3.3 Создание мучных композитных смесей функционального назначения

Анализ химического состава МКС показал несоответствие их требованиям нутрициологии - все изделия перегружены легкоусвояемыми углеводами, в дефицитном количестве находятся макро- и микроэлементы, витамины, пищевые волокна. С целью снижения энергетической и повышения пищевой ценности мучных продуктов необходима корректировка их состава в сторону приближения к требованиям формулы XXI века, обеспечивающей оптимальное питание, предусматривающая потребление продуктов, в том числе кондитер­ских изделий, с заданными функциональными свойствами.

В основе концепции функционального (здорового, позитивного) питания лежит создание функциональных продуктов, т.е. продуктов, содержащих ингредиенты, которые приносят пользу здоровью человека, повышают его сопротивляемость заболеваниям, способны улучшить многие физиологические процессы в организме человека, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни.

Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества, физиологическое воздействие. Традиционные продукты, в отличие от функциональных, характеризуются только первыми двумя составляющими. По сравнению с обычнымим повседневными продуктами, функциональные должны быть полезными для здоровья, безопасными с позиции сбалансированного питания и питательной ценности продуктов. Все продукты позитивного питания содержат ингредиенты, придающие им функциональные свойства. По теории Д.Поттера на сегодняшнем этапе развития рынка эффективно используется основные виды функциональных ингредиентов: пищевые волокна (растворимые и нерастворимые), витамины (А, группа В, Д и т.д.), минеральные вещества (кальций, железо), полиненесыщенные жиры (растительные масла, рыбий жир, (0-3- и со-6-жирные кислоты), антиоксиданты: Р-каротин, витамин С (аскорбиновая кислота) и витамин Е (а-токоферол), пробиотики (препараты живых микроорганизмов), пребиотики (олигосахариды как субстрат для полезных бактерий) [82,83].

Поэтому для создания изделий функциональной направленности необходимо включить в состав МКС витамины, минеральные вещества, пищевые волокна и аминокислоты.

V

3.3.1 Разработка мкс для сахарного и затяжного печенья сбалансиованных по витаминному и минеральному составу

В данной работе рассматривается оптимизация МКС для сахарного печенья, так как сахарное печенье пользуется большим покупательским спросом, благодаря низкой цене и высокому качеству. Рецептура разрабатываемого продукта должна базироваться на основных компонентах: мука пшеничная, сахарная пудра, молоко сухое, соль, химические разрыхлители и дополнительных - порошкообразные полуфабрикаты: порошок шиповника, абрикосово-паточный полуфабрикат, черноплоднорябиново- паточный полуфабрикат, клюквенно-паточный полуфабрикат. По химическому составу они богаты витаминами: С, Е, Р-каротином, микро- и макроэлементами: Са, Р, Ре,

Задача оптимизации связана с нахождением решения - оптимума, то есть наилучшего варианта достижения цели с наименьшими затратами времени, сил и средств. Оптимальные решения при проектировании МКС, обогащенных ви­таминами и макро- и микроэлементами, могут быть достигнуты с помощью их формализованных математических описаний — математических моделей, отра­жающих в аналитическом виде множество функциональных связей и рядом ог­раничений, вытекающих из физического смысла задачи. При реализации мате­матических планов в качестве выходного параметра использовали суточную потребность в микронутриентах.

Выбор функции, подлежащей оптимизации (целевой функции) произво­дился в соответствии с поставленными задачами и целями. Аргументы функции ограничены по величине. Ограничения и аргументы вытекают из физического смысла задачи и налагаются либо в виде неравенств, либо в виде уравнений. Для оценки возможных вариантов комбинирования МКС применяли методы линейного программирования реализованные в Microsoft Excel 97.

Достижение поставленной цели сводится к решению задачи линейного программирования, поскольку как целевая функция, так и ограничения сфор­мулированы в линейной форме. В общей постановке задачи линейная оптими­зация сводится к определению максимума целевой функции [84,85].

При этом для МКС возможны минимум 3 варианта постановки задачи.

1. Необходимо достичь абсолютно строгого соблюдения соотношения между микронутриентами. В этом случае минимизируемой целевой функцией следует считать сумму массовых долей компонентов в смеси £^xi —> min, ограничением - выражение, полученное из соотношения микронутриентов и другие ограничения. Однако, такой вариант в большенстве случаев не имеет решения.

2. Минимизируемой целевой функцией является близость реальной пропорции к идеальной R —» min, ограничения / k_i+j z_i+i - kjZj / < R по каждому микронутриенту, kj и Zj - массовые доли компонента в МКС и микронутриенты в компоненте соответственно.

3. Минимизируется сумма расхождений реальной пропорции от идеальной по каждому микронутриенту £ Rj —» ^miⁿ-

В диссертационной работе принят третий вариант оптимизации.

Обозначим через xi....x₅ - количество (массу) в граммах каждого (i-ro) компонента, приходящееся на 100 г МКС, тогда можно выразить реальную мас­су каждого микронутриента в 100 г МКС

.МКС с порошком шиповника:

Для витамина С:

У1= 0,04хз + 11х₄;

Для витамина Е:

у₂= 0,026x1 + 0,0045хз + 0,01 7х₄;

Для Р-каротина:

у₃= 0,001х₃ + 0,049х₄;

Для кальция:

у₄= 0,18x1 + 0,02х₂+ Юхз+ 0,6х₄+ 3,68х_5;

Для фосфора:

у₅= 0,86x1+7,9х₃+0,17х₄;

Для железа:

у₆= 0,012x1 + 0,003x2+ 0,005хз+ 0,25х₄+ 0,029х₅

Для МКС с клюквенно-паточным полуфабрикатом:

Для витамина С:

у,= 0,04х₃ + 0,15х₄;

Для витамина Е:

у₂= 0,026x1 + 0,0045хз;

Для Р-каротина:

у₃= 0,001х₃;

Для кальция:

у₄= 0,18x1 + 0,02х₂+ Юх₃+ 0,14х₄+ 3,68х_5; Для фосфора: у₅=0,86х, + 7,9хз + 0,11х₄; Для железа:

у₆= 0,012x1 + 0,003x2+ 0,005хз + 0,006х₄+ 0,029х₅ Для МКС с абрикосово-паточным полуфабрикатом: Для витамина С: У1=0,04Х₃ + 0,15Х₄

;Для витамина Е:

у₂= 0,026x1 + 0,0045хз+0,0095хз; Для Р-каротина: у₃=0,001х₃+0,016х₄; Для кальция:

у₄= 0,18x1 + 0,02х₂+ 10хз + 0,28x4+ 3,68х_5;

Для фосфора:

у₅= 0,86х] + 7,9х₃ + 0,26х₄;

Для железа:

у₆= 0,012x1 + 0,003х₂+ 0,005хз+ 0,007x4+ 0,029х₅ Для МКС с черноплоднорябинов-паточным полуфабрикатом: Для витамина С: У1= 0,04х₃ + 0,66х₄; Для витамина Е: у₂= 0,026х, + 0,0045х₃+0,0066х₄; Для Р-каротина: у₃= 0,001х₃+0,035х₄; Для кальция:

у 4= 0,18x1 + 0,02х₂ + Юх₃+З,68х_5; Для фосфора: у₅= 0,86x1 + 7,9х₃; Для железа:

у₆= 0,012x1 + 0,003x2+ 0,005хз + 0,029х₅

Для МКС контроль

Для витамина С:

У1= 0,04х₃;

Для витамина Е:

у₂= 0,026x1 + 0,0045хз;

Для Р-каротина

:у₃= 0,00 lx₃;

Для кальция:

у₄= 0,18xi + 0,02x2+ 10хз + 3,68х_5;

Для фосфора:

у₅= 0,86х, + 0,27х₃;

Для железа:

у₆= 0,012xi + 0,003х₂+ 0,005х₃+0,029х₄

Для получения сбалансированной модели по всем компонентам необходи­мо, чтобы сумма рассогласования между реальной массой всех микронутриен- тов и соответствующими их суточными потребностями была бы минимальной,

следовательно целевую функцию задачи можно записать следующим образом:

б

z = S у] - у/ —» min (5) где yj - заданная суточная потребность по j -му микронутриенту,мг.

В качестве ограничений задачи выступят:

1. В МКС масса всех компонентов должна составлять 100 г:

X, +Х2 +х₃ + х₄ +х₅ = 100

2. Масса муки должна составлять не менее 60 % от массы всей МКС:

Xi > 60 ( х₂ +х₃ + х₄ +х₅)

3. Масса порошка шиповника должна составлять не менее 4,8 % от массы всей МКС: х₄> 4,8 ( Xi+х₂ +х₃+х₅)

Масса клюквенно-паточного полуфабриката должна составлять не менее 4,0 % от массы всей МКС:

х₄> 4,0 ( Xi +х₂ + х₃ +х₅)

Масса абрикосово-паточного порошкообразного полуфабриката должна составлять не менее 3,1 % от массы всей МКС:

х₄> 3,1 (xi +х₂ + х₃ +х₅)

Масса черноплоднорябиново-паточного полуфабриката должна состав­лять не менее 3,5 % от массы всей МКС:

х₄> 3,5 (xi +х₂+х₃ +х₅

)