黑米、X4为薏米、X5为燕麦、X6为麸皮。

1.3.3.1 配方设计要求

人体膳食营养素适宜摄入量、可耐受最高摄入量参照中国疾病预防控制中心营养与健康所最新编著的《中国食物成分表》[14]及FAO/WHO的标准[15],具体见表1、表2。

表1 人体膳食营养素适宜摄入量/餐Table 1 Adequate intake of dietary nutrients in human body/meal

表2 人体膳食营养素可耐受最高摄入量/dTable 2 Tolerable upper intake level of dietary nutrients in human body/day

1.3.3.2 原料中各营养成分含量

选用大麦、黄豆、黑米、薏米、燕麦、麸皮作为原料制备减肥代餐粉,各原料营养成分[14]及价格见表3。

表3 原料各营养成分含量及价格/100gTable 3 Nutrient contents and prices of raw materials/100g

1.3.3.3 线性规划配方设计

以减肥代餐粉价格为目标函数:

以人体对主要营养成分的需求量为约束条件:

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

蛋白质: 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

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

1.3.4 模糊数学感官评价

表4 减肥代餐粉感官品质评定标准Table 4 Criteria for sensory quality assessment of weight loss meal replacement powder

1.4 数据处理

使用LINGO11软件进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 线性规划设计

根据线性规划设计出5组减肥代餐粉配方(表5),5种配方的价格排序为:配方1<配方2<配方3<配方4<配方5。

2.2 模糊数学感官评价

对5组配方进行模糊数学感官评价,评价结果见表6。

由表6可知:以配方1的色泽为例,2人给5分,3人给4分,3人给3分,2人给2分,0人给1分。配方1到配方5的模糊矩阵分别为R1,R2,R3,R4,R5。

同理得

在5组配方中,配方2的模糊数学感官评分明显高于其他4组,且配方2价格较低。在产品感官评价基础上,综合原料成本考虑,配方2为优选。

2.3 营养强化设计

通过对人体适宜摄入量和线性规划设计结果的对比,配方2中有部分营养成分尚未达到AI值,故可添加营养强化剂来补充。经核算,配方中加入VB20.02 mg,VC33.34 mg、碳酸钙35.36 mg、氯化钠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计)即可满足要求。

3 结 论

本试验以大麦、黄豆、黑米、薏米、燕麦、麸皮为原料,采用线性规划法进行配方设计,结合模糊数学感官评价优化配方,所得的减肥代餐粉配方为:大麦3.00 g、黄豆114.36 g、黑米116.36 g、薏米9.00 g、燕麦7.00 g、麸皮5.00 g,并加入VB20.02 mg,VC33.34 mg、碳酸钙35.36 mg、氯化钠1 240.84 mg和富硒酵母8.31 mg。该减肥代餐粉色泽均匀,气味宜人,口感和冲调性良好,按照人体对AI值的需求制定,营养成分均衡,富含膳食纤维(膳食纤维量为AI值的2.96倍),在保证人体营养成分正常摄入的同时能起到减肥瘦身的作用,可为进一步开发杂粮代餐粉提供有益参考。后续还将对代餐粉的理化特性等进行进一步的测定。

致谢感谢沈阳师范大学大学生创新创业训练计划项目(X202110166154)的支持。