基于線性規(guī)劃法的高膳食雜糧饅頭粉的研究

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

膳食纖維主要由非淀粉多糖組成，可以減少小腸對(duì)葡萄糖的吸收，減緩淀粉水解，對(duì)降低血膽固醇、預(yù)防糖尿病、高血脂、冠心病、高血壓均有良好的作用[1-5]。根據(jù)中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)頒布的中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量要求，膳食纖維每人每天的適宜攝入量為30.2 g，然而，根據(jù)全國(guó)膳食調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全國(guó)居民總膳食纖維平均攝入量約為13 g/d[6]。顯然，目前我國(guó)居民膳食纖維的攝入量?jī)H為推薦攝入量的一半左右。

饅頭是中國(guó)日常主食之一，尤其在北方，幾乎三餐均有。饅頭主要原料為小麥粉，小麥粉中膳食纖維含量一般在 0.9 g/100 g～4.1 g/100 g，含量較低[7]。而在膳食纖維來源中，植物原料來源最為廣泛，尤其是一些豆類、雜糧中膳食纖維含量較高。因此，對(duì)于饅頭復(fù)配雜糧粉的研究成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

線性規(guī)劃法（LP）屬于運(yùn)籌學(xué)中的一種最實(shí)用的求解方法，它設(shè)計(jì)出的配方不僅能滿足各種營(yíng)養(yǎng)素的要求，同時(shí)，該配方中的各種原料的復(fù)配在相同的營(yíng)養(yǎng)條件下，是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的[8]。田三德等[9]采用線性規(guī)劃的方法對(duì)嬰兒斷奶期輔助食品進(jìn)行配方設(shè)計(jì)研究，確定了以谷物、乳粉為主要原料的最佳配比，并滿足了必需氨基酸合理的配比。何建君等[10]以5種果蔬汁為原料的基礎(chǔ)上，采用Excel軟件線性規(guī)劃求解，滿足營(yíng)養(yǎng)均衡和成本最低的原則，確定出兩個(gè)最優(yōu)配方。沈彤等[11]以能量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、膳食纖維、鈣、鐵和鋅含量作為限制性條件，利用線性規(guī)劃法分析各營(yíng)養(yǎng)素與含量的關(guān)系。因此，本文以豆渣粉、青稞粉、全麥粉、蕎麥粉4種雜糧粉為復(fù)配原料，利用線性規(guī)劃法對(duì)高膳食雜糧饅頭粉進(jìn)行研究，以滿足居民每日所需膳食纖維攝入量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

利達(dá)面粉、全麥粉：市售；豆渣粉和青稞粉：天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品物流保鮮與加工研究方向-保鮮包裝實(shí)驗(yàn)室提供；蕎麥粉：山西雁門清高食業(yè)有限責(zé)任公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；食品級(jí)聚乙烯薄膜包裝袋：天津愷瑞康科技有限公司。

1.1.2 儀器

SM-168SMurenking和面機(jī)：深圳牧人電器五金制品有限公司；KZ60型電熱蒸汽蒸飯柜：廣東省佛山市樂創(chuàng)科技有限公司；STPV-10型發(fā)酵箱：中山市圣托電器有限公司；TA.XT.Plus食品物性測(cè)試儀：英國(guó)Stable Micro System公司；HTC-1溫濕度計(jì)：長(zhǎng)春泰恒儀器表有限公司；JM-A10002電子天平：特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 配方設(shè)計(jì)

采用規(guī)劃求解的方法設(shè)計(jì)高膳食雜糧饅頭粉的配方。

1.2.2 高膳食雜糧饅頭的制作工藝流程

依照國(guó)標(biāo)GB/T 21118-2007《小麥粉饅頭》中提出的饅頭制作方法[12]，并稍做改動(dòng)，采用一次發(fā)酵的方法完成[13]，具體操作工藝如下：

1.2.3 雜糧粉營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的測(cè)定

各原料粉中的膳食纖維參照GB/T 22224-2008《食品中膳食纖維的測(cè)定酶重量法和酶重量法-液相色譜法》進(jìn)行測(cè)定[14]；脂肪含量的測(cè)定依據(jù)GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定》測(cè)定[15]；碳水化合物的測(cè)定依據(jù)GB 5009.7-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測(cè)定》測(cè)定[16]；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定依據(jù)GB 5009.5-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定[17]；參照王翰華的方法對(duì)各復(fù)配粉中蘆丁含量進(jìn)行測(cè)定[18]。

1.2.4 感官評(píng)價(jià)

本研究中由青稞粉制成雜糧饅頭，參照小麥粉饅頭GB/T 21118-2007規(guī)定的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行感官評(píng)定[12]，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)略做改進(jìn)。

將饅頭分切成塊，由10名具有一定品評(píng)經(jīng)驗(yàn)的品嘗人員組成評(píng)定小組，進(jìn)行感官評(píng)定，取10人評(píng)分的平均值作為最終的感官評(píng)分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官評(píng)價(jià)表Table 1 The sensory evaluation standards of steamed bread

續(xù)表1 感官評(píng)價(jià)表Continue table 1 The sensory evaluation standards of steamedbread

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

對(duì)所得數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 配方設(shè)計(jì)

5種原料粉的價(jià)格如表2所示，表中蕎麥粉價(jià)格為天津金港濱食品科技開發(fā)有限公司收購(gòu)價(jià)格，全麥粉、青稞粉和豆渣粉為市售價(jià)格。

表2 原料粉價(jià)格表Table 2 The price of raw material

設(shè)定每個(gè)配方中混合粉的總重量為100 g，應(yīng)用Excel規(guī)劃求解法進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體如表3所示。

表3 原料配方計(jì)算表的設(shè)計(jì)Table 3 The design of formula calculation table

將膳食纖維含量不低于10%約束條件設(shè)為最大值，設(shè)置每種粉的最大、最小用量的約束條件，得到規(guī)劃求解參數(shù)的約束條件，具體如下表4所示。

表4 規(guī)劃求解參數(shù)的約束條件Table 4 The constraints of the programming solution parameters

2.2 規(guī)劃求解優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

設(shè)計(jì)線性規(guī)劃原料配方1為：小麥粉60%，豆渣粉10%，青稞粉30%，運(yùn)算結(jié)果如表5。

表5 雜糧饅頭粉配方運(yùn)算結(jié)果（目標(biāo)和可變單元格表）Table 5 The calculation results of grains steamed bread powder formula（The table of the target and changeable cells）

由表5可知，在滿足所有條件的基礎(chǔ)上，雜糧混合粉基礎(chǔ)配方中膳食纖維最高可達(dá)11.52%。配方1混合粉的價(jià)格為5.1元/kg。

根據(jù)配方設(shè)計(jì)要求膳食纖維含量不低于10%即可，因此，按照上述方法，將膳食纖維目標(biāo)值分別設(shè)定為11、10.5、10 g/100 g時(shí)，經(jīng)規(guī)劃求解，可得到另外4個(gè)最優(yōu)配方 2、3、4、5，具體如表 6 所示。

由表6可知，4個(gè)配方中膳食纖維含量均不低于10%。其中，配方5價(jià)格最為經(jīng)濟(jì)。

表6 規(guī)劃求解配方結(jié)果Table 6 The formula results of the programming solution

2.3 不同配方復(fù)合粉的產(chǎn)品性能比較

2.3.1 復(fù)合粉營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)比分析

將5種基礎(chǔ)配方與小麥粉的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見表7。

表7 各配方營(yíng)養(yǎng)成分表Table 7 The list of nutrition ingredients of every formula

通過表7可知，復(fù)配后的混合粉各種營(yíng)養(yǎng)成分除碳水化合物外，都有所提高，蛋白質(zhì)含量提高了近3%，脂肪含量提高了80%左右，而膳食纖維含量高達(dá)10%以上。這主要是由于雜糧粉中碳水化合物含量低，復(fù)配到小麥粉中后，降低了小麥粉中的碳水化合物含量。而雜糧粉中膳食纖維含量較高，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纖維含量。由于蕎麥粉的加入，混合粉中還增加了蘆丁成分。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，蕎麥粉中蘆丁具有降低毛細(xì)血管脆性，降血脂、降血糖、抗氧化等作用[19-21]。因此，復(fù)配后的饅頭粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。

從表7可以看出，5個(gè)復(fù)配配方中膳食纖維和蛋白質(zhì)含量逐漸降低，配方1中膳食纖維和蛋白質(zhì)含量最高，但不含蘆丁等功能性成分。配方4中脂肪、碳水化合物和蘆丁含量最高，膳食纖維含量為10%，在符合設(shè)計(jì)的要求的基礎(chǔ)上，營(yíng)養(yǎng)成分更全面，保健價(jià)值更高。

2.3.2 雜糧饅頭感官品質(zhì)對(duì)比

將表5和表6中的各種配方按照2.2方法制作雜糧饅頭，并按照2.3方法對(duì)雜糧饅頭進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)，感官評(píng)分結(jié)果如表8所示。

表8 基礎(chǔ)配方的感官評(píng)分Table 8 The sensory score of basic formula

通過表8可知，雜糧饅頭比容和彈韌性評(píng)分明顯較低，這主要是由于混合粉中面筋含量減少，導(dǎo)致面團(tuán)持氣性差，在面團(tuán)醒發(fā)過程中，不能形成良好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致饅頭的比容較小，彈性較差。從表中可以看出，按照配方4制作的雜糧饅頭感官評(píng)分最高，其次為配方5，而配方1制作的雜糧饅頭評(píng)分最低，比容最小。

從營(yíng)養(yǎng)角度及雜糧饅頭蒸煮試驗(yàn)研究結(jié)果，結(jié)合表6中各個(gè)配方的價(jià)格，配方4營(yíng)養(yǎng)比例最為合理，雜糧饅頭的感官評(píng)分最高。因此，最佳基礎(chǔ)配方為：小麥粉60.6%，豆渣粉10%，青稞粉11.2%，全麥粉9.5%，蕎麥粉8.7%。

3 結(jié)論

利用線性規(guī)劃，以膳食纖維含量不低于10%為主要約束條件，求解高膳食復(fù)配雜糧粉最優(yōu)配方，最終求得5個(gè)配方。按照各復(fù)配粉配方蒸制饅頭，并對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定。結(jié)果表明，配方4營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，雜糧饅頭的感官評(píng)分也最高，因此，確定配方4為高膳食復(fù)配雜糧粉的最優(yōu)配方，具體為：小麥粉60.6%，豆渣粉10%，青稞粉11.2%，全麥粉9.5%，蕎麥粉8.7%。

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