Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Критерии оптимизации аминокислотного состава поликомпонентных продуктов питания с использованием методов вычислительной математики.

Одной из главных задач при проектировании специализированных продуктов питания для различных возрастных групп является соответствие биохимических и качественных характеристик продуктов физиологическим особенностям человеческого организма.

Для решения этой задачи необходимо на основе медико-биологических требований разработать модель продукта, учитывающую требуемый химический состав (белок, жир, влага, углеводы и др.), массовые доли основных компонентов продукта (главные рецептурные составляющие, клетчатка, биологически активные добавки, ферменты, витамины и др.), структурные соотношения показателей биологической ценности продукта (амино- и жирнокислотный составы) по различным критериям соответствия. При этом должна быть учтена специфика рационального питания определенных категорий населения.

Создание таких моделей связано с накоплением базы данных о физиологических особенностях питания различных групп населения, а также о химическом составе, физических свойствах, пищевой, биологической и энергетической ценности, медико-биологических требованиях, санитарно-гигиенических нормах безопасности и других характеристиках сырья, полуфабрикатов и конечных продуктов. На основе базы данных формируется база знаний в виде параметрических описаний проектируемого продукта, вариантов рецептур, балансных уравнений и структурных соотношений между определяющими компонентами и свойствами продукта.

Компьютерное проектирование заключается в построении модели продукта по заданным параметрам качества, выбору исходных компонентов и рецептурной оптимизации продукта по критериям пищевой и биологической ценности.

Критерий оптимизации по элементам химического состава, определяющий пищевую ценность (белок, жир, влага и т.д.) моделируемого продукта, имеет вид:

Р(z)= )²→ min

где, x_j- массовая доля ј-го компонента рецептуры; b_ij - удельное содержание i-го элемента химического состава (белка, жира, влаги и т.д.) в ј-м рецептурном компоненте проектируемого продукта,%; - содержание і-го элемента пищевой ценности,% в эталонном продукте.

При оптимизации аминокислотного состава поликомпонентных продуктов питания возможны минимум три варианта постановки задачи:

1. Достижение точного соответствия количественных соотношений аминокислот белка проектируемого продукта эталону. В этом случае составляется СЛАУ (система линейных алгебраических уравнений) вида:

где n - число компонентов; m - число оптимизируемых аминокислот; А - массовая доля і-й оптимизируемой аминокислоты в ј-м компоненте; С – массовая доля ј-го компонента

В задаче оптимизации аминокислотного состава продукта путем подбора его рецептурного состава, где неизвестными являются Сј, имеем СЛАУ из m уравнений с n неизвестными, которая разрешима при выполнении условия:

а) n < m

Так как в случае Сј < 0 задача не имеет физического смысла, то на решение системы необходимо наложить условие:

б) Сј ≥ 0

Несмотря на простоту процедуры нахождения точного решения, условия (а) и (б) существенно ограничивают область практического применения первого подхода. При этом целесообразно для каждого вновь рассматриваемого набора ингредиентов проверять выполнение условий (а) и (б) с целью поиска точного решения.

2. Минимизация суммы отклонений реальных количественных соотношений аминокислот проектируемого продукта от рекомендуемого эталоном для каждой аминокислоты:

→ min

3. Оптимизация других показателей биологической ценности. Известная связь между рядом критериев биологической ценности белков и пищевых белковых систем, такими как аминокислотный скор, коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС), коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка, показатель сопоставимой избыточности, выражаемая линейными алгебраическими зависимостями, позволяет при математическом моделировании рецептурных композиций использовать в качестве целевой функции КРАС, который характеризует потенциальную возможность использования организмом белка на анаболические нужды. В связи с этим критерий оптимизации имеет вид:

КРАС→min

Таким образом, решение задач проектирования белковых продуктов и композитов должно включать следующие этапы:

· Создание математической модели для поиска решения;

· Установка параметров поиска решения (установка возможности взаимного дополнения и обогащения компонентов продукта);

· Введение ограничений;

· Дальнейшая оптимизация разработанного состава;

· Создание отчета по результатам поиска решения.

[1] Термин молочного белково-углеводного сырья (МБУС), предложен Н.Н. Липатовым взамен "побочного", "вторичного", "отходов молочного производства" и т.п. К МБУС относят обезжиренное молоко, пахту, молочную сыворотку, альбуминное молоко, мелассу.