《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Formulation of Nutrient-Enriched Biscuits From Wheat, Pumpkin, and Yellow Maize Composite Flours Using Mixture Design
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本研究综述旨在通过混合物设计，优化小麦、南瓜和黄玉米复合面粉的配方，以开发富含能量、蛋白质、锌、铁和维生素A原活性的营养强化饼干。文章系统分析了不同配比对饼干营养特性、物理性质和感官接受度的影响，最终确定最佳混合比例（小麦粉76.77%，黄玉米粉23.23%），所制饼干可有效满足学龄前儿童能量、蛋白质、锌、铁和维生素A的需求，为应对蛋白质-能量营养不良（PEM）和微量营养素缺乏（“隐性饥饿”）提供了一种基于饮食多样性的可行食品解决方案。
营养不足，特别是蛋白质-能量营养不良（Protein-Energy Malnutrition, PEM）和微量营养素（如维生素A、铁、锌）缺乏导致的“隐性饥饿”，是发展中国家学龄前儿童面临的主要健康问题。饼干作为广受欢迎、保质期较长的焙烤食品，可作为营养强化的理想载体。本研究旨在利用小麦粉、南瓜粉和黄玉米粉，通过混合物设计（Mixture Design）方法，开发能够同时提供能量、蛋白质、锌、铁和维生素A原（Provitamin A）活性的营养强化饼干。
1. 引言
营养不足表现为发育迟缓、消瘦和体重不足，并与蛋白质/能量营养不良及维生素A、铁、锌等微量营养素缺乏密切相关，对儿童的身体机能、大脑发育和认知功能产生长期损害。基于饮食多样化的策略，如通过复合面粉进行食品强化，被认为是可持续控制营养缺乏的最有前途的方法之一。南瓜富含β-胡萝卜素（β-carotene），是维生素A原的良好来源；黄玉米粉的锌和铁含量显著高于白玉米粉；而小麦粉则是全球重要的能量和蛋白质来源，其面筋蛋白赋予面团独特的弹性，是焙烤产品的关键成分。将三种面粉复配，有望协同提供全面的营养素。混合物设计是一种用于确定混合物中各组分对最终产品属性影响的统计工具，在本研究中被用于优化复合面粉的配方。
2. 材料与方法
研究在喀麦隆进行，原料（南瓜、黄玉米）购自当地市场。通过微波热烫和烘干制备南瓜果肉粉，通过研磨和过筛制备黄玉米粉。使用Minitab软件，基于三组分（小麦、南瓜、黄玉米粉）约束混合物设计（单纯形重心设计），生成了10种不同比例的复合面粉配方（如表1所示）。按照标准工艺生产饼干，并对各组饼干进行营养、物理和感官特性分析。
营养分析包括近似成分（水分、灰分、蛋白质、脂肪、碳水化合物、粗纤维）、能量值、锌铁含量（火焰原子吸收光谱法）以及维生素A原活性（通过测定β-胡萝卜素、β-隐黄质和α-胡萝卜素含量，并以视黄醇活性当量Retinol Activity Equivalents, RAE表示）的测定。物理特性评估了饼干的铺展率、色泽、硬度和重量。感官评价由22名经过半培训的成年品评员对饼干的香气、味道、后味和整体可接受性进行7点喜好度评分。
3. 结果与讨论
3.1. 基础面粉的营养成分
三种基础面粉的营养成分存在差异。南瓜粉的水分和粗纤维含量最高，维生素A原活性（24.12 mg RAE/100g dm）显著高于小麦粉（2.72 mg RAE/100g dm）和黄玉米粉（5.68 mg RAE/100g dm）。黄玉米粉的脂肪含量最高，锌含量（3.53 mg/100g dm）高于南瓜粉但低于小麦粉。小麦粉的碳水化合物、能量值和铁含量最高，锌含量也达4.81 mg/100g dm。三种面粉的蛋白质含量相近，约为10%。
3.2. 饼干的营养成分
十种配方饼干的营养成分范围如下：能量值472.74-532.79 Kcal/100g dm，蛋白质3.02%-5.65% dm，锌0.60-3.21 mg/100g dm，铁1.23-5.21 mg/100g dm，维生素A原活性2.51-30.54 mg RAE/100g dm。
统计建模分析显示，能量值和维生素A原活性的数据最适合特殊三次模型，锌和铁含量适合线性模型，蛋白质含量适合完全三次模型。根据模型绘制的三元等高线图（图1）清晰地展示了各组分比例对营养成分的影响趋势：
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能量值：随着小麦粉比例的增加而增加，黄玉米粉次之，高比例南瓜粉会降低饼干能量值。
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蛋白质：三种基础面粉蛋白质含量相近，但饼干中蛋白质含量降低，可能与焙烤过程中的美拉德反应导致蛋白质损失有关。蛋白质含量最高的饼干来自三种面粉比例相近的配方。
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锌含量：在小麦粉和黄玉米粉比例高的饼干中较高，在南瓜粉比例高的饼干中较低。
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铁含量：在小麦粉比例高的饼干中较高，增加玉米粉或南瓜粉比例会导致铁含量降低。
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维生素A原活性：全小麦粉饼干的活性最低。南瓜粉比例高于75%时，饼干活性显著提高；黄玉米粉比例低于75%时，也能显著提高饼干活性。这可能是因为南瓜中主要的维生素A原β-胡萝卜素对热敏感，而黄玉米中的β-隐黄质（β-cryptoxanthin）热稳定性更高。
3.3. 饼干的物理特性
饼干的物理性质受配方影响显著（表5）：
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铺展率：在5.74到7.70之间。100%南瓜粉饼干的铺展率最高，而100%小麦粉或100%黄玉米粉饼干的铺展率最低且相近。铺展率与面团粘度相关，南瓜蛋白的行为可能不同于小麦面筋蛋白和玉米醇溶蛋白，导致粘度较低，铺展更广。
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色泽（色调角）：含有黄玉米粉和/或南瓜粉的饼干黄色更明显，这归因于类胡萝卜素色素（如叶黄素）以及美拉德反应产物的共同作用。
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硬度：在21.26 N到36.16 N之间。黄玉米粉比例增加可降低硬度，南瓜粉比例增加则提高硬度。硬度与脂肪含量呈负相关（黄玉米粉脂肪含量最高），与纤维含量呈正相关（南瓜粉纤维含量最高）。
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重量：在6.84 g到8.69 g之间。100%南瓜粉饼干最重，重量随南瓜粉比例降低而减少，可能与南瓜粉较高的水分含量有关。
3.4. 饼干的感官属性
感官评价结果（图2）显示，品评员最喜欢的是配方10（黄玉米粉66.67%）和配方3（100%黄玉米粉）的饼干，其次是小麦粉比例高的配方8和配方1。最不受欢迎的是南瓜粉比例高的配方2（100%）和配方9（66.67%），这可能源于南瓜特有的风味物质（如2-乙酰基-1-吡咯啉）带来的陌生口感。总体而言，混合面粉制作的饼干比单一面粉更受青睐。
3.5. 优化
以最大化饼干中能量（>400 Kcal）、蛋白质（>4g）、锌（>4mg）、铁（>4mg）和维生素A原活性（>20 mg RAE）/100g为目标进行优化。复合意愿函数显示，最佳配方为76.77%的小麦粉和23.23%的黄玉米粉，此时意愿值为0.7688（图3）。验证实验表明，据此生产出的饼干实际营养成分与预测值无显著差异：能量值532.48 Kcal，蛋白质3.73 g，锌3.25 mg，铁4.07 mg，维生素A原活性12.86 mg RAE/100g。
营养贡献评估表明，该优化配方饼干可满足1-3岁儿童每日推荐摄入量（RDA）的至少52%（能量）、27%（蛋白质）、108%（锌）、45%（铁）和4286%（维生素A）；可满足4-5岁儿童RDA的至少39%（能量）、17%（蛋白质）、81%（锌）、31%（铁）和3215%（维生素A）。
4. 结论
本研究成功应用混合物设计优化了小麦、南瓜和黄玉米复合面粉，用于生产营养强化饼干。结果表明，增加小麦粉比例可提高饼干能量、锌和铁含量；增加南瓜粉比例或适量黄玉米粉可显著提高维生素A原活性，但高比例南瓜粉会损害饼干感官接受度。优化配方（76.77%小麦粉，23.23%黄玉米粉）所制饼干含有充足的蛋白质、能量、锌、铁和维生素A原，可用于应对学龄前儿童中普遍存在的蛋白质-能量营养不良和微量营养素缺乏问题。
