2.5 Математическое моделирование и комплексная оценка пищевых продуктов

2.5.1 Новые подходы и требования к разработке рецептур пищевых продуктов

Развитие точных наук и компьютерной техники позволяет достаточно быстро и точно проектировать многие технологические процессы в различных отраслях деятельности, в том числе пищевой промышленности, создавать продукты с заранее заданными свойствами и характеристиками, проводить их количественную оценку [1,3,13,31].

Существуют различные методы моделирования:

- по достижению сбалансированности белковой композиции;

- моделирование жирнокислотного состава при фиксированном значении белоксодержащих компонентов. Энергетическая ценность при этом определяется расчетным путем на заключительном этапе;

- по характеристикам комплексного показателя качества с учетом содержания и соотношения ряда химических веществ.

При проектировании продуктов с балластными веществами предлагают их количество рассчитывать по калорийности.

В отдельных методиках предлагается оптимизировать состав незаменимых аминокислот с учетом поправок на потери при термической обработке продуктов.

Отдельные исследователи в качестве ключевого показателя при проектировании наряду с другими предусматривают стоимость продукта.

Теория адекватного питания базируется и развивается на основе теории сбалансированного питания. Основной ее особенностью является новый подход к механизму пищеварения.

Результаты новейших достижений физиологии, биохимии и ряда других биологических наук доказывают, что усвоение организмом питательных веществ осуществляется по гораздо более сложным закономерностям, чем это было принято считать ранее. Открыты механизмы мембранного и лизосомного пищеварения, появились новые данные о транспортировке нутриентов во внутреннюю среду организма, о роли кишечной микрофлоры и пищевых волокон в процессах пищеварения [19,20,22,28]

Согласно теории адекватного питания, как новой системы взглядов, питание должно соответствовать как характеру обмена веществ организма (метаболическим потребностям), так и сформированным в ходе эволюции особенностям переработки пищи в желудочно-кишечном тракте.

Теория адекватного питания приемлет один из основных принципов теории сбалансированного питания о правильном определении и обоснованном соотношении основных пищевых и биологически ценных веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ в зависимости от возраста, климатических условий, характера труда, сложившегося жизненного уклада и др. [12,18]

Наибольшая роль при исследовании и моделировании продуктов питания отводится потребностям человека в белках и их аминокислотному составу.

Установлено, что оптимальная физиологическая норма белка должна быть в 1,5 раза больше, чем его нужно для поддержания азотистого равновесия. Этот резерв белка в организме необходим для выполнения работы, требующей большого напряжения, для своевременного и правильного реагирования на стрессовые ситуации, для максимальной сопротивляемости инфекционным заболеваниям и другим неблагоприятным воздействиям факторов внешней среды.

В энергетических целях организм использует преимущественно жиры и углеводы. Однако, как показывают исследования во многих странах мира, 10 – 12 % энергетических потребностей обеспечивается за счет белка. Согласно новым физиологическим нормам ежедневная потребность в белке для отдельных групп населения должна составлять 11 – 13 % от всех пищевых веществ рациона (по энергетической ценности).

По данным исследований института РАМН оптимальная доля животного белка для взрослого населения при этом составляет 55 %.

При разработке пищевых продуктов следует учитывать не только количество белка, но и его качественный состав, который зависит от соотношения аминокислот. Идеальный белок с оптимальным соотношением незаменимых и заменимых аминокислот в природе не встречается. В исследовательских работах для проведения сравнения большинство ученых в настоящее время используют в качестве «идеального» теоретический белок, рекомендованный ФАО/ВОЗ.

Учитывая различные аспекты, биологическая ценность белка пищевого продукта определяется различными способами. Один из методов – метод аминокислотного скора (Н.Митчел, А.Покровский). Выдвинутый Митчелом принцип определения биологической ценности белка величиной скора первой лимитирующей аминокислоты опроверг М.П. Черников, так как установил, что биологическая ценность желатина, лишенного триптофана, теоретически равна нулю, а практически оказалась равной 25%. Эта величина, называемая им коэффициентом компенсации «К», показывает долю участия организма в выравнивании аминограммы пищевого белка. Для более объективной количественной оценки сбалансированности аминокислотного состава белка вводится «коэффициент утилитарности» и показатель «сопоставимой избыточности», что эффективнее использовать на этапе проектирования пищевых продуктов.

Роль жиров в организме человека определяется не только их высокой энергетической способностью, но и тем, что они являются необходимым материалом для пластических целей. Они используются для постоянно протекающих процессов обновления клеточных и субклеточных структур. При употреблении жиров, как и белков, отводится большое внимание их количественному и качественному составу. Жиры влияют на степень использования организмом белков, минеральных солей, витаминов. Животные жиры являются источниками витаминов А и Д [12,18,19].

Избыток жиров в питании нежелателен из-за нарушений холестеринового обмена, усиливающейся свертываемости крови, возникновения условий, способствующих развитию ожирения, желчнокаменной болезни, атеросклероза. При избытке жира повышается выделение из организма кальциевых и магниевых солей жирных кислот, что ухудшает их усвоение и ведет к снижению накопления кальция и фосфора в костях.

Работами А.А. Покровского с сотрудниками установлено значение сбалансированности жирнокислотной формулы рациона для обеспечения пластической функции липидов в организме. По мнению вышеуказанных авторов оптимальным считается соотношение насыщенных, мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот как 3:6:1 при общем содержании жиров в суточном рационе 30–35%. Количество жиров животного и растительного происхождения определяется соотношением 7:3. Оптимальным может считаться соотношение белка и жира как 1:1 или 1:1,2. Для осуществления пластических процессов необходимы как незаменимые аминокислоты, так и незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), источником которых является только пища [10].

Основная потребность в ненасыщенных жирных кислотах удовлетворяется за счет линолевой кислоты. Наибольшей биологической активностью арахидоновая кислота (в 2 – 3 раза выше линолевой), но она имеется в малых количествах в пище и может образовываться в организме из линолевой под действием витамина В₆. Введено нормирование линолевой кислоты. Рацион можно считать биологически полноценным при любой жировой композиции, если этой кислоты содержится 4 – 6 % (по энергетической ценности).

Новым подходом в определении качественной характеристики липидов, как и биологической ценности белков, является расчет скора и коэффициента использования. Эти показатели могут быть использованы при проектировании пищевых продуктов. Биологическая эффективность рассчитывается по сравнению с «идеальным липидом», в котором содержится полиненасыщенных жирных кислот 6 граммов на 100 граммов липидов, насыщенных – 20 граммов и олеиновой кислоты – 35 граммов.

Минеральные вещества относятся к незаменимым компонентам питания, и физиологическое значение их определяется участием в различных жизненных процессах. Сбалансированность минеральных веществ в рационе в наибольшей степени изучена в отношении кальция, фосфора, магния. Анализируя минеральный состав колбасных изделий, можно отметить невысокое содержание в них кальция и железа. Пути повышения их могут быть различными. Наиболее эффективным считают использование мясного сырья, богатого этими элементами: мясо механической обвалки, кровь. Содержание кальция, причем легкоусваиваемого, можно увеличить за счет включения в рецептуру молочных продуктов, солей кальция (хлористый, уксуснокислый, молочнокислый, монокальциевый ортофосфат).

Кальций является наиболее трудноусвояемым элементом. Оптимальное усвоение кальция происходит при соотношении кальция и фосфора 1:1,2; кальция и магния 1:0,5. Избыток фосфора ухудшает всасывание кальция.

Трудно переоценить важность сбалансированности отдельных элементов, зная к каким серьезным болезням приводит их дисбаланс и то, что соотношение кальция и фосфора в рационе современного человека существенно отличается от оптимального в сторону избыточного потребления фосфора. Это показывает анализ минерального состава пищевых продуктов. Благоприятным в этом отношении является молоко и молочные продукты. Все остальные продукты содержат фосфора по сравнению с кальцием многократно больше. Особенно этим отличаются различные виды мяса (в 10 – 20 раз).

В современной литературе большая роль отводится противовоспалительному действию кальция, уменьшению им явлений аллергии. Оптимизация содержания кальция в рационе снижает токсическое действие кадмия на организм. При пищевых рационах, богатых кальцием, наблюдается незначительная задержка стронция в организме.

Суточная потребность организма в железе составляет 10 – 18 мг. При смешанном рационе оно усваивается лишь на 10 – 30 %. Адсорбция пищевого железа повышается в присутствии аскорбиновой кислоты, солей кальция. Резко нарушается всасывание железа при снижении кислотности желудочного сока в случае наличия в пище фосфатов и оксалатов. Железо способно депонироваться в организме, главным образом в печени, селезенке, костном мозге.

Довольно длительное использование рафинированных продуктов в рационе питания привело к ряду серьезных заболеваний населения.

В последнее время широко приводятся медико-биологические исследования и клинические испытания по выявлению влияния на работу организма человека пищевых волокон различной природы. Согласно теории адекватного питания, сформулированной академиком А.М. Уголевым, пищевые волокна (пищевые добавки) играют важную роль в нормализации процессов пищеварения, всасывания, адсорбции токсинов, холестерина и канцерогенных веществ в кишечнике [26].

Для восполнения в рационах питания дефицита балластных веществ используется несколько путей. Это увеличение потребления овощей и фруктов, продуктов переработки злаковых культур; выделение пищевых волокон в виде изолированных препаратов с целью дальнейшего их использования при выработке различных продуктов; увеличение производства мясных изделий с повышенным содержанием соединительной ткани; выпуск специальных фармацевтических средств на основе изолированных препаратов пищевых волокон в виде таблеток, гранул.

Наиболее простой – первый путь. Однако это направление не может решить проблему восполнения имеющегося дефицита балластных веществ даже при резком возрастании их потребления, так как уровень содержания пищевых волокон в этих продуктах невысок (менее 1 %). Выделение пищевых волокон в виде изолированных препаратов имеет большее значение для производства диетических и профилактических продуктов питания.

Увеличение производства пищевых продуктов с повышенным содержанием пищевых волокон хотя и является менее эффективным направлением по сравнению с потреблением овощей и фруктов, однако, заслуживает внимания. Такие продукты наряду с высокой питательной ценностью обладают профилактическими свойствами, снижают риск появления различных заболеваний. Принципиально важно, что такой подход к переработке сырья может упростить технологию.

Следует иметь в виду, что новые виды продуктов по органолептическим показателям не должны уступать традиционным или быть еще более приемлемыми для потребителя. [25]