CC BY
145
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ в разработке
многокомпонентных мясных продуктов с учетом биологической ценности
М. А. Никитина, канд. техн. наук., Д. В. Завгороднева
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» Е. Б. Сусь, канд. техн. наук ГНУ ВНИИМП им. В.М.Горбатова
ЯМ нформационные технологии, реализуемые методами И математического программирования, позволяют спроектировать продукты питания по различным критериям. В статье представлены основные этапы компьютерного проектирования многокомпонентных мясных продуктов питания по критерию биологической ценности, а также оценки качественного состава белкового компонента.
УДК 637.52.002.61:519.688 Ключевые слова:
параметрическое описание, информационные технологии, белковый компонент, биологическая ценность, компьютерная система.
В последние время при создании рецептур и технологий новых комбинированных мясных продуктов используются белки растительного и животного происхождения.
Наряду с полноценными мышечными белками, широко используется сырье с повышенным содержанием соединительной ткани, свиную шкурку, белково-коллагеновые эмульсии, мясную массу механической дообвал-ки, белковые препараты, получаемые из коллагенсодержащего сырья и т.п., отличительной особенностью которых является (при достаточно высоком содержании общего белка) дефицит некоторых незаменимых аминокислот, в частности триптофана.
Введение такого рода ингредиентов в значительных количествах взамен мясного сырья, не вызывая изменений в содержании общего белка, может оказать существенное влияние на его аминокислотный состав и, соответственно, на уровень биологической ценности [4].
Создание многокомпонентного мясного продукта, сочетающего высокую пищевую и биологическую ценность, хорошую органолептику и компенсирующего недостаток в конкретных пищевых веществах и нутриентах требует подбора компонентов рецептуры, предпочтительных для данной категории потребителей; знания структурных соотношений и принципов организации адекватного питания для заданного контингента [3, 5].
К направлению моделирования пищевых продуктов в течение 25-30 лет привлечено внимание научной общественности. Процесс проектирования состава рецептур основан на использовании критериев и ограничений, предложенных в работах А.М. Бражникова, И.А. Рогова, Н.Н. Липатова, Ю.А. Ивашкина и т.д. Ими была предложена математическая модель расчета биологической ценности продукта, основные аспекты которой представлены ниже. [1, 2, 3, 5, 7, 8].
Для разработки мясного продукта необходимо составить его параметрическое описание, включающее в себя не только группы основных показателей качества продукта, таких как пищевая ценность, биологическая ценность, витаминный состав, минеральный состав, энергетическая ценность, но также характеристики оценки его качества и безопасности, органолептических свойств, функционально-технологических свойств (ФТС) - удельная теплоемкость, водо-связывающая способность, жироудер-живающая способность, водоудержи-вающая способность, предельное напряжение сдвига, динамическая вязкость, равновесная плотность и активная кислотность (табл. 1).
При составлении параметрической модели мясного продукта должно учитываться:
1. требуемый химический состав (влага, белок, жир и т.д.);
2. массовые доли основных рецептурных составляющих;
Таблица 1. Параметрическое описание мясного продукта
Группа свойств № Наименование параметра
Биологическая ценность 1.1. Содержание белка: аминокислотный состав - полноценный, неполноценный
1.2. Содержание жира: насыщенные жирные кислоты, ненасыщенные жирные кислоты
1.3. Содержание золы: макроэлементы, микроэлементы
1.4 Содержание витаминов: водорастворимые, жирорастворимые
1.5 Содержание воды: свободная, прочно связанная
1.6 Соержание углеводов: усвояемые, неусвояемые
Энергетическая ценность 2. Степень биологического окисления
Органолептические свойства 3.1 Внешний вид
3.2. Консистенция
3.3. Вкус
3.4. Запах
3.5. Цвет
3.6. Сочность
Безопасность 4.1. Содержание микроорганизмов: патогенные, непатогенные
4.2. Содержание токсинов
4.3. Содержание примесей: химические - соли тяжелых металлов, пестициды, гормоны, антибиотики, противопаразитные препараты, радионуклеиды; механические
4.4. Продукты химических реакций при технологической обработки и хранении
Кулинарные свойства 5.1. Степень обработки
5.2. Способность к механической обработке
Структурно-механические свойства 6.1. Водосвязывающая способность
6.2. Содержание белка и его состояние
6.3. Содержание жира и его состояние
6.4. Содержание соединительной ткани и сухожилий
6.5. Консистенция
6.6. Структура
Функционально-технологические свойства 7.1. Влагоудерживающая способность
7.2. Жироудерживающая способность
7.3. Величина рН
7.4. Пластичность
7.5. Предельное напряжение сдвига
3. структурные соотношения показателей пищевой и биологической ценности продукта по различным критериям соответствия.
В качестве целевой функции оптимизации многокомпонентного мясного продукта может быть выбрано отклонение от заданной структуры определенной группы показателей биологической ценности [10, 11].
Качественный состав белкового компонента характеризуют коэффициенты сопоставимой избыточности
различий аминокислотного скора (КРАС), утилитарности (и) и биологической ценности (БЦ).
В частности, коэффициент КРАС показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора независимых аминокислот по сравнению с наименьшим уровнем скора какой-либо незаменимой аминокислоты (избыточное количество незаменимых аминокислот не используется на пластические нужды):
^АРАС КРАС = ^-,%
n
(1)
где АРАС - различие аминокислотного n кора аминокислоты:
АРАС = С, - ^ где С - избыток скора аминокислоты; С - минимальный из скоров незаме-
min ~
нимых аминокислот исследуемого белка
по отношению к эталону, %;
п - количество незаменимых аминокислот.
Биологическую ценность (БЦ) пищевого белка определяют по формуле:
БЦ = 100 - КРАС, % (2)
Коэффициент утилитарности
(^ аминокислотного состава имеет практическое значение, так каквоз-можность утилизации амккокивлот организмом пеедопределена минимальным скором одной из нсх. Коэффициент утилеаар нести j-й незамени -мой аминокислоты (доли единицы) рассчитывают по формуле:
С
С
a
min
J
С
i
(3)
где С. - скор ]-й незаменимой аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), %:
a;
С= — J
a ■
иэ]
■ 100,
U =
k
TA
j=1
J aj
aj =
С
- утилитарность j-й аминокислоты в белке;
где а. - содержание ]-й незаменимой аминокислот ы в продукте, г/100 г белка;
аэ. - содержание незаменимой аминокислоты, сооеветствующее физиологической необходимой нооме (эта лону), г/100 г белка.
Значение ебобщающего коэффициента утилитарности аминокислотного составе (и0 Оелка продукта, чивлонно оараите°изующего степень сбалансэровани ости незаменимых аминокислот по орошению к физиологически необходимой норме (эталону):
С - минимальный скор незаменимой
min ~
аминокислоты;
С - скор j-й незаменимой аминокислоты.
Данный подход эффективен, когда С 1.
" min
Известно, что меньшая возможность утилизации незаменимых аминокислот в составе белка пищевого прод=кта организмами наблюдается, когди их скор ы максимальны или наиболее близки к максимуму. Общее количество незаменимых аминокислот в белке оцениваемого продукта, которое из-за вjармoоесбaлансированности по отношению к эталону не может быть утилизировано организмом, служит для оценки сбалансированности состава незаменимых аминокислот по показателю сопоставимой и з бысочноски.
Покaзатвлj сопоставимой избыточности (G) содержания незаменимых аминокислот в белковом компоненте продукта характеризует суммарную массу незаменимых аминокислот, kе используемых (из-за несбалансиpoвajнaсjи аминокислотного сос=ава) на анаболические цели, в тагам количестве белка оцениваемого продукта, которое по содержанию потенциально утилизируемых незаменимых аминокислот эквивалентно их количеству в 100 г эталонного белка. Определение значения G для конкретного вида продукта осуществляется по формуле:
G =
PJ -J " aj ))
j=1
С о
Ii
PPA°
j=к
(4)
где А - содержание j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка или %;
Рисунок 1. Блок-схема расчета основных характеристик пищевого продукта
^ Начало ^
Системный анализ и подбор ингредиентов рецептуры
Расчет пищевой ценности проектируемого продукта (белок, жир, углеводы)
Расчет биологической ценности продукта (аминокислотный, жирокислотный состав)
Расчет энергетической ценности продукта в ккал и кДж
Расчет аминокислотного скора по основным незаменимым аминокислотам
Расчет коэффициента различия аминокислотного скора
Расчет коэффициента утилитарности
Расчет коэффициента сопоставимой избыточности
^ Конец ^
(5)
где А - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в сырье, г/100 г белка; С - минимальный скор незаменимых
min ~
аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологической норме (эталону), дол. ед.
Блок-схема расчета основных характеристик пищевого продукта представлена на рис. 1.
На основании данной математической модели разработана компьютерная система проектирования комбинированных мясных продуктов.
Созданная система проектирования комбинированных продуктов питания, обеспечивает компьютерное решение таких задач как проектирование рецептур, расчет количественных и качественных показателей проектируемого продукта, а именно расчет общего химического состава, пищевой, биологической и энергетической ценности.
Информационной основой системы является база данных химического состава сырья, используемого в
производстве комбинированных мясных продуктов.
База данных аминокислотного состава содержит информацию о количественном содержании незаменимых аминокислот, и, в первую очередь, - изолейцина, лейцина, лизина, метионина, цистина, фенелала-нина, треонина, триптофана, валина, гистидина, (гидро-) оксипролина - в массовой доле общего белка.
База данных жирнокислотного состава включает в себя сведения о наличии и содержании насыщенных жирных кислот (НЖК), мононенасыщенных жирных кислот (МНЖК), полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), в том числе линолевой, ли-ноленовой и арахидоновой жирных кислот. При работе с базой данных пользователи могут просматривать и редактировать нутриентный состав выбранного продукта, а также добавлять новые данные.
Логическая структура системы, представленная на рис. 2, состоит из двух компонентов: информационная база данных; программная среда.
Применение информационных технологий, реализуемые методами математического программирования, в проектировании комбинированных мясных продуктов питания
Рисунок 2. Логическая структура диалоговой информационной системы проектирования комбинированных продуктов питания
позволяют создать условия для перехода мясной промышленности на качественный уровень развития, повысить степень использования бе-локсодержащего сырья и расширить ассортимент мясных продуктов с заданным составом и гарантированным качеством. |
КОНТАКТЫ
Марина Александровна Никитина Дарья Витальевна Завгороднева Егор Борисович Сусь
+7 (495) 676-92-14 [email protected]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бражников А.М. О возможности проектирования комбинированных мясных продуктов / А.М. Бражников, И.А. Рогов // Мясная индустрия СССР. - 1985. - № 5. - С. 23-25.
2. Бражников А.М. Возможные подходы к аналитическому проектированию комбинированных продуктов питания / А.М. Бражников, И.А. Рогов, А.А. Михайлов, М.Н. Сильченко // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 1985. - № 3. - С. 22-28.
3. Жаринов А.И. Проектирование комбинированных продуктов питания / А.И. Жаринов, Ю.А. Ивашкин // Все о мясе. - 2004. - № 2-3. - С. 6 - 21.
4. Жаринов А.И. Некоторые технологические аспекты производства мясопродуктов с супервыходами // Вестник Аромарос-М. - 2005. - № 2(12). - С. 49-54.
5. Ивашкин Ю.А. Информационные технологии проектирования пищевых продуктов / Ю.А. Ивашкин, С.Б. Юдина, М.А. Никитина и др.// Мясная индустрия. - 2000. - № 5. - С. 40 - 41.
6. Исаев В.А. О проектировании комбинированных пищевых продуктов // Мясная индустрия СССР. - 1985. - № 7. - С. 42-43
7. Липатов Н.Н. Некоторые аспекты моделирования аминокислотной сбалансированности пищевых продуктов // Пищевая и перерабатывающая промышленность. - 1986. - № 4. - С.49-51.
8. Липатов Н.Н. Принципы проектирования состава и совершенствования технологии многокомпонентных мясных и молочных продуктов : автореф.дис. ... докт. техн. наук. - М.: МТИММП, 1988.
9. Липатов Н.Н. Совершенствование методики проектирования биологической ценности пищевых продуктов / Н.Н. Липатов, А.Б. Лисицын, С.Б. Юдина // Мясная индустрия. - 1996. - № 1. - с. 14
10. Никитина М.А. Структурно-параметрическое моделирование и оптимизация системы адекватного питания: автореф.дис. ... канд. техн. наук. - М., 2002. - 23 с.
11. Титов Е.И. Экспертная система оптимизации состава продуктов и рациона питания : монография / Е.И. Титов, И.А. Рогов, Ю.А. Ивашкин, М.А. Никитина, И.В. Глазкова, Л.Ф. Митасева. - М. : МГУПБ. 2009. 124 с.
