Моделирование пищевых систем для алиментарной коррекции соотношения полиненасыщенных жирных кислот в организме человека

Положительное влияние на организм человека полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) подтверждено многочисленными исследованиями. Эффект алиментарного шунтирования организма человека ПНЖК зависит от множества факторов, самыми существенными считаются количество ПНЖК в рационе, их состав, соотношение ПНЖК и насыщенных жирных кислот, наличие антиоксидантов. В последнее время значительный интерес отводится наличию в рационах питания у различных групп населения ω -6 и ω -3 полиненасыщенных жирных кислот [1–11].

Согласно нормам физиологических потребностей введен рекомендуемый уровень адекватного потребления ω -6 и ω -3 жирных кислот для взрослых, составляющий соответственно 5–10 и 0,8–1,5 г/сутки при соотношении ω -6/ ω -3 5–10:1 [12]. Поэтому представляется весьма актуальным создание пищевых систем для обогащения продуктов массового потребления физиологически активными и эссенциальными веществами, в частности ПНЖК, что согласуется с основами государственной политики РФ в секторе здорового питания населения и «Комплексной программой развития биотехнологий в РФ на период 2020 года» [13].

Цель работы – разработка методики управления качеством пищевых систем для балансирования соотношения ω -6 и ω -3 поли-ненасыщенных жирных кислот.

Материалы и методы

В работе использовался метод объектноориентированного программирования на языке Python 2.6, применялась система для статистического анализа данных Statistica 6.1.478. Программный продукт на императивном, структурированном, объектно-ориентированном языке программирования Delphi 7.0. Библиотека математических вычислений AlgLib.

Результаты и обсуждение

Был разработан программный продукт, позволяющий подбирать соотношения компонентов в пищевой композиции для заданных соотношений ω -6/ ω -3. В основу оптимизации были заложены рекомендации НИИ питания РАМН.

Для примера была выбрана пищевая обогащающая система (ПОС). Созданный программный продукт позволяет работать и с другими пищевыми системами. Основным компонентом ПОС является жмых зародышей пшеницы (ЖЗП). В жмыхе остаточное количество масла составляет 8%, при этом соотношение ω -6: ω -3 находится на уровне 3:1, что не составляет рекомендуемым нормам [14, 15].

Для оптимизации соотношения ω -6/ ω -3 в ПОС предлагается внести купаж растительных масел семян амаранта и тыквы. Анализ экспериментально определенного жирнокислотного состава масла зародышей пшеницы показал, что в нем незаменимых ПНЖК содержится около 58% от их общего количества. При содержании масла в ЖЗП 8% на долю ω -6 и ω -3 приходится 3,4 и 1,2 г в 100 г продукта соответственно.

То есть содержание ω -6 кислот существенно ниже рекомендуемого. Анализируя жирнокислотный состав амарантового и тыквенного масел, можно сделать заключение о том, что ни одно из них не удовлетворяет необходимому соотношению ω -6: ω -3 и составляет 50:1 и 3:1 соответственно.

В результате обработки данных на разработанном программном продукте была получена номограмма для определения процентного соотношения амарантового, тыквенного масла и ЖЗП, при котором обеспечивается требуемое соотношение ω-6/ω-3 жирных кислот. Для требуемого сочетания кислот необходимо выбирать точку на номограмме внутри некоторой области. Программное обеспечение позволяет посчитать под двум зафиксированным измерениям значение третьего, удовлетворяющее заданному соотношению. Программный продукт написан на императивном, структурированном, объектноориентированном языке программирования Delphi, который является диалектом Object Pascal. Данный язык идеально подходит для анализа и визуализации данных [14–18].

На рисунках 1–3 представлены варианты скриншотов интерфейсов работающей программы подбора компонентного состава ПОС, которая позволяет находить конкретное количество каждого ингредиента ПОС при заданном соотношении ω -6 и ω -3 жирных кислот.

Рисунок 1. Интерфейс программы подбора компонентного состава пищевой обогащающей системы с фиксированными значениями содержания масел амаранта (8,50%) и тыквы (1,40%) и рассчитанным значением содержания жмыха зародышей пшеницы (90,10%) для заданного соотношения кислот ω -6/ ω -3 (10,0/1,0)

Figure 1. The interface of the program for selecting the component composition of a food enrichment system with fixed values for the content of amaranth oils (8,50%) and pumpkins (1,40%) and the calculated value of the content of cake of wheat germ (90,10%) for a given ratio of acids ω -6/ ω -3 (10,0/1,0)

Рисунок 2. Интерфейс программы подбора компонентного состава пищевой обогащающей системы с фиксированными значениями содержания масла тыквы (1,40%) и жмыха зародышей пшеницы (90,0%) и рассчитанным значением масла амаранта (8,60%) для заданного соотношения кислот ω -6/ ω -3 (6,5/1,0)

Figure 2. The interface of the program for selecting the component composition of a food enrichment system with fixed values of pumpkin oil content (1,40%) and wheat germ cake (90,0%) and the calculated value of amaranth oil (8,60%) for a given ratio of acids ω -6/ ω -3 (6,5/1,0)

Рисунок 3. Интерфейс программы подбора компонентного состава пищевой обогащающей системы с фиксированными значениями содержания масла амаранта (8,50%) и жмыха зародышей пшеницы (70,06%) и рассчитанным значением масла тыквы (21,44%) для заданного соотношения кислот ω -6/ ω -3 (5,0/1,0)

Figure 3. The interface of the program for selecting the component composition of a food enrichment system with fixed values of amaranth oil content (8,50%) and wheat germ cake (70,06%) and the calculated value of pumpkin oil (21,44%) for a given ratio of acids ω -6/ ω -3 (5,0/1,0)

На рисунках 1–3 в качестве исходных данных выступают поля для ввода количества тыквенного, амарантового масла и жмыха зародышей пшеницы, а также требуемое соотношение кислот. Из рисунка 1 видно, что напротив полей с содержанием тыквенного и амарантового масла поставлены флаги «Зафиксировать». Это означает, что в дальнейшем в процессе оптимизации эти значения изменяться не будут. После нажатия на кнопку «Анализ» будет произведена оптимизация, результаты которой видны на графике справа. В результате проведенной оптимизации в поле с содержанием ЖЗП появится конкретное значение (в данном случае 90,1%), а в поле «Требуемое соотношение ω -6/ ω -3 жирных кислот» для данного случая (ЖЗП – 90,1%; масло амаранта – 8,5%; масло тыквы – 1,4%) будет указано соотношение жирных кислот (в данном примере ω -6/ ω -3 равно 10:1).

Из рисунка 2 следует, что в этом случае изначально заданы значения содержания масла тыквы (1,40%) и ЖЗП (90,0%). Результатом оптимизации работы программы является то, что при соотношении ω -6/ ω -3 (6,5/1,0) количество масла амаранта в пищевой композиции будет составлять 8,60%.

Разработанная программа, представленная на рисунке 3, отличается тем, что в данном случае неизменными являются содержание масла амаранта (8,50%) и ЖЗП (70,06%). А в процессе работы программы заданными соотношениями ω -6/ ω -3 считаются 5,0/1,0).

При этом рассчитанное количество масла тыквы в смеси равно 21,44%. Важно отметить, что применение данного программного обеспечения может быть актуальным на промышленных предприятиях для предварительного расчета и варьирования рецептур пищевых смесей с учетом наличия в данный момент конкретных видов сырья с определенными качественными показателями и массой.

Заключение

Таким образом, при проведении исследований были получены следующие результаты:

─ разработан программный продукт, позволяющий подобрать в пищевых композициях по двум зафиксированным количественным значениям компонентов содержание третьего компонента, удовлетворяющего заданному соотношению ω -6/ ω -3 кислот;

─ предложен вариант пищевой композиции и проведена апробация работы разработанного программного продукта;

─ установлено, что пищевая обогащающая система на основе жмыха зародышей пшеницы, масел амаранта и тыквы может применяться для обогащения продуктов питания ПНЖК, при этом создается возможность целенаправленного регулирования соотношения ω -6/ ω -3 жирных кислот.

Разработанное программное обеспечение позволяет в условиях производства в зависимости от наличия определенных наименований сырьевых источников подбирать оптимальные варианты пищевых композиций с заведомо известным соотношением ω-6/ω-3 и выбирать наиболее приемлемый в сложившейся производственной ситуации вариант, принимать решения по движению сырья на предприятии после анализа полученных данных. Данная программа работает для получения численных значений рассмотренной выше пищевой композиции. Для систем с другим компонентным составом необходимы дополнительные сведения, но программа может быть легко модифицирована при их наличии.