Оптимизационная комбинаторика ингредиентов функциональных продуктов питания

ОПТИМИЗАЦИОННАЯ КОМБИНАТОРИКА ИНГРЕДИЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Киселев В.

д.т.н., профессор, кафедра биотехнологии, товароведения и управления качеством пищевых продуктов, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

kisselev.vm@mail.ru

В настоящей статье представлены результаты оптимизационной комбинаторики ингредиентов функциональных продуктов питания, в сфере организации питания работников промышленных производств. На основании проведенного математического и технологического экспериментов была доказана возможность удовлетворения потребностей организма в нутриентах и энергии при организации питания шахтеров в подземных условиях. Приведены аргументы в пользу полезного эффекта (экономического и социального характера) оптимизационной комбинаторики и разработанных автором математической модели, а также концепции паритета потребностей.

Комбинаторика ингредиентов, функциональные продукты питания, паритет потребностей

Введение в условия эксперимента

Эксперимент касался оптимизации структуры рационов питания шахтеров через ингредиентный состав отдельных блюд, предназначенных для лечебно-профилактического питания в подземных условиях.

Границы исследования охватывали три группы рационов питания (четвертая и пятая категории тяжести труда, шахтеров, а также нуждающихся по состоянию здоровья в диетическом питании) и три группы блюд (первые и вторые блюда для питания шахтеров в подземных условиях, а также напитки). Всего подвергнуто оптимизации с помощью разработанной нами методологии 146 блюд (ассортиментных перечней пищевых ингредиентов) [1].

 При расчете оптимального ингредиентного состава готовых к употреблению блюд и рационов учитывались справочные величины содержания этих нутриентов в исходном сырье, а также норм их потерь при соответствующих видах кулинарной обработки и хранение готового блюда в горячем виде.

В качестве ограничивающего фактора рассматривались экономические критерии стоимости разрабатываемых блюд для работодателей и ожидаемая экономическая эффективность от применения этих блюд в питании шахтеров. Оптимизированные ингредиентные составы систематизированы в Сборник рецептур блюд для подземного питания шахтеров. Сборник прошел экспертизу в как Институте Питания Российской академии медицинских наук, так и в Научно-исследовательском институте общественного питания Министерства торговли [1].

Пищевая комбинаторика и Паритет потребностей

 В результате серии экспериментов научно обоснована целесообразность оптимизации ингредиентного состава функциональных продуктов питания при приоритетности скора нутриентов к нормируемым физиологическим величинам для целевых потребительских аудиторий. Нами экспериментально подтверждена возможность оптимизации ингредиентного состава пищевых продуктов с точки зрения концепции социально-этического маркетинга (обогащение пищевых продуктов жизненно важными нутриентами и оптимизация энергетической ценности) с помощью разработанной нами математической модели, названной «паритет потребности организма в различных нутриентах».

Vital-концепция

В условиях эксперимента при достижении паритета потребности организма в различных нутриентах учитывались, помимо экономических интересов работодателей также и социальные критерии. Такой подход к формированию ингредиентного состава продуктов для функционального и лечебно-профилактического питания назван нами Vital-концепция [2].

Vital-концепция утверждает приоритетность среди ряда потребностей целевой потребительской группы нормируемых показателей пищевых веществ и энергии, обеспечивающих при потреблении функциональных продуктов питания повышение резистентности организма и, как следствие, снижение заболеваемости (в том числе профессиональной) и повышение работоспособности.

Необходимостью формирования Vital-концепции послужили результаты предварительных полевых гигиенических исследований взаимосвязи состояния питания шахтеров анализируемых предприятий (69 угольных шахт Кузнецкого угольного бассейна) со статистикой их заболеваний. Установлена статистически достоверная положительная корреляция (r=0,9) между фактором питания шахтеров и уровнем заболеваемости. Это означает, что чем шире осуществляется охват горячим питанием шахтеров в подземных условиях, тем глубже распространяются специфические заболевания (профессиональные заболевания и заболевания органов пищеварения) этих шахтеров.

Для устранения отмеченных недостатков в организации подземного питания шахтеров применена методология формирования ингредиентного состава отдельных блюд на основе Vital-концепции и разработанной нами модели «паритета потребности организма в различных нутриентах».

Vital-концепция основана на принципах направленности на конечный результат, знании и понимании потребностей, нормативного прогнозирования и целевого характера оптимизации. Создаваемые на ее основе пищевые продукты, рационы или отдельные блюда – являются функциональными, предназначенными для обеспечения потребителям заданных функций [5].

Математическое моделирование паритета потребностей

Обеспечение оптимальной (с точки зрения паритета потребности организма в различных нутриентах) структуры ингредиентного состава пищевых продуктов достигалось с учетом их экономической доступности для потребителей и их специфических потребностей в них. Это и составило сущность математического моделирования путем достижения паритета выше обозначенной потребности.

Метод математического моделирования предполагает оптимизацию суммарных критериев оценки этих потребностей, как в абсолютных, так и в относительных значениях. При этом оптимизируется баланс потребностей (продуктового состава рациона питания или отдельного блюда как самостоятельного функционального продукта питания) при заданных конечных требованиях такого баланса [3].

Конечный баланс потребностей можно представить вектором в соответствии с формулой 1:

d = (d₁, d₂, …, d_k)           (1), где d_i – параметры оптимизации.

При этом суммарная потребность (m) рассчитывается по формуле 2, а интегральная оценка по формуле 3, где α_l – коэффициент значимости отдельного ингредиента или нутриента

     (2);    

        (3)     

        (4), где i=1,2,…,k

Для   компонент   вектора,   соответственно,   получим   следующие значения (формула 4), где k_m— количество товаров с номером m (в долях от 100%).

Вариационные ограничения каждого ингредиента описываются формулой 5. Условия подбора эталонного вектора (d^*) отражены в формуле 6 и 7. Кроме того, существуют ограничения (формула 8).

α_m ≤ k_m ≤ b_m       (5);     

    (6);       

   (7);    

    (8)

Математическая модель баланса потребностей показана в формулах 9 – 15.

a_m = (a_m1, a_m2,…, a_mk),          (9),

где m=1,2,…,n, удовлетворяющая условиям:

a_mi≥0     (10),

  (11).

Целевой вектор задается по формуле 12:

d^*= (d^*₁,d^*₂,…,d^*_k)    (12)

и, линейная комбинация векторов a₁, a₂,…,a_n с коэффициентами k₁, k₂,…,k_n. В этих условиях d= k₁*a₁+k₂*a₂+…+k_n*a_n     (13),

где d- также вектор размерности n.

По условиям оптимизации баланса потребностей находится такие значения k_i при заданных ограничениях

             α_i ≤ k_i ≤ β_i     (14),

где i=1,2,….,n, чтобы норма отклонения была минимальной.

В качестве нормы использована обобщенная евклидова норма (формула 15)     

(15).

Пример конкретного исполнения

В качестве примера приведем результаты оптимизации ингредиентного состава функционального продукта питания, представляющего собой по консистенции (второе блюдо), и предназначенного для лечебно-профилактического питания шахтеров пятой категории интенсивности труда, нуждающихся в диетическом регламенте питания. Поскольку в структуре заболеваемости шахтеров высокий удельный вес занимают патологии желудочно-кишечного тракта, в регламенте питания этой группы шахтеров учитывалось щажение (механическое, химическое и термическое), характерное для диет № 1 и 2 в виде особенностей рецептурного состава, режимов технологической обработки сырья, температуры приема горячей пищи [1]. Пример оптимизированной рецептуры такого функционального продукта питания приведен в таблице 1.

Определенную сложность достижения паритета потребностей представляла необходимость обеспечения технологичности оптимизированных ингредиентных составов блюд. Для достижения указанной цели ингредиенты подвергались технологической обработке в последовательности, адекватной виду исходного сырья, а также вышеуказанным требованиям диетического регламента питания.

Таблица 1 – Оптимизированная структура ингредиентного состава функционального продукта питания «Курица отварная с отварным картофелем в соусе»

Как показали предварительные исследования, одной из причин широко распространенного явления дисбаланса потребностей участников данного своеобразного типа товародвижения (от поставщиков товаров — поваров до потребителей готовых блюд — шахтеров) было обстоятельство, что готовое к употреблению блюдо потреблялось шахтерами только спустя 1-1,5 часа от времени его закладки в специальные индивидуальные термоса для подземного питания. За это время блюдо теряло свои потребительские достоинства – компоненты разваривались и снижалась температура продукта питания. В совокупности оба этих обстоятельства приводили к выраженному снижению спроса на них, т.е. к дисбалансу потребностей [4].

Для ликвидации указанного недостатка применена технологическая процедура, предусматривающая закладку в термос компонентов продукта питания без перемешивания и в состоянии полуготовности. За время хранения такого продукта питания в термосе до момента его потребления, компоненты доходили до кулинарной готовности за счет аккумулированной энергии, что в существенной степени повысило паритет потребностей участников этого своеобразного канала товародвижения.

Ингредиенты подвергались технологической обработке в последовательности, адекватной виду исходного сырья. Технологический регламент включает рецептуру, нормы потерь при кулинарной обработке, технологию приготовления, отпуска, показатели органолептической оценки, необходимость и целесообразность использования в рационе подземного питания этой группы шахтеров хлеба, горячих напитков и витаминов в виде драже.

Для обеспечения стабильности качества и пищевой ценности такого продукта питания составлен соответствующий технологический регламент, включающий рецептуру ингредиентов, нормы потерь массы при кулинарной обработке, технологию приготовления, отпуска, показатели органолептической оценки готового к употреблению продукта питания, необходимость и целесообразность использования в рационе подземного питания дополнительно хлеба, горячих напитков и витаминов в виде драже [1].

Для демонстрации результатов оптимизационного эксперимента с точки зрения удовлетворения гигиеническим нормам, выступающим в качестве приоритетных потребностей участников этого канала товародвижения  (Vital-концепция) готовый ингредиентный состав функционального продукта для питания шахтеров в подземных условиях представлен в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, оптимизационный эксперимент привел к существенному приближению кумулятивной ценности нутриентов и энергии рекомендованным величинам. По подавляющему большинству параметров оптимизации отклонения от нормы не превышают 10%, что для условий данного эксперимента является характеристикой высокой степени паритета потребности организма в различных нутриентах, лежащего в основе Vital-концепции.

С учетом согласия работодателей на приемлемость стоимости оптимизированных ингредиентных составов функционального продукта для питания шахтеров в подземных условиях (на основании соотношения этих стоимостей с альтернативными рыночными предложениями продуктов питания) можно сделать заключение о наличии полезного эффекта как экономического так и социального характера) в результате оптимизационной пищевой комбинаторики [6,7].

Ссылки:

1. Киселев В. М., Позняковский В. М. Питание шахтеров. Научные основы и практические рекомендации (монография).- Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2004
2. Киселев В. М. Управление ассортиментом: маркетинговый и товароведный подходы (монография).- Объединенное издательство «Российские университеты», Москва-Кемерово.- 2004
3. Киселев В. М., Астраков С. Н. Методология формирования функциональных продуктов питания.- Хранение и переработка сельхозсырья, 2005.- №2.- С. 43-46
4. Киселев В. М. Конкурентоспособность продовольственных товаров.- Пищевая промышленность, 2005.- №1.- С. 10-11
5. Киселев В. М., Мазанько Е. И. Управление ассортиментом товаров: учебное пособие.- Кемерово;М.: Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат-АСШТ, 2006
6. Киселев В. М. Теоретические выводы и практические рекомендации по применению концепции паритета потребностей и методологии управления ассортиментом товаров в сфере товародвижения.- Эксклюзивный маркетинг, 2006.- №3.- С. 61-62
7. Киселев В. М. Теоретические основы концепции паритета потребностей и методологии формирования ассортимента товаров.- Эксклюзивный маркетинг, 2006.- №3.- С. 32-42

Таблица 2 – Содержание нутриентов и энергии в оптимизированном ингредиентном составе функционального продукта питания «Курица отварная с отварным картофелем в соусе»