CC BY
68
УДК 664.36:51-74
Ключевые слова: физиологически функциональный; растительные масла; жиры; смесь; математическое моделирование; программа.
Оптимизация расчета смесей растительных жиров и масел
с использованием критериев их физиологической функциональности
А.В. Самойлов, канд. техн. наук
Корпорация «Союз», ЦНИИ современных жировых технологий
А.А. Кочеткова, д-р техн. наук, профессор, С.М. Севериненко, канд. техн. наук, доцент, Е.И. Конопленко, канд. техн. наук, доцент, А.А. Романов Московский государственный университет пищевых производств
Физиологическая функциональность жиров и масел обусловлена, в первую очередь, их химическим составом. Характеристикой функциональности масел и жиров служат пищевая ценность и биологическая эффективность, которая является составной частью показателя пищевой ценности и базовым критерием функциональности. Она характеризуется содержанием в составе жиров незаменимых (эссенциальных) жирных кислот в определенном количестве и соотношении друг с другом, а также с заменимыми жирными кислотами. В интегральный показатель пищевой ценности жиров входит наличие в них жирорастворимых витаминов и других сопутствующих веществ, а также отсутствие трансизомеров жирных кислот.
На сегодняшний день практически ни один из видов натуральных жиров или масел, массово вырабатываемых промышленностью, нельзя считать оптимальными по физиологическим параметрам, в первую очередь по жирнокислотному составу. В связи с этим их необходимо модифицировать.
Один из наиболее простых и безопасных в техническом, экономическом и экологическом отношении
Key words: physiologically functional; vegetable oils; fats; a mix; mathematical modeling; the program.
Таблица 1
Групповой жирнокислотный состав растительных масел
Группа жирных кислот Содержание жирных кислот в маслах, %
пальмовое соевое рапсовое
НЖ 50,1 15,9 7,5
МНЖ 39,9 24,4 63,7
ПНЖ , в том числе: 10,0 59,7 28,8
ш-3-жирные кислоты 0,3 6,3 9,1
ш-6-жирные кислоты 9,7 53,4 19,7
трансизомеры жирных кислот 0,1 0,0 0,0
способ получения жиров с определенными показателями - их смешивание, или купажирование. Концепция купажирования масел и жиров была разработана учеными МГУПП в конце ХХ века как основное направление в создании функциональных жировых продуктов [1, 2].
Для решения задачи оптимизации жирнокислотного состава путем купажа могут быть использованы математические методы. Существуют литературные данные о применении различных методов для решения данной задачи, например: метод на основе поиска максимума обобщенной целевой функции, использование номограмм, метод линейного программирования, метод «золотого сечения» и др. [3-8].
Приведенные методы не могут применяться для многофакторного расчета поликомпонентной смеси жиров. Так, при расчете соотношения полиненасыщенных, мононенасыщенных и насыщенных жирных кислот (ПНЖК, МНЖК и НЖК соответственно) не учитывается соотношение семейств жирных кислот ю-3 к ю-6 и наоборот. Вследствие этого актуально создание прикладной компьютерной программы для расчета компонентов смеси «идеального» жира.
Цель настоящего исследования -создание математической модели, позволяющей определять компонентный состав смесей жиров и масел с
учетом критериев их физиологической функциональности.
В качестве объектов исследования использовали натуральные растительные жиры и масла, наиболее распространенные на мировом рынке: пальмовое, соевое и рапсовое.
Предмет исследования - купажи данных масел, рассчитанные с помощью разработанной программы, которые можно применять в качестве жировых основ для спредов, маргаринов, жиров специального назначения, шортенингов и другой маргариновой продукции. Для формирования их жировых основ, помимо жидких растительных масел и жиров, необходимо использовать и твердые, что обусловлено реологическими характеристиками готового продукта.
Анализ жирнокислотного состава масел проводили с помощью метода ГЖХ по ГОСТ Р 51483-99 [9]. Результаты представлены в табл. 1.
В основу расчета соотношений сбалансированных смесей масел были положены данные НИИ питания РАМН, согласно которым в питании людей соотношение жирных кислот семейства ю-3 к ю-6 должно составлять от 1:5 до 1:10. При этом соотношение ПНЖК:НЖК должно составлять от 1:1 до 2:1, содержание трансизомеров жирных кислот - не более 8 % [10]. Вследствие того, что в натуральных немодифицирован-ных маслах практически отсутствуют трансизомеры жирных кислот, последний показатель был исключен из дальнейших расчетов. Можно предположить, что соотношение жирных кислот в сбалансированном жире записывается следующим образом: 35-45 % ПНЖК (из которых 3-8 % ю-3 - жирных кислот и 29-37 % ю-6 - жирных кислот), 30-35 % МНЖК и 28-35 % НЖК. Таким образом, соотношение ПНЖК:МНЖК:НЖК в «идеальном» жире должно составлять приблизительно 1:1:1.
На основании этих соотношений нами были предложены два критерия, наиболее полно характеризующие сбалансированность жирнокислотного состава. Первый - отношение количества ПНЖК:НЖК, второй -отношение количества ю-3:ю-6.
С целью рационализации и упрощения оценки биологической эффективности жиров были введены следующие коэффициенты: коэффициент Р - для обозначения отношения ПНЖК:НЖК, коэффициент О -для обозначения отношения ю-3:ю-6, увеличенного для удобства интерпретации в 10 раз.
Для оценки физиологических свойств жиров была выдвинута сле-
RAW MATERIALS AND ADDITIVES
дующая гипотеза: с увеличением биологической эффективности жиров коэффициенты Р и О должны стремиться к своему максимуму, при этом значения коэффициентов Р и О для сбалансированного жира должны находиться в пределах от 1 до 2.
Существует математическая связь между коэффициентами Р и О. В состав ПНЖК входят, преимущественно, ю-3 и ю-6 жирные кислоты. Этот факт позволяет говорить о том, что коэффициент Р находится в прямой зависимости от коэффициента О. Действительно, при увеличении доли жирных кислот семейства ю-3 или ю-6, количество ПНЖК в жире увеличивается пропорционально.
Коэффициент О является весомым лишь в том случае, если коэффициент Р не ниже 1. Таким образом, первым фактором, определяющим биологическую эффективность жиров, служит высокий коэффициент Р, а вторым - высокий коэффициент О.
Приведенные в табл. 2 коэффициенты Р и О, рассчитанные на основании данных по групповому жирнокислот-ному составу исходных масел, свидетельствуют о том, что ни одно из масел не является полностью сбалансированным, что подтверждает гипотезу о необходимости их купажирования.
Для автоматизации процесса расчета рецептур смесей с учетом коэффициентов Р и О была разработана компьютерная программа <^а1т1х».
Математическая модель программы «Еа1т1х»:
1) количество жиров в смеси
5) соотношение 10- (ю-3/ю-б) (ко-эфф. й) в смеси жиров
1 < TOWM+WM+WM+.'.+ WnH)
W21M+W22M2+W23M3+ ...+ W2nMn< 2;
б) количество жиров в смеси M + M2 + M3 + ... + M = 100 (%),
где М1, М2, М3, ..., Мп - наименование жиров; п - количество видов жиров;
К^- количество НЖК в соответствующем жире, %;
К2|- количество МНЖК в соответствующем жире, %;
К3|- количество ПНЖК в соответствующем жире, %;
1/^- жирные кислоты семейства ю-3, %;
/2 - жирные кислоты семейства ю-6, %;
1 = 1+л.
Таблица 2
Значение коэффициентов Р и й для растительных масел
Коэффициент Масло
пальмовое соевое рапсовое
Р 0,2 3,8 3,8
a 0,3 1,2 4,6
смеси, а именно, процентное содержание каждого компонента рецептуры, содержание в ней ПНЖК, МНЖК, НЖК, ю-3, ю-6 жирных кислот, коэффициенты Р и О. Пользовательский интерфейс программы предполагает возможность задания определенного шага в диапазоне от 0,01 до 1 % и пределов содержания от 0 до 100 % того или иного исходного жирового компонента в рецептуре.
Для удобства обработки результатов работы программы была реализована возможность сортировки массива рецептур по значениям ко-
Таблица 3
Рецептуры и характеристики жировых смесей
Ингредиент Номер рецептуры
1 2 3 4 5 6 7 8
Масло, % пальмовое 35,0 35,0 35,0 35,0 40,0 35,0 37,6 40,7
соевое 61,0 49,5 46,5 35,0 54,0 30,0 30,0 40,3
рапсовое 4,0 15,5 18,5 30,0 6,0 35,0 32,4 19,0
НЖ , % 27,5 26,6 26,3 25,4 29,1 24,9 26,0 28,2
МНЖ , % 31,4 35,9 37,1 41,6 33,0 43,6 43,0 38,2
ПНЖ , % 41,1 37,5 36,6 33,0 38,0 31,5 31,0 33,6
ш-3, % 4,3 4,6 4,7 5,0 4,1 5,2 5,0 4,4
ш-б, % 36,8 32,9 31,9 28,0 33,9 26,3 26,1 29,2
Коэффициент Р 1,5 1,4 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2
a 1,2 1,5 1,5 1,9 1,3 2,0 2,0 1,6
0 < M < 100 (%; 0 < M2 <100 (%);
0 < Mn < 100 (%);
2) сумма жирных кислот в жирах
M = К + К21 + К31 = 100 (%); M = К2 + К22 + К32 = 100 (%);
M = К + К + К3 = 100 (%);
n 1n 2n 3n \ fi
3) содержание жирных кислот семейств ю-3 и ю-б в жирах:
Wi + W < Кэ,; W2 + W <
W + W< К3 ;
in 2n 3n'
4) соотношение ПНЖК/НЖК (ко-эфф. Р) в смеси жиров
1 < Кз,М,+ Кз2М2+ КМ +.+ K3nMn K11M1-+K12M2-+ КзМ + .3+KnMn < 2;
Программа «Fatmix» написана на языке Delphi с использованием методов объектно-ориентированного программирования. Входные данные программы - наименование жира, содержание в нем ПНЖК, МНЖК, НЖК, ю-3 и ю-б-жирных кислот. Был реализован алгоритм проверки входных данных на соответствие начальным условиям, а также проверки уже рассчитанной рецептуры. На базе этого алгоритма реализована возможность расчета и проверки на соответствие условиям ограничения всех возможных рецептур для одного набора входных данных.
Основной алгоритм, позволяющий получить на выходе массив рецептур, представляет собой набор процедур и функций, осуществляющих последовательный перебор и проверку всех возможных комбинаций на соответствие условиям ограничения. Каждое решение представляет собой набор параметров жировой
эффициентов P и й. Рассчитанные рецептуры можно экспортировать в СУБД MS Access для дальнейшей работы с ними.
В наших исследованиях ограничивающим критерием при расчете рецептур служило содержание пальмового масла в смеси на уровне не менее 35%. Такое ограничение было обусловлено реологическими характеристиками маргариновой продукции. Предложенные рецептуры были использованы в дальнейших исследованиях для изготовления жировых основ низко- и средне-жирных спредов, физико-химические и органолептические показатели которых соответствовали принятым стандартам [11].
Из многочисленных вариантов решений (15110), полученных в результате работы программы «Fatmix», были выбраны наиболее перспективные (табл. 3). Значение коэффициента Р не выше 1,5 было обуслов-
лено необходимостью наличия значительного количества пальмового масла в смесях.
Предложенные коэффициенты Р и О можно использовать для наглядной оценки функциональности любых масел, жиров, а также их смесей. Прикладная программа для расчета жировых смесей с заданной биологической эффективностью, основанная на данных коэффициентах, позволит упростить в условиях мас-ложирового производства оперативную корректировку их рецептур в зависимости от вида изготовляемого функционального продукта и физико-химических характеристик исходного жирового сырья.
Рецептуры жировых смесей, которые можно получить с помощью программы <^а1:т1х», оптимальны лишь по своим физиологически функциональным характеристикам. Важнейшими для жировых смесей и продуктов на их основе являются их реологические (температура плавления, температура застывания, содержание твердой фазы триацилг-лицеринов, кристаллическая модификация, твердость, пластичность и др.) и органолептические характеристики (консистенция, скорость таяния во рту). В связи с этим следующим этапом работы должно стать построение алгоритмов оптимизации жировых смесей, а также продуктов на их основе, по реологическим и органолептическим характеристикам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев, А.П. Научные основы технологий получения функциональных жировых продуктов нового поколения/А.П. Нечаев//Масла и жиры. - 2007. - № 8. - С. 26-27.
2. Нечаев, А.П. Растительные масла функционального назначения/ А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова//Мас-ложировая промышленность. -2005. - № 3. - С. 20-21.
3. Рудаков, О.Б. Алгоритм оптимизации состава жировой фазы спре-дов/О.Б. Рудаков [и др.].//Масло-жировая промышленность. - 2006. -№ 3. - С. 42-44.
4. Рудаков, О.Б. Применение номограмм в оптимизации состава жировой фазы спредов/О.Б. Рудаков, А.Н. Пономарев, Д.Б. Паринов, К.К. Полянский//Масложировая промышленность. - 2006. - № 4. - С. 24-26.
5. Клюшина, Е.А. Вязкостные характеристики трехкомпонентной смеси растительных масел, оптимизированной по содержанию полиненасыщенных жирных кислот/Е.А. Клюшина [и др.].//Сборник материалов V Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007», 18-19 сентября 2007 г. Ч. II. -М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - С. 209-213.
6. Грузинов, Е.В. Компьютерное проектирование смесей растительных масел, оптимизированных по
содержанию полиненасыщенных жирных кислот/Е.В. Грузинов, С.В. Николаева, Е.А. Клюшина, Т.В. Шлёнская//Сборник докладов М-й Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания», 57 июня 2006 г., Ч. II. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2006. -228 с.
7. Тагиева, Т.Г. Принципы составления жировых основ спредов/Т.Г. Тагиева, В.Н. Григорьева, Л.И. Тара-сова//Масложировая промышленность. - 2007. - № 1. - С. 6-9.
8. Скорюкин, А.Н. Технология получения и применения купажированных жировых продуктов с оптимальным составом ПНЖК: автореф. дисс.... канд. техн. наук/А.Н. Скорюкин. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2004. - 24 с.
9. ГОСТ Р 51483-99. Масла растительные и жиры животные. Определение методом газовой хроматографии массовой доли метиловых эфи-ров индивидуальных жирных кислот к их сумме: офиц. текст. - М., 1999. - 11 с.
10. Тутельян, В.А. Биологически активные добавки в питании челове-ка/В.А. Тутельян [и др.]. - Томск, 1999. - 156 с.
11. Самойлов, А.В. Разработка технологии спредов функционального назначения с синбиотическим комплексом: дисс. ... канд. техн. наук/А.В. Самойлов. - М., 2008. -188 с.
Эй*
Замороженные мясные полуфабрикаты не растают в кризис
Даже в условиях кризиса рынок замороженных мясных полуфабрикатов демонстрирует устойчивый рост. К такому выводу пришли специалисты Информационного агентства «КредИнформ», проведя комплексное маркетинговое исследование «Рынок замороженных мясных полуфабрикатов в России: состояние, тенденции и перспективы его развития».
Рост сектора замороженных мясных полуфабрикатов обусловлен в первую очередь растущим спросом на полуфабрикаты из мяса птицы, самого быстрорастущего сегмента рынка, составляющего около 48 % в общем объеме мясных полуфабрикатов. В 2009 г. рынок замороженных ПФ из мяса птицы вырос на 10-17 % в натуральном выражении. Полуфабрикаты из
мяса птицы остаются наиболее доступной категорией товаров. Их потребление растет в 2 раза быстрее, чем продуктов из говядины, и в 2,5 раза быстрее, чем из свинины.
В настоящее время рынок замороженных мясных полуфабрикатов находится в стадии планомерного роста и имеет достаточно большой потенциал для развития. Доля активных покупателей (частота потребления несколько раз в месяц и чаще) в период с 2009 по 2011 г. вырастет с 49 до 53 % за счет увеличения частоты употребления традиционных замороженных мясных полуфабрикатов. В целом, средние годовые темпы роста рынка замороженных мясных полуфабрикатов на период до 2012 г. составят примерно 6-8 %.
♦ ♦ ♦
