В чем заключается моделирование сбалансированных пищевых рецептур

С целью придания им функциональных свойств

В природе не существуют продукты, которые содержали бы все необходимые человеку компоненты, поэтому только комбинация разных продуктов лучше всего обеспечивает организму доставку с пищей необходимых физиологически активных компонентов. В результатах научных исследований ведущих отечественных ученых сформулированы принципы и формализованные методы проектирования рациональных рецептур продуктов питания с заданным комплексом показателей пищевой ценности.

Академиком РАСХН Н.Н. Липатовым (мл.) предложен подход к проектированию многокомпонентных продуктов, учитывающий специфику индивидуальных особенностей организма. Придерживаясь основной концепции рационального питания, по его мнению, задача оптимизации рецептур состоит в подборе таких компонентов и определении их соотношений, которые обеспечивают максимальное приближение массовых долей нутриентов к персонифицированным эталонам. Исходт из предположения, что все виды механической обработки сырья, связанные с приготовлением рецептурных смесей, приданием отдельным компонентам требуемой дисперсности или необходимых реологических свойств, не нарушают принципа суперпозиции в отношении биологически важных пищевых веществ исходных ингредиентов. Затем получают расчетную информацию о массовых долях белков, липидов, углеводов, минеральных веществ, витаминов. Для проектирования и оценки возможно большего количества комбинаций исходных компонентов при разработке рецептур новых поликомпонентных пищевых продуктов создана система компьютерного проектирования, позволяющая пользоваться банком данных о составе компонентов.

Проектирование функциональных продуктов должно выполняться с использованием следующих методических принципов:

— формирование физиологической ценности продукта как продукта функционального питания;

— обеспечение функциональной совместимости физиологической добавки с основными компонентами пищевых систем;

— сохранение нативных свойств или физиологической активности добавок в процессе технологической обработки;

— улучшение потребительских свойств продуктов в результате введения в рецептуру предлагаемых добавок;

— обеспечении идентификации вводимых добавок с определенной биологической активностью (химической природой, содержанием и т.п.).

Разработка продуктов, отвечающих заданным требованиям, заключается в обеспечении сбалансированного химического состава и удовлетворительных потребительских характеристик. Оптимизация параметров разрабатываемого продукта проводится путем моделирования рецептуры с использованием интегрального критерия сбалансированности по показателям качества. Моделирование рецептур сводится к нахождению некоторой области G-многофакторного n-мерного пространства R_n, отвечающей ограничениям, поставленным целью проектирования. В конкретном случае в качестве многомерного пространства может выступать линейная форма вида:

F(X₁,…,Х_n)= C_iX_k, (5.1)

Область G определяется системой неравенств, представляющих собой ограничения, накладываемые на содержание b_ii-х компонентов рецептуры, и сводится к отысканию экстремума:

b_imin≤ ≤ b_imax. (5.2)

В связи с тем, что совокупность ограничений может быть противоречива, данный метод лишь констатирует данные противоречия и не выявляет, какие из них более критичны. Существует модель, позволяющая учесть данное замечание. В качестве такой модели выбрана квалиметрическая мультипликативная модель вида:

D= , (5.3)

При двустороннем ограничении на рассматриваемый фактор функция вычисляется по формуле :

Функция (5.4) позволяет формировать функцию желательности в диапазоне значений фактора (5.2).

Рассмотрим некоторые возможные варианты проектирования функциональных продуктов питания.

Si S = , (5.5)

Х_i — массовая доля i-го компонента в рецептурной смеси, %;

Из различий аминокислотного состава белков вытекает возможность повысить их биологическую ценность в результате смешения сырья растительного и животного происхождения, дополняющих друг друга по аминокислотному составу. Необходимо также отметить, что эффекты взаимного обогащения и повышения биологической ценности наблюдаются как для смеси белков, так и комбинаций пищевых продуктов, содержащих эти белки. Применительно к различным отраслям пищевой промышленности, а также проектированию белкового, аминокислотного, углеводного, витаминного, минерального состава уравнение (5.1) модифицировано с учетом специфики проектируемых продуктов. Независимо от сути предлагаемых технических решений для поликомпонентных смесей возможны, как минимум, три варианта постановки задачи.

1. Достижение точного соответствия количественных соотношений нутриентов проектируемого продукта эталону. В этом случае составляется система линейных алгебраических уравнений вида:

=А_идi, (5.6)

i=1…m-1, (5.7)

— массовая доля i-го оптимизированного вещества в

В рассматриваемой задаче оптимизации состава продукта путем подбора его рецептурного состава, где неизвестными являются Сj, имеем систему линейных алгебраических уравнений из m уравнений с n неизвестными, которая разрешима при выполнении условий:

n БС НАК® min; S ЭГ НАК® min> (5.14)

В результате анализа существующих рецептур и реальных возможностей промышленных предприятий молочной промышленности выявлено, что при разработке новых видов продуктов, в т.ч. специального назначения, вряд ли следует использовать в их рецептурах более шести белоксодержащих ингредиентов. В связи с этим несложно получить зависимость, позволяющую с помощью ЭВМ реализовать циклический алгоритм состава шестикомпонентной композиции. Оригинальность этой модели в том, что при ее реализации на ЭВМ достаточно задавать только массовую долю первого компонента.

В дальнейшем рассчитывают энергетическую ценность проектируемых продуктов питания (Q, кДж):

p_i — массовая доля белка в i-м компоненте, %;

Расчетную энергетическую ценность по формуле (5.15) сравнивают с требуемой Q_э. Если расчетная энергоценность меньше Q_э, то в состав продукта вводят дополнительные технологически допустимые углеводсодержащие компоненты. Если расчетное Q>Q_э, то можно заменять X_i L с излишне высокими значениями L_i на новые, технологически допустимые, с меньшими значениями L_i.

Для того чтобы весь белок одноразового рациона мог быть использован на анаболические нужды организма, необходимо выполнение следующего равенства:

z_j — требуемая для удовлетворения массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в белке немолочного продукта, входящего в одноразовый рацион, г/100 г белка.

Такие z_j являются новым эталоном аминокислотного состава, к которому должен стремиться белок проектируемого продукта.

Доказано, что обеспечение всех слоев населения эссенциальными биологически активными веществами наиболее эффективно и экономически целесообразно путем обогащения продуктов питания массового потребления. Это направление в СССР получило свое развитие с 30-х годов ХХ в. благодаря усилиям профессора В.В. Ефремова. Он, по сути, является инициатором и родоначальником создания доступных для всех слоев населения функциональных продуктов. Следует отметить предпринимаемые Институтом питания РАМН усилия, направленные на улучшение структуры и пищевого статуса всех слоев населения.

В нашей стране до начала реформ обогащение продуктов питания являлось обязательным и было закреплено нормативными документами. Особого внимания заслуживает внимания Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 20.06.88 № 764, в котором Госагропрому СССР и Минхлебопродукту СССР доводились плановые задания по выпуску витаминизированных продуктов.

Для любого продукта существуют оптимизированные витаминно-минеральные добавки, которые вносят на определенных стадиях технологического процесса. Так, в хлебобулочные и макаронные изделия целесообразно вносить сухие премиксы на стадии замеса теста; в муку и крупу также лучше вносить премиксы на стадии помола; на рис и сухие завтраки лучше напылять покрытие, содержащее биопрепараты; соки, безалкогольные напитки, молочные продукты лучше обогащать перед тепловой обработкой водорастворимыми витаминами или эмульсиями жирорастворимых микронутриентов (в процессе гомогенизации); маргарины обогащают жировой эмульсией микронутриентов перед сбиванием; в сахар вводят порошкообразный премикс на стадии отбеливания; соль обогащают водным раствором микронутриентов или порошкообразным премиксом после размола.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие ученые внесли вклад в развитие современной парадигмы питания?

3. Какие ученые внесли значительный вклад в развитие принципы моделирования состава функциональных мясных и молочных продуктов?

4. Что учитывают при проектировании аминокислотного состава?

5. Какой белок является идеальным? Для чего он используется?

6. С чем связано проектирование жирнокислотного состава функциональных продуктов? Что такое «гипотетически идеальный жир»?

7. Приведите основные принципы обогащения продуктов питания незаменимыми нутриентами.

Источник

Моделирование рецептур пищевых продуктов и технологий их производства, теория и практика, учебное пособие, Красуля О.Н., Николаева С.В., Токарев А.В., 2015

Моделирование рецептур пищевых продуктов и технологий их производства, теория и практика, учебное пособие, Красуля О.Н., Николаева С.В., Токарев А.В., 2015.

Книга позволяет студентам освоить информационные технологии разработки моделей рецептур пищевых продуктов, методы математического программирования функционально-технологических свойств многокомпонентных рецептур, в том числе учет взаимодействия их компонентов; она написана в соответствии с Государственным образовательным стандартом.
Учебное пособие предназначено для бакалавров, магистров вузов, обучающихся по направлениям 260000 «Технология продовольственных продуктов и потребительских товаров» (260100 «Продукты питания из растительного сырья», 260200 «Продукты питания животного происхождения», 260500 «Высокотехнологичные производства пищевых продуктов функционального и специализированного назначения») и 230100 «Информатика и вычислительная техника». Оно может быть полезно студентам при выполнении курсовых и дипломных работ, аспирантам технологических, управленческих и инженерных специальностей, а также преподавателям вузов, научно-техническим и производственным специалистам отраслей АПК.

Оценка качества продукции и технологии.

Стратегическое развитие технологий в отраслях АП К зависит от эффективности научных исследований и внедрения их результатов в производство. При решении задач управления этими научными исследованиями необходимо оценивать их перспективность, определять вклад отдельных разработок в решение поставленных проблем, разрабатывать стратегию внедрения полученных результатов.
Сложность и глубина вышеперечисленных проблем требует привлечения специалистов-экспертов высшей квалификации и соответствующих трудозатрат. В связи с этим для решения задач пищевых технологий, управления научными исследованиями необходимо применение современных информационных технологий, технологий страхования рисков, экспертных систем, высококвалифицированных экспертов и инженеров познаниям.
Развитие технологических систем возможно при наличии инноваций, интенсифицирующих производство. В условиях кризисного состояния отрасли необходимо использовать только те инновации, которые, изменяя ту или иную технологию производства при ресурсных ограничениях, позволяют кратно увеличить рентабельность.
Для разработки современных прогрессивных процессов, оборудования и систем автоматизированного контроля и управления необходимы анализ, систематизация и обобщение имеющегося обширного научного и экспериментального материала. Последнее может быть достигнуто с помощью современных компьютерных средств обработки, хранения и представления информации.

Оглавление.

Введение.
Глава I. Моделирование рецептур и пищевых технологий
Глава II. Математическое моделирование рецептур и функционально-технологических свойств пищевых продуктов: модель, эксперимент, реализация.
Глава III. Моделирование органолептической оценки качества продуктов с применением методов сравнительного анализа
Глава IV. Экономические модели технологических объектов.
Глава V. Разработка гибридных экспертных систем для моделирования рецептур и управления технологиями пищевых продуктов в условиях реального производства.
Список литературы

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу

Источник

В чем заключается моделирование сбалансированных пищевых рецептур

Специальность 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре информационных систем и технологий СевероКавказского государственного технического университета (СевКавГТУ)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Дроздова Виктория Игоревна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Кононов Юрий Григорьевич доктор физико-математических наук, профессор Семенчин Евгений Андреевич

Ведущая организация: Астраханский государственный университет

Защита состоится 1 декабря 2006 года в 11.00 на заседании регионального диссертационного совета ДМ при Северо-Кавказском 212.245. государственном техническом университете по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СевероКавказского государственного технического университета.

Автореферат разослан «18» октября 2006 года

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н, доцент О.С. Мезенцева

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы Поиск и разработка эффективных численных методов, математических моделей, алгоритмов и реализация новейших информационных технологий в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для решения задач оптимизации и проведения вычислительных экспериментов являются актуальными для различных сфер производственной деятельности, в том числе при создании новых пищевых продуктов.

Рацион питания человека ежедневно должен включать более шестисот взаимосбалансированных пищевых веществ (макронутриентов – белков, жиров, углеводов; микронутриентов аминокислот, витаминов и – эссенциальных минеральных веществ), что на практике невозможно достичь при употреблении в пищу обычных продуктов даже при их широком разнообразии. В связи с этим назрела необходимость моделирования и разработки рецептур продуктов питания нового поколения, сбалансированных по нутриентному составу (количественное содержание нутриентов в которых соответствует физиологическим потребностям организма). Данное направление является актуальной задачей, отвечающей государственной политике и концепции здорового питания населения. Её решение практически недостижимо без математического моделирования, алгоритмизации и разработки комплексов программ, что определяется высокой трудоемкостью, необходимостью сокращения затрат рабочего времени, требованиями высокой точности расчетов и сходимости результатов с экспериментальными.

Отечественными и зарубежными учеными (А.М.Бражников, Ю.А.Ивашкин, Г.И.Касьянов, А.Е.Краснов, Н.Н.Липатов, А.Б.Лисицын, Ю.Н.Нелепов, И.А.Рогов, Н.В.Тимошенко, Е.И.Титов, A.T.Diplock, A.Wollen и др.) разработаны основные методологические принципы и подходы математического моделирования качества и сбалансированности пищевых продуктов по основным макро- и микропитательным веществам.

Наиболее актуальной задачей на современном этапе развития данного научного направления является разработка и реализация алгоритмов, программных средств и баз данных, универсальных по отношению к любым видам макро-, микронутриентов пищевых продуктов (как ординарных – для взрослых здоровых людей, так и специализированных – для разных возрастных групп, рода деятельности, состояния здоровья). Обеспечение высокой эффективности процесса моделирования и гарантия возможности выбора оптимального ингредиентного состава рецептур могут быть реализованы при использовании корректного математического аппарата и точности программной реализации.

Целью работы является разработка эффективных алгоритмов оптимизации пищевых рецептур и создание программного комплекса для разработки и оценки качества нутриентносбалансированных поликомпонентных продуктов питания на основе вычислительного эксперимента.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:

1. Провести анализ существующих методологических подходов, методов и алгоритмов разработки и оценки качества поликомпонентных пищевых продуктов, обобщить и систематизировать этапы оптимизации рецептур.

2. Разработать алгоритмы критериальной оценки нутриентной сбалансированности и пищевой ценности рецептурных композиций.

моделирования поликомпонентных композиций, позволяющие оптимизировать рецептуры в соответствии со спецификой методологической схемы их разработки.

4. Разработать комплекс программ и базу данных ингредиентного и нутриентного состава рецептур, физиологических норм питания, обеспечивающих эффективную реализацию процесса моделирования, качественной оценки и разработки поликомпонентных пищевых систем.

5. Сравнить результаты вычислительного и натурного экспериментов, реализовать практические возможности разработанного программного продукта в научной и производственной деятельности.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы системного анализа, математического моделирования, оптимизации, математического программирования, теории алгоритмов, объектно-ориентированного подхода (анализ, проектирование, программирование), проектирования и реализации реляционных баз данных.

1. Предложена методика оптимизации пищевых поликомпонентных смесей, отличающаяся универсальностью математического обеспечения для разработки продуктов питания с заданным нутриентным составом любого вида.

2. Разработаны алгоритмы оценки нутриентной сбалансированности рецептурных композиций, отличающиеся возможностью использования детерминированных и комплексных эталонов, с применением функции желательности Харрингтона и принципа снижения ограничений на отдельные виды нутриентов.

3. Разработан алгоритм моделирования рецептур с использованием рекурсивного цикла и операции отбора элементов, обеспечивающий получение широкого набора наиболее сбалансированных рецептур.

4. Разработан программный комплекс, включающий информационную и специализированную базы данных, оригинальные алгоритмы моделирования новых видов нутриентносбалансированных рецептурных композиций и критериальной оценки пищевой ценности продуктов питания.

математических выражений и рекурсивного цикла разработан алгоритм моделирования поликомпонентных смесей, обеспечивающий получение необходимого набора вариантов их состава, что позволяет разрабатывать изделия с заданными свойствами и наивысшим совокупным качеством готового продукта.

качественный анализ сбалансированности макро- и микронутриентного существующих рецептур.

На основе созданных алгоритмов разработан специализированный нутриентносбалансированные пищевые продукты нового поколения, проводить аналитическую оценку рационов питания различных социальных групп населения и их корректировку.

Программный комплекс «Etalon» используется в учебном процессе и научно-исследовательской работе аспирантов и студентов СевКавГТУ, ФГУП НИИКИМ, является победителем конкурса по инновациям комитета Правительства Ставропольского края по государственному заказу и ценовой политике, на его основе созданы и внедрены в производство новые виды пищевых продуктов, подана заявка на патент. На программный комплекс получено свидетельство об официальной регистрации № 2005610751.

биотехнологии» (г.Ставрополь, 2002г.), международной НПК «Пища.

Экология. Качество» (г.Новосибирск, 2003г.), восьмом международном молодежном форуме «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке» (г.Харьков, 2004г.), Всероссийской НТК «Высокоэффективные пищевые технологии, VIII, IX региональных НТК «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (г.Ставрополь, 2004г., 2005г.), первой международной НТК «Инфотелекоммуникационные конференции «Студенческая наука – экономике России» (г.Ставрополь, 2005г.), VI международной НПК «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (г.Новочеркасск, 2005г.), IV международной НК студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г.Москва, 2005г), II Всероссийской выставке-ярмарке ИННОВ-2005 (г.Новочеркасск, 2005г.), Всероссийских конкурсах инновационных проектов аспирантов и студентов «Живые системы» (г.Вятка, 2005г., г.Киров, 2006г.); VI международном салоне инноваций и инвестиций Всероссийского выставочного центра (г.Москва, 2006г.), второй международной НТК «Инфокоммуникационные технологии в науке и технике» (г.Ставрополь, 2006г.). Результаты работы отмечены медалью, 4-мя дипломами конференций и выставок регионального, всероссийского и международного уровня.

Положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы оценки нутриентной сбалансированности рецептурных композиций, использующие мультипликативный тип квалиметрической модели качества с преобразованием расчетных показателей в шкалу желательности.

универсального по отношению к ингредиентному и нутриентному составу пищевых продуктов математического обеспечения.

3. Алгоритм моделирования рецептур с использованием рекурсивного цикла и операции отбора элементов.

позволяющий реализовать процесс моделирования и оценки качества различных групп поликомпонентных пищевых продуктов нового поколения.

5. Результаты вычислительного эксперимента по оптимизации пищевых рецептур и разработке нутриентносбалансированных продуктов питания.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, в том числе 4 в научных журналах из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и заключения. Содержит страниц, 18 таблиц, 27 рисунков, 11 приложений. Список литературы содержит 165 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, научная новизна, практическая значимость полученных результатов;

сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены основные математико-методологические подходы определения качества пищевых продуктов, проведен анализ имеющихся в литературе математических моделей и алгоритмов оптимизации нутриентного состава поликомпонентных рецептур, выявлены их основные недостатки. На основе анализа сделаны выводы и обоснование выбранной темы работы.

Вторая глава посвящена описанию методики и математического обеспечения оптимизации рецептур поликомпонентных продуктов питания.

Проведенный анализ показал, что задача моделирования сбалансированных пищевых рецептур заключается в достижении заданных (эталонных) значений массовых долей входящих в них нутриентов Li (1 i k ), где k – количество нутриентов. Она может быть сведена к минимизации суммы квадратов отклонений реальных количественных долей нутриентов разрабатываемого продукта от рекомендуемого эталона.

Для получения расчетной информации о содержании нутриентов в составе моделируемой рецептуры использовано уравнение материального баланса:

где Сi – массовая доля конкретного макро- или микропитательного вещества в рецептуре; aij – величина массовой доли i-гo нутриента в j-ом ингредиенте (компоненте); xj – массовая доля j-го компонента в рецептуре.

Учитывая задаваемые при разработке пищевых продуктов ограничения на количественное содержание компонентов (их сумма принята за единицу) и допустимые отклонения значений массовых долей нутриентов от эталонных, для моделирования рецептур предложено использовать функцию Лагранжа и систему уравнений в виде условий теоремы Куна-Таккера для задачи выпуклого программирования. Ее решение позволяет получить вектор x массовых долей рецептуры, максимально сбалансированной по нутриентному составу.

Моделирование наиболее сбалансированной рецептуры не всегда определяет наивысшее качество готового продукта питания, поэтому для его разработки в большинстве случаев требуется не один, а достаточно широкий набор вариантов состава рецептурной композиции. С этой целью предложено разделить процесс ее оптимизации на два этапа. Первый – моделирование рецептуры как определение всех возможных вариантов количественного соотношения входящих в нее ингредиентов. Второй – качественная оценка и выбор нескольких наиболее оптимальных ее вариантов.

В качестве обобщенного критерия оценки качества моделируемой рецептуры использована функция желательности Харрингтона, которая обеспечивает независимость свойств частных показателей, обладающих различной размерностью и диапазоном варьируемых значений, и при этом позволяет свести в одну формулу относительные комплексные и простые единичные критерии качества:

где Y комплексный критерий качества; pi частные критерии (функции) качества.

При оптимизации рецептур пищевых продуктов питания, как правило, использующей двухстороннее ограничение:

где Сi – массовая доля i-го нутриента (пищевого вещества) в исследуемой рецептуре; Li min, Li max – границы значений эталона i-го пищевого вещества;

параметр ni определяет характеристику кривой (3), при ni кривая принимает прямоугольную форму.

предварительно формируются возможные значения его массовой доли в готовом продукте. Представим их в виде векторов с различным количеством элементов:

где – вектор возможных массовых долей компонента j; mj1,mjn – границы интервала количественного содержания ингредиента j в рецептуре.

С учетом (5) задача моделирования рецептур поликомпонентных продуктов решается с помощью поиска возможных вариантов сумм, с участием всех элементов векторов:

где Si – вариант i-ой суммы атрибутов из всех векторов; m1k – k-ый атрибут вектора М 1 массовых долей первого компонента; m2l – атрибут с индексом l, принадлежащий вектору М 2 ; mzn – атрибут n вектора М z ; z – количество векторов.

Для решения поставленной задачи предложено использовать рекурсию, развернутую в цикл. Сформулирована зависимость следующего вида для i-го включенных на данном этапе в процесс моделирования компонентов):

где miq – вариант q массовой доли i-го компонента (вектора); S(i-1)a – сумма а-го порядка уровня (i-1); Sij – j-ая сумма текущего уровня цикла; j = 0, (r 1), r – количество всех возможных вариантов сумм массовых долей элементов (слагаемых) уровня i; i = 0, ( z 1), где z – количество компонентов (векторов) в моделируемой рецептуре; a = 0, (k 1), где k – количество всех возможных вариантов сумм массовых долей элементов уровня i-1; q = 0, (h 1), где h – количество всех возможных значений массовой доли компонента (вектора) i.

Выражение (7) позволяет реализовать рекурсивный цикл, суть которого заключается в следующем. На первом его уровне определяются возможные варианты всех сумм двух первых векторов М 1 и М 2, которые сохраняются в Sij. На втором уровне в Sij записываются все варианты всех сумм элементов вектора S(i-1) и третьего вектора М 3. Последний уровень цикла определяет Sij как, массив, содержащий суммы элементов векторов S(z-2) и М z. По завершению цикла массив Sij содержит значения всех допустимых вариантов сумм элементов z векторов.

Существенного снижения количества операций и числа участвующих в них элементов в процессе моделирования можно добиться за счет проверки на каждом уровне рекурсивного цикла условия:

компонента s; msmax – максимальная массовая доля компонента s; z – количество компонентов в рецептуре.

Получение отдельного варианта рецептуры сводится к нахождению выражения (7) последнего уровня рекурсивного цикла, удовлетворяющего условию, согласно которому сумма всех компонентов продукта при любом варианте его исполнения должна быть равной единице:

где m(z-1) q – массовая доля последнего компонента в новой рецептуре.

Обратный переход от верхнего уровня цикла к крайнему нижнему, рецептуры. Затем для каждой рецептуры рассчитываются частные критерии желательности Харрингтона.

Предложенная методика оптимизации пищевых рецептур, включающая описание этапов моделирования состава рецептур, расчета частных и критериев для комплексных эталонов, послужила теоретической базой для построения алгоритмов разработанного программного комплекса.

Третья глава содержит описание назначения, состава, структуры разработанных алгоритмов и основанного на них программного комплекса «Etalon».

Программный комплекс состоит из следующих компонент (рисунок 1):

1) информационная база данных, в которой хранится информация о нутриентном составе пищевого сырья и физиологических нормах питания различных социальных групп населения;

2) специализированная база данных, разработанная для повышения эффективности функционирования алгоритма моделирования рецептур пищевых продуктов;

управления информационной базой данных, алгоритмы моделирования и оценки качества рецептур продуктов нового поколения, высокоразвитый предметно-ориентированный интерфейс пользователя.

Рецептуры нового поколения Нормы физиологической потребности Модуль организации доступа к информационной базе данных Система управления информационной базой данных Модуль оценки качества рецептур Модуль моделирования новых рецептур Средства и алгоритмы реализации интерфейса Промежуточные результаты процесса моделирования новых рецептур Рисунок 1 – Логическая структура программного комплекса «Etalon»

Информационная база данных разработана в среде Microsoft SQL Server 2000 в модели «клиент/сервер» и включает девять взаимосвязанных таблиц, построенных в соответствии с методом нормальных форм и соблюдением условий целостности данных. Модуль подключения к информационной базе данных состоит из пяти классов производных от CRecordset, методы которых реализованы таким образом, что каждый из них используется для организации обработки информации из нескольких таблиц или представлений.

Специализированная база данных построена на основе однофайловой модели (flat database model) в программной среде Microsoft Access 2002 и включает таблицу – «summa», обеспечивающую поддержку процесса моделирования состава пищевых продуктов питания (таблица 1).

Таблица 1 – Атрибутный состав таблицы «summa»

атрибутов Номер уровня рекурсивного цикла моделирования, Порядковый номер суммы массовых долей компонентов на Порядковый номер массовой доли i-го компонента Номер суммы массовых долей компонентов, полученной Для формирования значений атрибута sum базы данных используется выражение (7) и условие отбора (8). По окончанию работы цикла моделирования специализированная база данных содержит в своем составе все возможные варианты сумм массовых долей компонентов новой рецептуры. При этом для каждого значения суммы сохранен индекс массовой доли компонента (i) и индекс суммы массовых долей компонентов предыдущего уровня цикла моделирования. На нулевом уровне цикла в базе данных хранятся значения и индексы массовых долей первого компонента, участвующего в моделировании. Индексы этих массовых долей соответствуют их положению в заранее инициализированных массивах процентного содержания компонентов, используемых в программном коде моделирования.

Алгоритм разработки рецептур пищевых продуктов, положенный в основу программного комплекса «Etalon» обобщенно можно представить в виде функционального взаимодействия двух основных классов UModel и UModelRezult с реляционными базами данных (рисунок 3).

Класс документа компонентов новой UModelCompAdd Модуль организации информационной базе Информационная Специализированная Рисунок 3 – Функциональная схема обобщенного алгоритма компонентного состава рецептур, представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Блок схема алгоритма моделирования состава рецептур Поиск возможных вариантов состава рецептур включает проверку условия (9) и выборку в соответствии с ним из специализированной базы данных или динамических массивов по известным на каждом уровне рекурсивного цикла индексам i, q, a массовых долей (miq) всех компонентов:

Процесс выборки происходит по «закручивающейся спирали», то есть в обратном порядке по отношению к процессу составления всех возможных вариантов сумм массовых долей компонентов (рисунок 4).

Разработанный алгоритм оценки нутриентной сбалансированности (рисунок 5) включает четыре основных этапа. На первом этапе в соответствии с допустимым отклонением массовой доли конкретного нутриента от его нормативного показателя определяются максимальные и минимальные значения эталона:

Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН, ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения) для выбранного нутриента; hi предельный разброс (отклонение) значений от эталона, %.

На втором этапе для каждого пищевого вещества моделируемой микронутриентной группе пищевых веществ, а в последнем случае и к конкретному базовому элементу (макронутриенту), затем по уравнению материального баланса (1) рассчитывается количественное содержание коэффициента кривизны функции желательности Харрингтона ni (13) и частных критериев нутриентной сбалансированности.

где gi max – максимальное значение функции желательности.

На заключительном, четвертом этапе, рассчитываются обобщенные критерии желательности (2) и себестоимость оцениваемых рецептур.

на основании значения кода базового элемента delit = a – массовая доля нутриента в рецептуре 17 yy[e][h]=(2a[e][r]-(Lh max+Lh min))/(Lh max-Lh min);

одной рецептуры Рисунок 5 – Блок-схема алгоритма оценки сбалансированности Алгоритм подпрограммы оценки сбалансированности моделируемой рецептуры на основе комплексного эталона представлен на рисунке 6.

нормированной ности рецептуры e Рисунок 6 – Алгоритм подпрограммы оценки сбалансированности на Данный алгоритм выполняется при оценке сбалансированности рецептур на основе показателей комплексного эталона, состоящего из пользователем. При этом алгоритм оценки выполняется в порядке, аминокислотного состава, а по его завершению вызывается подпрограмма, моделируемой рецептуры (рисунок 6).

программного комплекса «Etalon» для разработки рецептур и оценки композиций, так и рационов питания. Проведен анализ эффективности реализованных программных алгоритмов и математических моделей на внедрения новых видов вареных колбас («Праздничная», «Аппетитная»), мясных изделий в желе («Мозаика», «Радуга»), мясорастительных консервов которого подтверждаются высокой степенью их сбалансированности и адекватности. Достоверность результатов вычислительного эксперимента подтверждается высокой сходимостью расчетных и экспериментальных данных. Относительная погрешность, например, для аминокислотного состава консервов «Баранина обеденная» составляет 3,5% (рисунок 7), а в целом по рецептурам разработанных продуктов не превышает 5%.

Содержание АК в продукте, состава (АК) консервов «Баранина обеденная»: 1– лейцин; 2 – изолейцин; 3 – лизин; 4 – метионин+цистин; 5 – фенилаланин+тирозин; 6 –треонин; 7–валин 1. На основе анализа современных направлений и методов повышения нутриентной сбалансированности и качества пищевых продуктов, предложен алгоритм поиска оптимальной рецептурной смеси с применением методов выпуклого программирования, обобщающий структурные преимущества существующих алгоритмов.

позволяющая проводить расчет сбалансированности продуктов питания как по отдельным нутриентам, так и, на основе снижения ограничений на некоторые их виды, по полному комплексу пищевых веществ.

желательности Харрингтона и принципа формирования нормированного интегрального критерия пищевой адекватности. Алгоритмы позволяют использовать любые виды детерминированных и комплексных нутриентных эталонов и интерпретировать результаты оптимизации рецептур в терминах желательности.

4. Предложено математическое обеспечение моделирования состава поликомпонентных продуктов питания, реализованное в виде алгоритма рекурсивного цикла с использованием операции отбора элементов, обеспечивающего получение широкого набора наиболее сбалансированных рецептур. Разработана модификация алгоритма моделирования с оптимизации.

5. Созданы и реализованы на практике программный комплекс «Etalon»

и информационная база данных, позволяющие разрабатывать новые виды нутриентносбалансированных пищевых продуктов, проводить оценку и оптимизацию существующих рецептур.

6. С помощью разработанного программного комплекса реализован поликомпонентных пищевых продуктов нового поколения, отвечающих физиологическим нормам сбалансированности нутриентов.

функциональных возможностей программного комплекса, которая подтверждается высокой степенью сходимости вычислительного и натурного эксперимента. Программный комплекс «Etalon» защищен свидетельством об официальной регистрации.

Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Борисенко, А.А. Программное обеспечение аналитического метода регулирования биотехнологических характеристик белоксодержащих систем [Текст] / А.А. Борисенко (ст.), О.С. Мезенцева, А.А. Борисенко // Материалы 2-ой ВНТК «Современные достижения биотехнологии». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2002. – С.136-138.

2. Борисенко, А.А. Создание и использование компьютерной базы данных доминантных показателей производства натуральных мясных полуфабрикатов [Текст] / А.А. Борисенко, Е.В. Крахоткина // Сборник научных трудов III Международной НПК «Пища. Экология. Качество». – Новосибирск: ГНУ «СИБНИПТИП», 2003. – С.307-309.

3. Крахоткина, Е.В. Разработка информационной системы обеспечения производства высококачественных мясных продуктов [Текст] / Е.В. Крахоткина, А.А. Борисенко // Материалы 8-го международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». – Харьков: ХНУРЭ, 2004. – С.105.

4. Чичко, А.А. Разработка высокоэффективной технологии производства вареной колбасы с использованием активированной многокомпонентной системы [Текст] / А.А. Чичко, Л.А. Борисенко, А.А. Брацихин, А.А. Борисенко // Материалы 2-ой Всероссийской НТК «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». – М.: МГУПП, 2004. – С.191-195.

5. Борисенко, А.А. Особенности построения программного продукта для проектирования сбалансированных поликомпонентных пищевых систем [Текст] / А.А. Борисенко (ст.), А.А. Борисенко // Материалы 8-ой региональной НТК «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. – С.131.

6. Борисенко, А.А. Информационные аспекты и методики проектирования поликомпонентных продуктов питания [Текст] / А.А. Борисенко, Е.В. Крахоткина // Первая международная НТК «Инфотелекоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. – С.16-19.

7. Борисенко, А.А. Программный комплекс проектирования рецептур поликомпонентных продуктов питания [Текст] / А.А. Борисенко // Материалы 5-ой межрегиональной НК «Студенческая наука – экономике России», Т.1.,Ч.1.

Естественные и точные науки, технические и прикладные науки. – Ставрополь:

СевКавГТУ, 2005. – С.128-129.

8. Борисенко, А.А. Проектирование сбалансированных поликомпонентных пищевых продуктов на основе их нутриентного состава [Текст] / А.А. Борисенко, Г.И. Касьянов, А.А. Борисенко (ст.), А.А. Запорожский // Известия вузов. Пищевая технология. – Краснодар: КубГТУ, 2005. – №2-3. – С.106-108.

9. Бузанова, М.И. Разработка мясных изделий в желе с использованием активированной безреагентной системы [Текст] / М.И. Бузанова, А.А. Борисенко // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы IV Международной НК студентов и молодых ученых. – М: МГУПБ, 2005. – С.77-79.

10. Борисенко, А.А. Современные методологические подходы оценки качества поликомпонентных пищевых продуктов [Текст] / А.А. Борисенко // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы IV Международной НК студентов и молодых ученых. – М: МГУПБ, 2005. – С.157-159.

11. Борисенко, А.А. Особенности алгоритма проектирования компонентного состава пищевых продуктов [Текст] / А.А. Борисенко // Материалы IХ региональной НТК «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. Т.1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. – С.91.

12. Борисенко, А.А. Компьютерное проектирование сбалансированных поликомпонентных пищевых продуктов на основе их нутриентного состава и регулирования свойств белоксодержащего сырья [Текст] / А.А. Борисенко, А.А.

Брацихин, Л.А. Борисенко // Каталог научно-технических разработок и услуг. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – С.34.

Борисенко, А.А. Повышение эффективности функционирования алгоритма проектирования состава пищевых продуктов [Текст] / А.А. Борисенко // Материалы IХ региональной НТК «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону». – Ставрополь, 2005. Т.1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. – С.91-92.

14. Борисенко, А.А. Проектирование поликомпонентных продуктов питания пищевой промышленности // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Материалы VI Международной НПК. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. Ч. 1. – С. 5-6.

15. Борисенко, А.А. Применение метода множителей Лагранжа для разработки рецептур нутриентносбалансированных пищевых продуктов [Текст] / А.А. Борисенко, В.И. Дроздова, Е.В. Крахоткина // Инфокоммуникационные технологии в науке и технике: Материалы 2-й международной НТК. – Ставрополь, 2006. – С.251-253.

16. Борисенко, А.А. Критериальная оценка качества и биологической ценности вареных колбас на базе компьютерного проектирования [Текст] /А.А.

Борисенко, А.А. Чичко, Л.А. Борисенко // Сборник научных трудов СевероКавказского государственного университета. Серия «Продовольствие». – Ставрополь, 2006. – №2. – С.145-146.

Судакова, Н.В. Разработка технологии поликомпонентных мясорастительных консервов на основе компьютерного проектирования [Текст] / Н.В. Судакова, Л.А. Борисенко, В.С. Кокоева, А.А. Борисенко // Научная мысль Кавказа. – Ростов-на-Дону, 2006. – №4. – С.133-137.

18. Борисенко, А.А. Алгоритмическое и программное обеспечение разработки рецептур сбалансированных поликомпонентных пищевых продуктов [Текст] / А.А. Борисенко, В.И. Дроздова // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. – №3 (7). – С.42-45.

19. Борисенко, А.А. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Etalon» № 2005610751 от 30 марта 2005г. Выдано Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

20. Борисенко, А.А. Алгоритм моделирования поликомпонентных смесей с использованием рекурсивного цикла и реляционной базы данных [Текст] / А.А.

Борисенко // Информационные технологии. – М., 2006. – №7. – С.69-71.

«. Любимов Андрей Андреевич АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ Специальность 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы) АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете Станкин (МГТУ Станкин) Научный руководитель доктор. »

«ЛЮТОВА ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕСУРСНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОПУЛЯЦИЙ МИКРООРГАНИЗМОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КОНТАМИНАЦИИ Cпециальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2011 Работа выполнена на кафедре высшей математики Воронежского института МВД России. Научный руководитель : доктор технических наук. »

«Махов Сергей Анатольевич БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ МИРОВОЙ ДИНАМИКИ Специальность 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ярославль – 2008 Работа выполнена в ордена Ленина Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук Научный руководитель – доктор физико-математических наук, профессор Малинецкий Георгий Геннадьевич Официальные. »

«Полупанова Елена Евгеньевна РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БИОИНСПИРИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ РАЗБИЕНИЯ СХЕМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СБИС 05.13.12 – системы автоматизации проектирования (вычислительная техника и информатика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог – 2012 2 Работа выполнена в Южном федеральном университете Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Курейчик Владимир Викторович Официальные оппоненты : Ковалев. »

«Токмачев Михаил Геннадьевич МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЕЗРЕАГЕНТНОГО МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ЦИКЛИЧЕСКОГО ИОНООБМЕННОГО ПРОЦЕССА ОПРЕСНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва – PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Работа выполнена на кафедре математики физического факультета Московского. »

«Есипов Денис Викторович МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИНИЦИАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск — 2011 Работа выполнена в Институте вычислительных технологий Сибирского отделения РАН. Научный руководитель : доктор. »

«Гужва Александр Георгиевич Разработка методологии и программного комплекса для определения существенности входных признаков при нейросетевом анализе данных 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2011 Работа выполнена в Московском. »

«ГЕНРИХОВ ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛНЫХ РЕШАЮЩИХ ДЕРЕВЬЕВ ДЛЯ ЗАДАЧ КЛАССИФИКАЦИИ ПО ПРЕЦЕДЕНТАМ 05.13.17 – теоретические основы информатики Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре теоретической информатики и дискретной математики математического факультета в Федеральном государственном бюджетном образовательном Учреждении Высшего профессионального образования. »

«Давыденко Павел Александрович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 г. Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете Станкин Научный руководитель доктор. »

«Подколзин Вадим Владиславович МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ОДНОСТОРОННИХ РЮКЗАЧНЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ Специальность 05.13.18 – математическое моделирование, моделирование численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертаци на соискание учёной степени диссертации кандидата физико математических наук физико-математических Краснодар – 2011 Работа выполнена на кафедре информационных технологий ГОУ ВПО Кубанский государственный университет Кубанский университет Научный. »

«Нгуен Ван Чи ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (региональные народнохозяйственные комплексы) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иркутск – 2011 Работа выполнена на кафедре автоматизированных систем ФГБОУ ВПО Иркутский государственный. »

«ТРОЯНОВСКИЙ Владимир Михайлович АНАЛИЗ И ПАРАМ ЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СТОХАСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (вычислительная техника и информатика) Автореферат диссертации, представленной на соиск ание ученой степени доктора технических наук Москва, 2008 Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техник и (техническом университете) на кафедре Информатика и программное обеспечение. »

«Кашковский Виктор Владимирович Методологические основы управления состоянием систем технической эксплуатации промышленных и транспортных объектов Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Иркутск – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутский государственный. »

«Чусов Андрей Александрович ГИБКАЯ АРХИТЕКТУРА ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО АНАЛИЗА И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ 05.13.11 – математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Владивосток – 2012 Работа выполнена на кафедре электроники и средств связи Инженерной школы Дальневосточного федерального университета Научный руководитель : доктор физико-математических. »

«Киселев Владислав Борисович Разработка и исследование методов и алгоритмов построения математических моделей с использованием рекуррентных диаграмм Специальность 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2009 2 Работа выполнена на кафедре Проектирования компьютерных систем Санкт-Петербургского государственного университета информационных. »

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Источник