OPTIMIZATION OF MICROELEMENT COMPOSITION OF POLYCOMPONENT FISH AND VEGETABLE PRODUCTS
Rubrics: TECHNOLOGY OF HYDROCOLE PROCESSING
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Postgraduate Student of the Department of Technology of Goods and Commodity Science)
2.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department of Technology of Goods and Commodity Research)
Type:
Article
Pages:
from 183
to 189
Status:
Published
Received:
05.12.2017
Accepted:
25.12.2017
Published:
25.12.2017
Subject area:
UDK 664.952.001.573
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
microelement composition, sea fish, freshwater fish, vegetables, legumes, cereals, fish and vegetative pâtés, multicomponent food products, physiological needs, optimization, mathematical modelling
Abstract (English):
The article analyzes the possibility of increasing food value of fish and vegetable products due to application of non-traditional fish and vegetable raw material and optimization of its microelement composition. For the purpose of efficient modelling formulations there has been considered microelement composition of a number of fish species and vegetables widely used in formulation compositions of polycomponent food products, as well as human need (different age groups) in minerals. Choosing components, that best meet the requirements of modelling, was carried out using the data base comprising over 100 components. As a modelling criterion there was taken a complex generalized criterion of optimality, which accommodated simultaneous accounting parameters of all factors making the formulation model - a multiplicative qualimetric model. A system of requirements for microelement composition of a finished product has been developed using a complex optimality criterion, which depends on a physiological need of the organism in microelements. Optimization of microelement composition was carried out by modeling the formulation of a mixture of minced meat of 7 fish species: pondfish (silvercarp (Hypophthalmichthys), grass carp (Ctenopharyngodon idella), carp (Cyprinus carpio)), freshwater fish (pike perch ( Sander ), pike ( Esox lucius )), sea fish (cod ( Gadus morhua ), Alaska Pollack ( Theragra chalcogramma )) and the addition of vegetable components (carrot, onions, girasol, beetroot, sweet pepper, rice, maze grits, chick-pea). As a result of modelling, there were prepared three receipts of fish and vegetable pâtés most corresponding to the prescribed requirements of optimizing microelement composition of polycomponent fish and vegetable products complying with the human needs. Most balanced microelement composition was registered in the formulation including minced meat of silver carp, cod, pike-perch and vegetable components, such as carrot, onions, rice and maze grits. To obtain a balanced food product it is recommended to combine minced meat of fresh water and sea fish, as well as to use chickpea and maze grits containing selenium that is necessary for the normal functioning of immune system.
The article analyzes the possibility of increasing food value of fish and vegetable products due to application of non-traditional fish and vegetable raw material and optimization of its microelement composition. For the purpose of efficient modelling formulations there has been considered microelement composition of a number of fish species and vegetables widely used in formulation compositions of polycomponent food products, as well as human need (different age groups) in minerals. Choosing components, that best meet the requirements of modelling, was carried out using the data base comprising over 100 components. As a modelling criterion there was taken a complex generalized criterion of optimality, which accommodated simultaneous accounting parameters of all factors making the formulation model - a multiplicative qualimetric model. A system of requirements for microelement composition of a finished product has been developed using a complex optimality criterion, which depends on a physiological need of the organism in microelements. Optimization of microelement composition was carried out by modeling the formulation of a mixture of minced meat of 7 fish species: pondfish (silvercarp (Hypophthalmichthys), grass carp (Ctenopharyngodon idella), carp (Cyprinus carpio)), freshwater fish (pike perch ( Sander ), pike ( Esox lucius )), sea fish (cod ( Gadus morhua ), Alaska Pollack ( Theragra chalcogramma )) and the addition of vegetable components (carrot, onions, girasol, beetroot, sweet pepper, rice, maze grits, chick-pea). As a result of modelling, there were prepared three receipts of fish and vegetable pâtés most corresponding to the prescribed requirements of optimizing microelement composition of polycomponent fish and vegetable products complying with the human needs. Most balanced microelement composition was registered in the formulation including minced meat of silver carp, cod, pike-perch and vegetable components, such as carrot, onions, rice and maze grits. To obtain a balanced food product it is recommended to combine minced meat of fresh water and sea fish, as well as to use chickpea and maze grits containing selenium that is necessary for the normal functioning of immune system.
Keywords:
microelement composition, sea fish, freshwater fish, vegetables, legumes, cereals, fish and vegetative pâtés, multicomponent food products, physiological needs, optimization, mathematical modelling
microelement composition, sea fish, freshwater fish, vegetables, legumes, cereals, fish and vegetative pâtés, multicomponent food products, physiological needs, optimization, mathematical modelling
Одной из важных характеристик пищевой ценности продуктов питания является содержание в них белков, липидов, витаминов и отдельных наиболее важных эссенциальных минеральных веществ (фосфора, кальция, калия, йода, селена, марганца, кобальта и т. д.). Эcсенциальные микронутриенты относятся к незаменимым пищевым веществам, которые в организме человека не синтезируются и не депонируются. Они должны поступать с пищей в количествах, соответствующих физиологическим потребностям человека. Интенсивно влияя на рост, развитие, кроветворение, сердечно-сосудистую, пищеварительную и нервную системы, функцию гормонов и активность ферментов, минеральные вещества оказывают положительное действие на различные стороны обмена веществ, что в конечном счете способствует повышению общей резистентности организма и улучшению состояния здоровья человека. Недостаточное поступление с пищевыми продуктами эссенциальных минеральных веществ является проблемой питания не только взрослого населения, но и школьников. Ученые рассматривают организацию правильного питания школьников в качестве здоровьесберегающих технологий. Потребности школьников в питании многообразны и, безусловно, зависят от интенсивности их роста и развития, от физических и умственных нагрузок. Особенно недостаточно в пищевом рационе школьников содержание таких макро- и микроэлементов, как кальций и фосфор, железо и магний. В последнее время, для восполнения в организме содержания недостающих микроэлементов, используются различные добавки неорганических форм солей минеральных веществ, но они плохо усваиваются организмом и не являются биологически полноценными. В этом отношении очень перспективны поликомпонентные рыборастительные фаршевые кулинарные изделия, изготовленные из малоценного или нетрадиционного сырья. Безусловно, количество микроэлементов в рыбном сырье зависит от условий обитания и выращивания рыб, в частности от состава и концентрации минеральных солей в окружающей их воде [1]. Содержание минеральных элементов в мясе морских и океанических рыб больше, чем в мясе пресноводных. У прудовых рыб этот показатель зависит от условий выращивания и состава кормов. Данные по содержанию микроэлементов в мясе различных видов рыб [2] приведены в табл. 1. Анализ данных табл. 1 позволяет утверждать, что минеральный состав мышечной ткани рыб разнообразен, но концентрации этих веществ различны. Так, в организме пресноводных и прудовых видах рыб количество йода и фтора меньше, чем в организме морских. Марганец, кобальт, цинк, фтор и молибден присутствуют в хорошо сбалансированном соотношении, причем содержание этих элементов в морских и океанических видах рыб выше, чем в организме пресноводных и прудовых. С учетом этого мы рекомендуем комбинировать фарши разных видов рыб, чтобы получить пищевой продукт, сбалансированный по микроэлементному составу. Следует отметить, что в мясе прудовых рыб содержание микроэлементов зависит от условий содержания и кормов. Соли кальция и фосфора находятся в соотношении, которое обеспечивает их наибольшую усвояемость. Таблица 1 Содержание микроэлементов в рыбном сырье, мкг % Сырье Железо Йод Кобальт Марганец Медь Никель Хром Цинк Молибден Фтор Морские рыбы Анчоус атлантический (Engraulis encrasicolus) 2 600 50 20 80 110 6 55 1 350 4 430 Килька каспийская (Clupeonella caspia) 1 400 50 30 120 240 8 55 1 350 4 430 Мойва (Mallotus villosus) 400 50 8 50 210 6 55 1 080 4 430 Сардина (Sardina pilchardus) 2 450 35 30 50 185 8 55 800 4 430 Сельдь атлантическая (Clupea harengus) 1 000 40 40 120 170 8 55 900 4 380 Треска (Gadus morhua) 650 135 30 80 150 9 55 1 020 4 700 Тунец (Euthynnus lineatus) 2 000 50 40 130 100 6 90 700 4 1 000 Минтай (Theragra chalcogramma) 800 150 15 100 130 7 55 1 120 4 700 Окунь морской (Sebastes) 1 200 60 30 100 120 6 55 1 500 4 140 Хек серебристый (Merluccius) 700 160 20 120 135 7 55 900 4 700 Ледяная рыба (Champsocephalus gunnari) 500 50 20 90 140 6 45 700 4 430 Пресноводные Сом (Silurus glanis) 1 000 5 20 60 60 6 55 450 4 25 Судак (Sander) 500 5 20 50 110 6 55 700 4 30 Щука (Esox lucius) 1 700 5 20 50 110 6 55 1 000 4 25 Прудовые Карп (Cyprinus carpio) 800 5 35 150 120 7 55 2 080 4 25 Толстолобик (Hypophthalmichthys) 1 100 5 25 120 150 7 55 1 800 4 35 Белый амур (Ctenopharyngodon idella) 900 5 40 110 140 7 55 1 500 4 35 В растениях также содержатся различные минеральные элементы, и при грамотном сочетании ингредиентов в поликомпонентных продуктах питания можно полностью удовлетворить физиологическую потребность человека в микроэлементах. Среднее количество минеральных элементов в растительном сырье, широко используемом в рецептурных композициях поликомпонентных пищевых продуктов, приведено в табл. 2. Таблица 2 Содержание микроэлементов в растительном сырье, мкг на 100 г продукта Сырье Алюминий Бор Железо Йод Кобальт Марганец Медь Молибден Никель Селен Фтор Хром Цинк Овощи Баклажан 815 100 400 2 1 210 135 10 - - 14 - 290 Капуста 570 200 600 3 3 170 75 10 15 - 10 5 400 Картофель 860 115 900 5 5 170 140 8 5 - 30 10 360 Морковь 323 200 700 5 2 200 80 20 6 - 55 3 400 Свекла - 280 1 400 7 2 600 140 10 14 - 20 20 425 Лук 400 200 700 5 2 230 85 - 3 - 31 2 850 Перец сладкий - - 600 3 3 160 100 - - - 7 6 440 Томаты - 115 900 2 6 140 110 7 14 - 20 5 200 Топинамбур 815 100 400 2 1 210 135 10 - - 14 - 290 Бобовые Фасоль 640 490 5 940 12 18 1 340 580 39 173 25 44 10 3 210 Горох 1 180 670 6 800 5,1 12 1 750 750 84 246 13 30 9 3 180 Нут - 540 2 600 3,4 9,5 2 140 660 60 206 28 - - 2 860 Чечевица 170 610 11 770 3,5 11 1 190 660 78 161 20 25 11 2 420 Чина - 840 8 340 3,4 18 1 720 590 67 198 27 - - 3 110 Крупы Манная 570 63 960 - 25 440 70 11 11 - 20 1 590 Рисовая - 120 1 020 1,4 1 1 250 250 3 2 - 50 0,7 1 420 Кукурузная 440 270 3 700 5,2 5,3 1 090 290 28 84 30 64 8 1 730 Овсяная 700 - 3 920 4,5 6,7 5 050 500 39 48 - 84 - 2 680 Гречневая - - 6 650 3,3 3,1 1 560 640 34 10 - 23 4 2 050 По сравнению с крупами и овощами, в бобовых (нуте, горохе, фасоли, чечевице, чине) содержится наибольшее количество железа, кобальта, меди, цинка, молибдена и марганца, фтора больше всего в моркови и кукурузе, хрома - в свекле, картофеле, чечевице, наибольшее количество йода - в чесноке, свекле, фасоли (в морских видах рыб его на порядок больше). Селен содержится в кукурузной крупе и бобовых [2]. Производство поликомпонентных рыборастительных продуктов питания возможно лишь при условии наиболее полной сбалансированности ингредиентов по химическому составу (содержанию аминокислот, жирных кислот, витаминов, минеральных веществ), совместимости продуктов и сочетания их функционально-технологических свойств. Данные о физиологических потребностях различных возрастных групп приведены в табл. 3. Таблица 3 Физиологические потребности человека в минеральных веществах [3] Элемент Взрослое население Подростки от 14 до 18 лет Верхний допустимый уровень Железо, мг/сут 10-18 4-18 - Цинк, мг/сут 12 3-12 25 Йод, мкг/сут 150 60-150 600 Медь, мг/сут 1,0 0,5-1,0 5,0 Марганец, мг/сут 2,0 - 5,0 Селен, мкг/сут 55-70 10-50 300 Хром, мкг/сут 50 11-35 - Молибден, мкг/сут 70 - 600 Фтор, мг/сут 4,0 1,0-4,0 10 Кобальт, мкг/сут 10 - - Целью исследования, с учетом вышеизложенного, являлось изучение возможности повышения пищевой ценности рыборастительных продуктов питания за счет использования нетрадиционного рыбного и растительного сырья и оптимизации их состава. Материалы и методы исследования В качестве сырья для разработки рецептур и технологий новых видов фаршевых рыборастительных продуктов использовались растительные ингредиенты и рыбный фарш из промысловых пресноводных рыб, объектов промысловой аквакультуры и морских рыб; паштеты из объектов исследования. Получение модельных образцов паштетов проводилось по традиционной технологии. Основные показатели качества исходных продуктов и готовых изделий определяли по ГОСТ 7636-85. Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа (http://docs.cntd.ru/document/1200022224). Оптимизация микроэлементного состава готового продукта осуществлялась путем моделирования рецептурной смеси фаршей различных видов рыб и добавлением растительных компонентов. Результаты исследования Основная задача моделирования сводилась к отысканию некоторой области G в n-мерном пространстве, отвечающей заданным требованиям к составу микроэлементов в рецептурной смеси, где n - количество варьируемых факторов - рецептурных ингредиентов [4]. В качестве факторного пространства выступает линейная форма, отвечающая уравнению (1) где xk - массовая доля k-го ингредиента в рецептуре; Сi - массовая доля i-го компонента в xk ингредиенте, %. Моделирование заключалось в отыскании экстремума-максимума критерия моделирования при варьировании рецептурных ингредиентов с соблюдением условия (1). В качестве критерия моделирования был выбран комплексный обобщенный критерий, учитывающий сложность одновременного учета параметров всех факторов, входящих в модель рецептуры - мультипликативную квалиметрическую модель: , где D - обобщенный критерий моделирования, DÎ[0,1]; di - частные критерии по каждому из i-х факторов. Частный критерий di - относительный коэффициент, принимающий значения от 0 до 1 в зависимости от значения фактора - массовой доли компонента, входящего в рецептуру. Для нахождения частного критерия используется функция желательности Харрингтона. Фактор моделирования преобразуется в безразмерную величину, которая выступает показателем соответствия его значения эталону. Значения функции Харрингтона группируются в шкалы желательности: очень плохо - dÎ [0…0,2], плохо - dÎ [0,2…0,37], удовлетворительно - dÎ [0,37…0,63], хорошо - dÎ [0,63…0,8], отлично - dÎ [0,8…1]. Преимущество функции желательности Харрингтона заключается в ее безразмерности, что позволяет осуществлять моделирование с использованием факторов различной размерности и различного диапазона значений, гибкости программирования функции с учетом разброса величины фактора. На основе комплексного критерия оптимальности, который зависит от физиологической потребности организма в микроэлементах, разрабатывается система требований, предъявляемых к микроэлементному составу готового продукта (табл. 4). Таблица 4 Система требований к микроэлементному составу Микроэлемент Эталонное значение, мг/100 г продукта Значение функции желательности на границе диапазона эталонного значения Вид функции желательности min max Цинк 1,2 2,5 0,9 Двухсторонняя Медь 0,1 0,5 0,9 Двухсторонняя Фтор 0,4 1,0 0,9 Двухсторонняя Железо 1,0 2,5 0,9 Двухсторонняя Марганец 0,2 0,5 0,9 Двухсторонняя Хром 0,005 0,03 0,9 Двухсторонняя Молибден 0,007 0,06 0,9 Двухсторонняя Кобальт 0,001 0,01 0,9 Двухсторонняя Йод 0,015 0,06 0,9 Двухсторонняя Селен 0,005 0,03 0,9 Двухсторонняя При моделировании рецептур использовались 7 видов рыб: прудовые (толстолобик (Hypophthalmichthys), белый амур (Ctenopharyngodon idella), карп (Cyprinus carpio)), пресноводные (судак (Sander), щука (Esox lucius)), морские (треска (Gadus morhua), минтай (Theragra chalcogramma)) и база данных, состоящая более чем из 100 компонентов, из которых выбирались наиболее соответствующие требованиям моделирования. В результате были получены 3 рецептуры, наиболее полно отвечающие заданным требованиям по оптимизации микроэлементного состава поликомпонентных рыборастительных продуктов питания в соответствии с физиологическими потребностями человека. Состав рецептурных композиций приведен в табл. 5. Таблица 5 Рецептуры рыборастительных паштетов Ингредиент Массовая доля, % в рецептуре № 1 № 2 № 3 Толстолобик - - 35,0 Белый амур - 15,3 - Карп 20,0 - - Треска 25,4 - 15,1 Минтай - 21,5 - Судак 12,5 - 14,3 Щука - 25,3 - Морковь 17,9 10,3 9,6 Лук - 5,4 7,2 Топинамбур 14,0 - - Свекла - 10,2 - Перец сладкий - 5,2 - Рис 10,2 - 8,7 Кукурузная крупа - - 10,1 Нут - 6,8 - Итого 100 100 100 Микроэлементный состав смоделированных рецептур рыборастительных паштетов представлен в табл. 6. Таблица 6 Микроэлементный состав рыборастительных паштетов Микроэлемент Рецептурные композиции, мкг % № 1 № 2 № 3 Цинк 1 009,6 1 006,7 1 418,3 Медь 135,0 157,2 140,85 Фтор 200,0 173,1 133,62 Железо 667,0 1 186,9 1 222,9 Марганец 219,4 307,4 412,6 Хром 32,0 34,8 35,7 Молибден 7,6 9,78 12,03 Кобальт 17,5 11,4 10,99 Йод 36,9 36,1 23,87 Селен - 0,01 0,85 Согласно данным табл. 4 и 6, наиболее сбалансированной по микроэлементному составу является рецептура № 3, которая в наибольшей степени соответствует физиологическим потребностям взрослого населения. Заключение В ходе исследования была достигнута его цель - показана возможность повышения пищевой ценности рыборастительных продуктов питания за счет использования нетрадиционного рыбного и растительного сырья и оптимизации их состава, осуществляемой методом моделирования рецептур. Предложенный метод моделирования позволяет разрабатывать рецептуры продуктов питания, удовлетворяющих физиологические потребности человека в минеральных элементах. Наиболее сбалансированной по микроэлементному составу оказалась рецептура, в состав которой вошли фарши толстолобика, трески, судака и такие растительные компоненты, как морковь, лук, рис, кукурузная крупа. Чтобы получить сбалансированный по микроэлементному составу пищевой продукт, по результатам исследования рекомендовано комбинировать фарши пресноводных и морских видов рыб, а также использовать нут и кукурузную крупу, в которых содержится селен, необходимый для нормального функционирования иммунной системы.
1. Kas'yanov G. I., Ivanova E. E., Odincov A. B., Studencova N. A., Shalak M. V. Tehnologiya pererabotki ryby i moreproduktov: ucheb. posobie. Rostov n/D: MarT, 2001. 416 s.
2. Himicheskiy sostav pischevyh produktov. Kn. 2: Spravochnye tablicy soderzhaniya aminokislot, zhirnyh kislot, vitaminov, makro- i mikroelementov, organicheskih kislot i uglevodov / pod red. I. M. Skurihina i M. N. Volgareva. M.: Agropromizdat, 1987. 360 s.
3. MR 2.3.1.2432-08. Normy fiziologicheskih potrebnostey v energii i pischevyh veschestvah dlya razlichnyh grupp naseleniya Rossiyskoy Federacii. Metodicheskie rekomendacii. URL: http://rospotrebnadzor.ru/documents/details.php?ELEMENT_ID=4583.
4. Zolotokopova S. V., Protalinskiy O. M., Luchsheva I. S., Belyaev I. O. Modelirovanie receptur polikomponentnyh ryboovoschnyh produktov s ispol'zovaniem sistemy podderzhaniya prinyatiya resheniy // Izv. vuzov. Pischevaya tehnologiya. 2011. № 1 (319). S. 113-114.
