(一)技术领域
本发明涉及一种杂粮米饭的配制，特别涉及一种富含膳食纤维且营养均衡杂粮米饭的配制模型及应用。
(二)
背景技术：
优质的食物首先要有科学合理的配方，才能保证食物能够提供机体生存所需的能量及均衡的营养素，所以在食物生产加工过程中，食物的配方设计占有重要的地位。如今，我国杂粮资源储备量大，拥有相对低廉的成本优势，具有集营养性、安全性、保健性于一体的突出特点。近年来，随着人们健康意识和保健愿望的不断提升，更加渴望科学的饮食。五谷杂粮类膳食纤维含量远高于大米和小麦，复配后可以提高作为主食米饭的纤维含量。精白粮食及制品中的维生素几乎破坏殆尽，水溶性的维生素b又往往易在清洗当中大量损耗。
配方设计计算是食物配方设计的重要环节，有效而合理的配方设计计算方法是获得最佳食物配方的前提。目前，专门基于膳食纤维型五谷杂粮米饭的搭配研究较少，现有的配方设计的方法所获得的多种粗粮米饭的配方的客观量化数据不多，且尚缺乏合理、准确、综合的手段，具体体现在中式粗粮米饭原料的配方设计中目前还主要以配方设计人员的主观评价为向导的模式，缺乏有效的客观评价量化数据为向导的配方组合推荐及比例优化的方法，不利于产品的长期稳定发展。
(三)
技术实现要素：
本发明目的是提供一种富含膳食纤维且营养均衡杂粮米饭的配制模型及应用，该方法包含配制模型数学公式的建立、应用等步骤。该配制数学模型是在目标函数最优化的前提下配制杂粮米饭，补充人们食物中缺乏的膳食纤维、氨基酸，同时控制了成本。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种富含膳食纤维且营养均衡的杂粮米饭配制模型，所述模型数学公式为：
目标函数：
y＝∑1-k(xk×rsn12k)
其中rsn12k＝∑1-12(nutrientik/drisik)/edik×100％
约束条件：
x1+x2+……+xk＝100％
y为每100g配方中12种营养素的总质量评分；k为原料种类编号；xk为第k种原料所占配方的质量百分比；营养素种类设为i，i＝1,2，……12，对应营养素依次为：蛋白质(i＝1)、膳食纤维(i＝2)、维生素c(i＝3)、维生素a(i＝4)、维生素e(i＝5)、维生素b1(i＝6)、核黄素(i＝7)、烟酸(i＝8)、钙(i＝9)、钾(i＝10)、铁(i＝11)、镁(i＝12)；
rsn12k为每种原料每100g中12种营养素的质量评分。其中nutrientik＝第k种原料每100g中营养素i质量含量(见表1，参考中国食物成分表：北京大学医学出版社，2009)；drisik＝营养素i的每日推荐摄入量或适宜摄入量(参考中国居民膳食营养素摄入量：科学出版社，2013版)；edik(能量密度)＝每100g第k种原料提供的能量值/能量推荐摄入量标准(参考中国居民膳食营养素摄入量：科学出版社，2013版)。
wk配方各原料每100g膳食纤维含量，ak配方各原料每100g赖氨酸含量，bk配方各原料每100g亮氨酸含量，vk配方各原料每100g单价。
本发明提供一种所述杂粮米饭配制模型在配制杂粮米饭中的应用，所述应用方法为：从网上数据库和相关书籍中用各种关键词检索，收集以米类、豆类、薯类其他淀粉类、富含膳食纤维且营养均衡的原料90种，统计整理出现使用率较高的15种五谷杂粮原料。
将各种五谷杂粮原料，根据目标函数和约束条件，采用excel中线性规划求解程序对所述的数学模型进行求解，当xk有解时，其为满足预设条件的配方；当xk无解时，增加原料种类的数量，或者增加、减少部分原料的比例，直到所述的数学模型有解，获得相应的杂粮米饭配方。
本发明的有益效果：
1.本发明方法配制的杂粮米饭由于在配方设计中加入了膳食纤维含量极高的杂粮谷物原料，并且考虑了氨基酸等其他营养元素的配比，大大提高了杂粮米饭的膳食纤维营养且各种营养均衡。膳食纤维具有助消化、防止便秘，降低胆固醇和高血压等功效，是现代化人们急需补充的。
2.以往的食物配方设计目标较为单一，原料选择项少，不能全面地优化原料的组合和配方食物的营养结构。而本发明提供的食物配方设计方法可以对食物配方进行最大限度的优化，以达到强化营养、降低成本等目的。
3.以往的食物配方设计大多针对某一特定的食物，配方计算所涉及的食物信息量较少，且计算数学模型的目标函数和约束条件较为单一。本发明的优势在于提供了一套通用的食物配制模型，配方设计时考虑到了食物成本、能量及几乎所有的食物营养素含量信息，配方设计采用多约束的数学模型，因而本配方设计方法的通用性较强、实施起来更加灵活。此外，本方法采用线性规划求解程序对配方数学模型进行求解，因而该方法具有较好的通用性和扩展性。
4.结合rsn12分值来评价方案，使分析更加全面，配方法案更加科学、有效、可接受。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1一种配制膳食纤维五谷杂粮米饭数学模型的建立
(1)杂粮米饭原料数据集的建立
a、从网上数据库和相关书籍中用各种关键词检索、收集90种富含膳食纤维且营养均衡的谷物杂粮类。
b、通过统计整理按照原料的种类进行分类：米类、豆类、薯类淀粉类，筛选出现频次得到使用率较高的15种五谷杂粮原料；
c、依据《中国食物成分表》(北京大学医学出版社，2009)获取不同原料分类中每种原料每百克膳食纤维、能量、蛋白质、脂肪、必需氨基酸含量，根据不同原料之间营养成分优势互补以有效增多其膳食纤维，蛋白质，必需氨基酸等营养含量，选择用于制作杂粮米饭的各个原料种类，编号为1到k，k为正整数。
d、选择市场原料的平均价格，用v表示配方总成本，根据原料种类编号，分别记为v1到vk，其中vk为第k种原料价格。
e、用aas法计算每种原料氨基酸评分：
氨基酸评分法(aas)是最基本的配方设计方法，在营养学上理论依据为蛋白质中的氨基酸平衡，其定义如下：aas＝食物蛋白质中氨基酸的质量含量/fao推荐模式(1973年联合国粮农组织推荐的氨基酸需要量)中同一种氨基酸的质量含量×100。选取普通米饭中缺乏最多的赖氨酸和亮氨酸作为提高点，得出每种原料赖氨酸评分和亮氨酸评分；所述氨基酸是指赖氨酸和亮氨酸。
(2)配制杂粮米饭数学模型的建立
a、杂粮原料的确定
在数据集杂粮谷物的三大类中，以米类为主，豆类、薯类淀粉类各选了两种原料，市场上售卖常见的杂粮谷物配方原料，最后选定的原料定为：黑豆，红豆，荞麦，藜麦，大麦，黑米，高粱米，青稞，红香米，糙米，燕麦米，黑小米，红薯，芋头，玉米，分别编号为1到k，k为15。
将各个原料在配方中所占质量百分比设为x，每种原料的质量含量不少于2％，其中x＝x1、x2、……、xk，xk为第k种原料所占配方的质量百分比。营养素种类设为i，i＝1,2，……12，对应营养素依次为：蛋白质(i＝1)、膳食纤维(i＝2)、维生素c(i＝3)、维生素a(i＝4)、维生素e(i＝5)、维生素b1(i＝6)、核黄素(i＝7)、烟酸(i＝8)、钙(i＝9)、钾(i＝10)、铁(i＝11)、镁(i＝12)。
每种原料中上述12种营养素的总质量评分记为rsn12k。
目标函数y＝∑1-k(xk×rsn12k)，目标函数为配方中上述营养素总质量评分。
rsn12k计算公式为：rsn12k＝∑1-12(nutrientik/drisik)/edik×100％，
其中nutrientik＝第k种原料每100g中营养素i质量含量(见表1，参考中国食物成分表：北京大学医学出版社，2009)；drisik＝营养素i的每日推荐摄入量或适宜摄入量(参考中国居民膳食营养素摄入量：科学出版社，2013版)；edik(能量密度)＝每100g第k种原料提供的能量值/能量推荐摄入量标准(参考中国居民膳食营养素摄入量：科学出版社，2013版)。选择了12种营养素作为推荐补充营养素，进行模型建立从而对食物进行营养评价的。
b、约束条件：
依据中国营养学会中国居民膳食营养素参考摄入量(科学出版社，2013版)并根据市场营养素的标准稍作调节，确定配方膳食纤维，赖氨酸，亮氨酸含量及总成本的控制。
质量配比：x1+x2+……+xk＝100％；
膳食纤维：配方各原料膳食纤维含量设为wk，xk×wk≥7.9
为使配方中的赖氨酸评分得到提高，将配方各原料赖氨酸含量设为ak，且
xk×ak≥60；
为使配方中的亮氨酸得到提高，将配方各原料亮氨酸含量设为bk，且
xk×bk≥84；
为使配方的总成本不能过高，将配方各原料单价(100g)设为vk，且
xk×vk≤4；
基本约束条件：
根据以上的约束条件，对应的原料价格、膳食纤维、维生素、核黄素、烟酸、能量、蛋白质、脂肪、赖氨酸和亮氨酸的评分、维生素a、c、e、钙、钾、铁、镁，如下表1所示：
表1原料营养成分(每100g)
表2计算所得配方中各原料的rsn12k指数
(3)杂粮配方数学模型的求解
采用excel中线性规划求解程序对步骤(2)所建立的数学模型进行求解，根据建立的如表2的数据集和步骤(2)b的约束条件，输入excel中，根据excel中线性规划求解的步骤，计算获得xk数值解，当xk有解时，其为满足预设条件的配方原料的含量比例。
(4)杂粮配方数学模型无解时的解决方法：当步骤(2)所建立的数学模型无解时，可增加步骤1b中原料的数量，或者增加、减少一些原料的比例，直到步骤(2)所建立的数学模型有解，excel计算结果如表3、表4所示：
表3杂粮米饭配方的rsn12值(以每份100g计)
表4各原料最终优化的比例以及约束条件的终值
按比例每100g配方总能量：1234.85kj；蛋白质：13.46g；脂肪：5.28g；膳食纤维：7.9g；配方总成本2.70元；rsn12分值为22.75。
最后按表4内数据比例得出最优配方以及各原料含量，依次为黑豆10％，红豆2％，荞麦2％，青稞2％，藜麦45％，大麦2％，黑米2％，高粱米2％，红香米2％，糙米2％，燕麦米2％，黑小米2％，红薯2％，芋头2％，玉米21％。配方原料称取如下(按总原料300g为每份计算)：
原料a：藜麦135g、大麦6g、荞麦6g、青稞6g、黑米6g、红香米6g、燕麦米6g、黑小米6g。
原料b：糙米6g、高粱米6g、黑豆30g、红豆6g。
原料c：红薯6g、芋头6g、玉米63g。
以上实施例的生产方法是：将原料b清洗干净，分别浸泡适当时间后取出备用；原料c清洗干净，均切成玉米粒大小的丁，备用；原料a洗净后沥干，放入电饭煲内胆中，把原料b中的材料也沥干，同时放入电饭锅中，再加入原料c；最后按电饭煲说明书倒入水米比1:1.5倒入450ml水，选择杂粮米饭模式，按“开始工作”35min后蒸煮完毕。
(5)电饭煲蒸煮后通过实验得出营养损失。按国家标准，实验测定结果为每100g配方总能量：1136.06kj；蛋白质：13.19g；脂肪：5.17g；膳食纤维：7.27g。与模型预测值差异不显著，说明模型拟合良好，具有准确性。