проектирование состава новых кисло

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА НОВЫХ КИСЛО-МОЛОЧНЫХ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ С
ЗЕРНОВЫМИ ДОБАВКАМИ
Захарова Л. М., Мазеева И. А.
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, г. Кемерово, Россия
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» 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. Наличие упомянутой системы
уравнений
позволяет
достаточно
корректно
описывать
изменение
общехимического,
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 [1, 2].
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[3].
При проектировании состава кисло-молочных продуктов, имеющих сложный сырьевой состав,
следует учесть, что применение растительного сырья, обладающего повышенной биологической
ценности позволяет получать композиции, характеризующиеся улучшенным витаминным,
минеральным, углеводным и аминокислотным составом по сравнению с отдельно взятыми
компонентами, при этом возможно более тонкое управление процессом формирования продуктов.
В общем виде математическая постановка экспериментальной задачи состоит 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 [4].
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 [1].
Разработку рецептур новых кисло-молочных белковых продуктов целесообразно осуществлять
применяя метод математического моделирования по критерию минимизации энергетической
ценности, подбирая сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и
регулируемых показателей.
Целевая функция, в таком случае, ограничена энергетической ценностью проектируемого
продукта (уравнение 1.1) [3]:
(1.1)
F = C1X1 + C2X2 + C3X3 + … + CnXn ® min,
где C1, C2, C3, … , Сn - калорийность соответствующего компонента композиции, ккал; X1, X2, X3, … ,
Xn - относительное содержание сырьевых компонентов в композиции, мас.%.
Ограничения на регулируемые показатели в проектируемой композиции [уравнения (1.2) и (1.3)]:
(1.2)
K1X1 + K2X2 + K3X3 + … + KnXn і Y1,
(1.3)
K1X1 + K2X2 + K3X3 + … + KnXn Ј Y2,
где K1, K2, K3, … , Кn – средняя величина относительного содержания регулируемого показателя в
конкретном сырьевом компоненте; Y1, Y2 – величина регулируемого показателя 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.
Таким образом, приведённые математические модели для расчёта оптимального состава
композиций учитывают специфику проектирования многокомпонентных рецептурных смесей и
являются основой моделирования сбалансированности их состава. Выбор наиболее выгодного с
позиций физиологических потребностей варианта рецептуры пищевого продукта может быть
осуществлён, на наш взгляд, только в результате такого моделирования.
Целью настоящей работы явился процесс проектирования композиций кисло-молочных белковых
продуктов с зерновыми добавками и углеводными компонентами, с направленным химическим
составом, регулируемым в соответствии с современными физиологическими нормами питания.
По результатам научно-технической информации, а также на основании детально изученного
состава и свойств ингредиентов, в качестве основного сырья для производства кисло-молочных
белковых продуктов со сложным сырьевым составом, считаем целесообразным, использовать
нежирный творог, за счёт которого создаётся основная питательная ценность моделируемых
композиций.
Многочисленными исследованиями установлено, что растительное сырьё является богатым
источником минеральных веществ, пищевых волокон, аминокислот, витаминов, поэтому его
использование в качестве добавок при производстве кисло-молочных белковых продуктов позволит
значительно повысить пищевую и биологическую ценность проектируемых композиций с их
применением. Доказано, что наиболее ценными видами зерновых культур являются продукты
переработки овса и пшеницы, а именно: овсяные хлопья, пшеничные отруби и пшеничные
зародышевые хлопья (ПЗХ).
В связи с поставленной целью проектирование состава новых многокомпонентных кисломолочных белковых продуктов осуществляли методом математического моделирования, путём
научно-обоснованного составления композиций с учётом основных требований теории
сбалансированного питания, а именно: минимизации энергетической ценности проектируемых
продуктов, соотношения и содержания в композициях белка, жира и углеводов, оптимального
поступления незаменимых аминокислот, балластных веществ, соотношения минеральных веществ
(кальция, фосфора, магния) и незаменимых аминокислот (триптофана, метионина, лизина).
Подбирали сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых
показателей для обеспечения потребности организма в вышеуказанных веществах в количестве 30%
от дневной нормы потребления, представленных в таблице 1.
Таблица 1
Ограничения на регулируемые показатели в проектируемых композициях
Потребность (формула
сбалансированного
питания), г/сутки
Требуемое содержание
компонента, г в 100 г
композиции (рецептуре)
Содержание жира
60,0–154,0 (107,0)
0,0–1,0
Содержание белка
58,0–117,0 (88,0)
15,0–16,0
Содержание углеводов
50,0–100,0 (75,0)
7,0–8,0
Регулируемый
показатель
Соотношение
Триптофан:Метионин:Лизин
Соотношение
Кальций:Фосфор:Магний
1,0:(2,0–4,0):(3,0–5,0)
1,0:1,5:0,7
Триптофан (0,2–0,4),
Метионин (0,8–1,0),
Лизин (1,1–1,3)
Кальций (0,2–0,4),
Фосфор (0,4–0,6),
Магний (0,1–0,3)
Содержание
балластных веществ
20,0–25,0 (22,5)
6,7–6,8
Содержание
незаменимых аминокислот
25,0–26,0 (25,5)
7,5–7,8
Полученные системы уравнений решили методом линейного программирования, при
использовании пакета программ для расчёта оптимальных рецептур пищевых продуктов, что
позволило получить относительные содержания сырьевых компонентов композиций, представленные
на рисунках 1.1, 1.2, 1.3 и 1.4.
7%
7%
86%
нежирный творог
овсяные хлопья
пчелиный мёд
Рис. 1.1. Относительное содержание сырьевых компонентов для составления рецептурной
композиции кисло-молочного белкового продукта с овсяными хлопьями и пчелиным мёдом
Результативные значения по количеству регулируемых показателей в композициях, на
содержание которых были введены ограничения, представлены в таблице 2.
Таким образом, единая унифицированная система оценки качества продуктов питания,
реализованная в виде программного обеспечения на ПК, позволила достаточно быстро и
относительно эффективно осуществить проектирование состава новых пищевых продуктов.
Таблица 2
Итоговый результат по содержанию регулируемых показателей
в композициях кисло-молочных белковых продуктов с зерновыми добавками
Содержание, г в 100 г композиции
с овсяными
хлопьями и
мёдом
с овсяными
хлопьями и
сахаром
с пшеничными отрубями и
сахаром
с ПЗХ и
сахаром
Жир
0,8269
0,8807
0,9080
0,6620
Белок
13,0469
13,2453
16,6060
16,9390
Углеводы
6,6072
6,3957
8,3065
8,7570
Триптофан
0,1474
0,1504
0,1679
0,1755
Метионин
0,5114
0,5190
0,4342
0,4603
Лизин
1,5268
1,5482
1,2757
1,3940
Кальций
0,0781
0,0781
0,1102
0,1202
Фосфор
0,1348
0,1351
0,2850
0,1785
Магний
0,0226
0,0242
0,0613
0,0247
Балластные вещества
0,1219
0,1378
6,8250
0,0000
Незаменимые
аминокислоты
6,6033
6,7145
6,8612
8,0656
86,0585
(360,31)
86,4903
(362,12)
107,8220
(451,43)
109,3700
(455,92)
Регулируемый показатель
Энергетическая ценность,
ккал (кДж)
Литература
1. Анисимова А. В., Михайлов Н. А., Бедных Б. С., Бушуева И. Г. Проектирование состава продуктов
детского питания: Обзорная информация. - М.: АгроНИИТЭИММП, 1995. – 35 с.
2. Грачёв Ю. П. Математические методы планирования эксперимента. - М.: Пищевая промышленность,
1979. – 200 с.
3. Остроумов Л. А., Бобылин В. В., Остроумова Т. А., Брагинский В. И., Вождаева Л. И. Комбинированные
молочные белковые продукты с использованием растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья,
1998. – № 8. – С. 28–30.
4. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах. – М.: Высшая школа, 1986. – 230 с.