Математическая модель оптимизации рецептуры многокомпонентных пищевых продуктов

Одним из важных факторов при проектировании рецептуры новых пищевых продуктов является биологическая ценность белков, определяемая сбалансированностью аминокислотного состава. В ряде публикаций отмечено, что достижение требуемого уровня сбалансированности состава пищевых продуктов возможно только за счёт их многокомпонентности. В этом случае оптимизация заключается в подборе компонентов и определении их соотношений, обеспечивающих максимальное приближение массовых долей нутриентов к некоторому эталонному продукту, содержащему так называемый «идеальный белок». В связи с этим цель данной работы состоит в выработке на основе математического аппарата некоторого унифицированного подхода к проектированию рецептуры сбалансированных продуктов, в частности, в выборе универсального критерия сбалансированности аминокислотного состава. Авторами были сформулированы требования к искомому критерию оптимальности. Проанализированы три известных критерия оценки сбалансированности аминокислотного состава продуктов питания. Показано, что сформулированным требованиям в полной мере удовлетворяет коэффициент сбалансированности аминокислотного состава. На основе выбранного критерия построены математические модели оптимизации аминокислотного состава проектируемого многокомпонентного продукта, соответствующие различным целевым функциям при условии гарантированного уровня сбалансированности. На основе литературных данных об аминокислотном составе пищевых продуктов составлены иллюстрирующие примеры проектирования оптимального рецепта пищевой добавки при оптимизации по коэффициенту сбалансированности аминокислотного состава и индексу незаменимых аминокислот.

1. Гараева С.Н., Редкозубова Г.В., Постолати Г.В. Аминокислоты в живом организме. Кишинев: Б. и.; 2009. 552 с.

2. Крухмалева М.В., Камербаев А.Ю. Оптимизация биологической ценности вторичных сырьевых ресурсов агропромышленного комплекса. Вестник Инновационного Евразийского университета. 2018;(3):64–68.

3. Окусханова Э.К., Асенова Б.К., Ребезов М.Б., Омаргалиева Н.К., Есимбеков Ж.С. Аминокислотный состав паштетов на основе мяса марала и белкового обогатителя. Техника и технология пищевых производств. 2015;(4):71–79.

4. Зверев С.В., Зубцов В.А., Лобанов В.Г., Росляков Ю.Ф., Глухова Е.В. Льняной жмых в белковых пищевых добавках. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2020;(5-6):93–97. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2020.5-6.22

5. Zverev S.V., Nikitina M.A. Balance of protein supplements according to the criterion of convertible protein. Food Systems. 2019;2(1):16–19. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-1-16-19

6. Zverev S., Sesikashvili O., Pruidze E. Enrichment of protein barley and triticale groats by adding chickpea. Journal of Food and Nutrition Research. 2020;59(3):202–206.

7. Burlacu R. Mathematical model of optimization energy metabolism and protein quality to swine. Scientific Papers. Series D. Animal Science. 2018;LXI(1):115–120.

8. Stein H. Evaluating protein quality of human foods using the pig as a model. Journal of Animal Science. 2016;94(suppl_2):20–21. https://doi.org/10.2527/msasas2016-045

9. Ouyang J., Huang N., Jiang Y. A single-model quality assessment method for poor quality protein structure. BMC Bioinformatics. 2020;21(1):157. https://doi.org/10.1186/s12859-020-3499-5

10. Wolfe R.R., Rutherfurd Sh.M., Kim I.-Y., Moughan P.J. Protein quality as determined by the Digestible Indispensable Amino Acid Score: Evaluation of factors underlying the calculation. Nutrition Reviews. 2016;74(9):584–599. https://doi.org/10.1093/nutrit/nuw022

11. Liu Sh., Xie J., Fan Zh., Ma X., Yin Y. Effects of low protein diet with a balanced amino acid pattern on growth performance, meat quality and cecal microflora of finishing pigs. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2023;103(2):957–967. https://doi.org/10.1002/jsfa.12245

12. Shi Y., Song H., Liu J., Lin J., Fang L. Comprehensive evaluation of clinical application of balanced compound amino acid injection. Frontiers in Nutrition. 2022;9:880256. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.880256

13. Zinina O., Merenkova S., Rebezov M., Tazeddinova D., Yessimbekov Z., Vietoris V. Optimization of cattle by-products amino acid composition formula. Agronomy Research. 2019;17(5):2127–2138. https://doi.org/10.15159/AR.19.159

14. Гордынец С.А., Чернявская Л.А., Яхновец Ж.А. Биологическая ценность яиц куриных пищевых, реализуемых на рынке Республики Беларусь. Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2021;(15):246–256. https://doi.org/10.47612/2220-8755-2020-15-246-256

15. Зверев С.В., Карпов В.И., Никитина М.А. Оптимизация пищевых композиций по профилю идеального белка. Пищевые системы. 2021;4(1):4–11. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-1-4-11

16. Uziela K., Hurtado D.M., Shu N., Wallner B., Elofsson A. Improved protein model quality assessments by changing the target function. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 2018;86(6):654–663. https://doi.org/10.1002/prot.25492

17. Кини Р.Л., Райфа Х. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. Москва: Радио и связь; 1981. 560 с.

18. Дыкало Н.Я., Анисимов С.В., Лодыгин А.Д. и др. Парадигма сбалансированности пищевых систем. Сообщение первое. Критерии моделирования. Современная наука и инновации. 2019;(3):127–135.