CC BY
384
УДК 664.9.001.63
М. Е. Цибизова, А. А. Кильмаев Астраханский государственный технический университет
КОНЦЕПЦИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ГИДРОБИОНТОВ
Введение
При производстве продуктов питания немаловажной проблемой является получение пищевой продукции для различных групп населения. Научную основу концепции здорового питания составляет теория сбалансированности пищевых рационов по основным важнейшим компонентам для людей различных возрастных групп, уровней физической и умственной нагрузки. Но проблема усугубляется тем, что потребность населения нашей планеты в продуктах питания полностью не удовлетворяется и осложняется неравномерностью распределения как производства, так и потребления продовольствия между отдельными регионами, государствами и группами населения.
Эта проблема наиболее остро стоит при производстве продукции из гидробионтов. Перестройка экономики в нашей стране в полной мере отразилась на предприятиях рыбопромышленного комплекса. В результате приватизации значительно сократилось число добывающих и рефрижераторных судов, резко увеличились цены на сырье, а также возросла себестоимость производства рыбопродуктов. Ассортимент рыбной продукции по-прежнему представлен в основном соленой, копченой рыбой, пресервами и консервами.
Рассматривая концепцию развития пищевой промышленности на перспективу, необходимо отметить, что рыбоперерабатывающая отрасль не только имеет огромное значение в удовлетворении потребностей населения в необходимых для существования биологически активных веществах, но и способна решать важнейшие задачи, связанные с актуальными вопросами рационального питания.
Следует учитывать и фактор различных заболеваний. Противодействие ему во многом связано с увеличением потребления растительной пищи, а также рыбных продуктов, богатых ценными белками и биологически активными высоконепредельными жирами, выполняющими профилактическую функцию предупреждения различных заболеваний. Возрастание значимости рыбных продуктов и растительной пищи может привести к существенному увеличению производства комбинированных продуктов, а следовательно, и к расширению ассортимента продуктов питания [1, 2].
Успехи пищевой технологии позволяют уже сегодня максимально фракционировать сырье на ценные, однородные по составу и свойствам пищевые ингредиенты с последующим конструированием на их основе высококачественных продуктов. Значимость этой стратегии неизмеримо
возрастет при освоении новых видов продукции для детского, диетического, профилактического и других видов функционального питания [3, 4].
Построение математических моделей для проектирования пищевых продуктов
В современной литературе всё чаще фигурирует понятие «проектирование пищевых продуктов». Это сравнительно новое научное направление исследований, позволяющее разрабатывать состав многокомпонентных продуктов с заданным комплексом качественных показателей. В соответствии с современными представлениями понятие «проектирование пищевых продуктов» означает разработку моделей, регламентирующих все этапы создания продуктов заданного качества и представляющих собой систему уравнений, отражающих все изменения одного или нескольких ключевых параметров, на основе которых они разрабатываются.
Требования, предъявляемые к моделям, можно сформулировать следующим образом:
- универсальность - характеризует полноту отображения моделью изучаемых свойств реального объекта;
- адекватность - определяется способностью отражать нужные свойства объекта с погрешностью не выше заданной;
- точность - оценивается степенью совпадения значений характеристик реального объекта и значения этих характеристик, полученных с помощью моделей;
- экономичность - определяется затратами ресурсов ЭВМ и времени на реализацию и эксплуатацию модели.
Математические модели реальных исследуемых процессов сложны и включают системы нелинейных функционально-дифференциальных уравнений. Ядро математической модели составляют системы уравнений с частными производными.
Наличие упомянутой системы уравнений позволяет достаточно корректно описывать изменение химического, аминокислотного, жирнокислотного и других составов разрабатываемых композиций в зависимости от соотношения и квоты используемых сырьевых компонентов, что даёт возможность заменить дальнейшее исследование процесса формирования состава продуктов анализом его математической модели для получения решения поставленных конкретных задач [5-7].
Данная методология позволяет создавать продукты с определённым содержанием белка, жира, углеводов, витаминов, пищевых волокон, аминокислот, минеральных и других веществ. Согласно концепции сбалансированного питания, для нормальной жизнедеятельности человека необходимо поступление в организм адекватного количества энергии и основных пищевых веществ, а также соблюдение строго определённых соотношений между многими факторами питания - белками, жирами, углеводами и другими компонентами [8-9].
Как известно, рыба относится к важнейшим продуктам питания, однако в ней отсутствуют легкоусвояемые углеводы, органические кислоты, некоторые витамины, микроэлементы, которые содержатся, например, в сырье растительного происхождения. В данной статье изучается возмож-
ность создания комбинированных продуктов питания из сырья животного происхождения (гидробионтов), являющегося ценным источником незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, витаминов, ферментов, макро- и микроэлементов и других биологически активных веществ.
Анализ качественного состава аминокислот показывает, что белок рыбы является полноценным, поскольку содержит все незаменимые аминокислоты с преобладающим содержанием лизина, одной из самых дефицитных аминокислот, а также треонина.
Изучение жирнокислотного состава липидов мышечной ткани рыб свидетельствует о высоком содержании в них полиненасыщенных жирных кислот, в состав которых входят уникальные эйкозапентаеновая и декоза-пентаеновая кислоты. Кроме того, содержание в мышечной ткани рыбного сырья таких эссенциальных жирных кислот, как линолевая, линоленовая, арахидоновая позволяет рекомендовать их в технологии продуктов лечебно-профилактического значения для ежедневного рациона пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями [1].
Однако при изготовлении продукции из гидробионтов следует совершенствовать способы обработки, технологические режимы производства заданных продуктов питания, условия хранения готовой продукции. Моделирование и создание новых продуктов питания - очень важная и первостепенная задача концепции рационального питания.
В настоящее время рыбная промышленность России имеет реальные возможности для производства продуктов функционального назначения. Это связано с возможностями культивирования и добычи ценных объектов промысла, обладающих высокой энергетической, физиологической и биологической ценностью.
В комплекс показателей, характеризующих качество комбинированных продуктов питания, должны входить следующие: химический состав сырья, используемого для производства заданных продуктов, а также готовой продукции (содержание воды, белков, жиров, углеводов, макро- и микроэлементов, аминокислотный и жирнокислотный составы); показатели биологической безопасности; структурно-механические характеристики при производстве фаршевых изделий и органолептические характеристики [8, 10, 11].
Таким образом, цель научного исследования заключалась в подборе математической модели, наиболее полно отвечающей проблеме проектирования продуктов питания из гидробионтов заданного состава.
В общем виде математическая постановка экспериментальной задачи может состоять в определении наибольшего или наименьшего значения целевой функции F при определённых условиях. Наиболее изученным разделом математического моделирования является линейное программирование, для решения задач которого разработан целый комплекс эффективных методов, алгоритмов и задач [5, 10].
В настоящее время наиболее характерной формой представления пищевой ценности продуктов питания является сравнение их химического состава со шкалой суточной потребности человека в основных пищевых веществах и энергии. Учитывая сложный характер взаимосвязей компонентов, представляется целесообразным проводить комплексную оценку каждого из них в единой унифицированной форме. Такая форма расчёта
позволяет оценить эффективность и степень соответствия отдельных составляющих пищевого продукта выбранным нормам и требованиям их потребления с помощью одной или нескольких цифр, отражающих качественный уровень различных пищевых составляющих [2, 5, 6].
Разработку рецептур новых комбинированных продуктов из сырья животного происхождения целесообразно осуществлять на основе метода математического моделирования по критерию минимизации энергетической ценности, подбирая сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых показателей [6, 9].
Целевая функция в таком случае ограничена энергетической ценностью проектируемого продукта:
где C1, С2, С3, ..., Сп - калорийность соответствующего компонента композиции, ккал;
XI, X2, X3 , ..., Xп - относительное содержание сырьевых компонентов в композиции, % масс.
Ограничения на регулируемые показатели в проектируемой композиции:
где К , К2 , К3 , ., Кп - средняя величина относительного содержания регулируемого показателя в конкретном сырьевом компоненте;
Yп - величина регулируемых показателей в готовом продукте.
Решение данных систем уравнений осуществляется при использовании пакетов программ по оптимизации рецептур пищевых продуктов, позволяющих в результате их математической обработки определить относительное содержание сырьевых компонентов, а также величину энергетической ценности проектируемых композиций [6].
Возможным вариантом проектирования является оптимальный подбор рецептурной композиции, производимый по максимальным значениям коэффициента утилитарности, минимуму значения показателя сопоставимой избыточности при аминокислотном скоре, приближающемся к единице [3, 10].
Кроме того, задача выбора оптимальной рецептуры заданного продукта может сводиться к нахождению такого состава продукта (смеси), в котором соотношение показателей качества было бы максимально близким эталону:
где bj, в] - соответствующие показатели качества проектируемого продукта (смеси) и эталона.
Поскольку важно не абсолютное значение того или иного показателя пищевой ценности, а их соотношение в продукте, то перед сравнением смеси и эталона их показатели качества нормируются по формуле (4) для смеси и формуле (5) для эталона:
F — СX 1 + С 2X2 + С 3X3 + ... + С^п — тш,
(1)
К X + К2 X2 + К3 Xз + ... + К^п — Yn,
(2)
Ь : Ьъ Ь] ...:Ьт — в1 : е/. ... : е,
(3)
п т п
Е—е1 / X / (5)
/ — 1
где х 7 - массовая доля 7-го компонента в смеси;
а 7/ - значение/-го показателя качества в 7-м компоненте; в/ - содержание/-го показателя качества в эталоне;
В/, Е/ - нормированное значение/-го показателя качества в смеси и эталоне. Наиболее близкой к эталону будет смесь, для которой сумма относительных отклонений по отдельным показателям качества минимизирована.
Значения х7 тт, х7 тах обусловливались органолептическими показателями качества либо особенностями состава комбинированного продукта. Учитывали также условие неотрицательности всех переменных
х7 > 0, 7 — 1,2,3, ...п
п
и условие X х7 — g, (6)
7 — 1
где g - заданное количество смеси.
Далее конструирование рецептур комбинированных продуктов питания осуществлялось посредством пакета программ «МаШса^ 2000» [11].
Приведённые математические модели для расчёта оптимального состава композиций учитывают специфику проектирования многокомпонентных рецептурных смесей и являются основой моделирования сбалансированности их состава. Выбор варианта рецептуры пищевого продукта, наиболее выгодного с позиций концепции рационального питания, может быть осуществлён только в результате такого моделирования.
Заключение
При разработке рецептур пищевой продукции с новыми функциональными свойствами в качестве основного может быть выбран оптимизационный вычислительный эксперимент. Для него характерно решение задачи оптимизации по уменьшению затрат, облегчению конструкции и т. д. Для сформулированной математической модели ставится соответствующая задача оптимального управления, задача оптимизации.
В состав новых комбинированных продуктов из сырья животного происхождения возможно введение мясных, молочных и овощных добавок и их смесей, что позволит улучшить пищевые качества комбинированных рыбопродуктов, повысить их пищевую и физиологическую ценность.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Антипова Л. В., Толпыгина И. Н. Продукты функционального значения на основе гидробионтов и сырья растительного происхождения // Мясная индустрия. - 2002. - № 4. - С. 4-6.
2. Артюхова С. А. и др. Технология продуктов из гидробионтов. - М.: Колос, 2001.
3. Липатов Н. Н. Предпосылки компьютерного проектирования продуктов и рационов питания с задаваемой пищевой ценностью // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1995. - № 3. - С. 4-9.
4. Студенцова Н. А. Функциональные продукты питания из гидробионтов // Пищевая промышленность. - 2003. - № 11. - С. 80-81.
5. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах. - М.: Высш. шк., 1986.
6. Проектирование состава продуктов детского питания (Обзор. инфор.) / А. В. Анисимова, Н. А. Михайлов, Б. С. Бедных, И. Г. Бушуева - М.: Агро-НИИТЭИММП, 1995.
7. Грачёв Ю. П. Математические методы планирования эксперимента. - М.: Пищ. пром-сть, 1979.
8. Новые белковые комбинированные продукты как результат моделирования. (ОАО «Черкизовский мясоперерабатывающий завод») / А. А. Калачев, П. А. Ушаков, А. Н. Кузнецов, Е. А. Калачева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 4. - С. 76-79.
9. Липатов Н. Н. Методологические подходы к проектированию рецептур многокомпонентных пищевых продуктов III поколения // Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - М., 1988. - С. 10-11.
10. Липатов Н. Н. Некоторые аспекты моделирования аминокислотной сбалансированности пищевых продуктов // Пищевая и перерабатывающая пром-сть. -1986. - № 4. - С. 49-52.
11. Математическое моделирование состава комбинированных продуктов на основе листовых овощей / Л. Н. Пилипенко, Г. Н. Станкевич, Л. И. Пеструева, П. Б. Палий // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1993. - № 3-4. - С. 70-71.
Получено 1.04.05
THE CONCEPT OF A BALANCED DIET AND DESIGNING FUNCTIONAL PRODUCTS FROM HYDROBIONTS
M. E. Tsibizova, A. A. Kilmaev
Considering the future prospect of the food-processing industry development concept, it is necessary to note that fish-processing industry is capable to solve the most important objectives connected to topical questions of a balanced diet. In modern literature the concept “designing of food products” appears more and more often nowadays. It is rather a new scientific direction of researches that allows developing the composition of multicomponent products with a set complex of qualitative indices. There are various schemes of combined product models in the paper. It is established that the development of new combined product formulas from raw animal material is expedient to accomplish by applying a mathematical modelling method under the criterion of minimization of power value, and selecting raw components with the given restraints of function quantities and adjustable parameters.
