Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование выделения продуктов «Целевого назначения» в отдельную иерархическую категорию 17
1.1. Ретроспектива развития теории питания 17
1.2. О совершенствовании систематизации продовольственных товаров 25
1.2.1. О выделении иерархической группы «Продовольственные товары целевого назначения» 25
1.2.2. Классификация товаров «целевого назначения» 26
1.3. Иерархическая подгруппа «Продовольственные товары длительного хранения» 28
1.3.1.Конструирование продовольственных товаров длительного хранения с заданным сроком их годности 31
1.3.2. Целевые критерии проектирование товаров с заданным сроком годности. Критические показатели качества 33
1.4. Иерархическая подгруппа «Продовольственные товары персонифицированного питания» 40
Выводы по главе 1 41
Глава 2. Теория «персонифицированного питания», как необходимое условие адаптации к индустриальному образу жизни 42
2.1. Объективная необходимость перехода на индивидуальные (групповые) технологии питания 42
2.2. Техническая возможность перехода на персонифицированные рационы питания. Методология проектирования инновационных продовольственных объектов 48
2.3. Проектирование Инновационного потребительского объекта питания в условиях многофакторной неопределенности 56
2.3.1. Феноменологическая модель персонифицированного питания 56
2.3.2. Методология разработки технического задания на проектирование инновационного потребительского объекта персонифицированного питания 58
2.3.3. Теория принятия решений в условиях многофакторной неопределенности 60
2.4. Проектирование сахарной помады на основе технического заданий, сформированного при помощи метода эвристической экспертизы 79
2.5. Методология органолептической оценки инновационного потребительского объекта продовольственного рациона (на примере сахарной помады с улучшенными потребительскими характеристиками) 83
2.5.1. Формирование группы эвристических экспертов 84
2.5.2. Формирование при помощи ОЭЭЭ перечня дескрипторов ИПО 84
2.5.3. Выбор коэффициентов значимости [весомости] ключевых дескрипторов целевых функций сахарной помады с улучшенными потребительскими характеристиками 90
2.5.4. Проведение товароведной экспертизы сахарной помады с улучшенными потребительскими характеристиками 92
Выводы по главе 2 95
Глава 3. Объективные факторы формирования рациона питания на основе анализа генома потребителя 98
3.1. Обзор современных технологий - «омик» 98
3.2. Задачи нутригеномики в разработке рационов персонифицированного питания (идеология применения данных генома для формирования адекватного рациона - теория «демпферного» питания) 100
3.3. Полиморфизм генов и влияние питания на экспрессию генов 116
3.4. Биотрансформация нутриентов и поддержание восстановительного статуса в организме 121
3.5. Нутригеномика и экспрессия генов (Разработка адекватных и демпферных рационов питания с учетом геномных угроз потребителю) 122
3.6. Методология разработки персонифицированного рациона питания 125
3.6.1. Оценка антропометрических характеристик участников эксперимента 125
3.6.2. Молекулярно-генетическое исследование участников эксперимента 129
3.6.3. Оценка корреляции антропометрических показателей и интегральной оценки индивидуального потенциала спортсменов 133
3.6.4. Разработка рекомендаций по формированию персонифицированных рационов питания спортсменов на основе молекулярно-генетического тестирования 137
Выводы по главе 3 153
Глава 4. Субъективные факторы формирования рационов питания - психологические предпосылки потребительских предпочтений 156
4.1. Разработка «гедонической» теории мотивации к формированию потребительских предпочтений 156
4.2. Моделирование вкусового профиля Инновационного Продовольственного объекта 165
4.2.1. Основные сахарозаменители 166
4.2.2. Физиология восприятия вкуса 173
4.2.3. Изучение потребительских характеристик подсластителей 173
4.2.4. Изучение синергизма подсластителей методом математического планирования эксперимента 178
4.2.5. Молекулярная пища 186
4.3. Психологические предпосылки при проектировании продуктов спортивного питания 189
4.4. Иерархическая матрица выявления потребительских предпочтений для формирования персонифицированного рациона питания 194
Выводы по главе 4 196
Глава 5. Методология проектирования индивидуальных продуктов питания на основе выявленных объективных и субъективных мотиваций потребителя 198
5.1. Изучение гидратации пищевых ингредиентов с целью проектирования продуктов питания целевого назначения 199
5.1.1. Физико-химические свойства воды 200
5.1.2. Гигроскопичность зерна, муки и крахмала 202
5.1.3. Теория скейлинга по отношению к природным биополимерам 203
5.1.4. Изотермы сорбции и десорбции крахмала различного происхождения 205
5.1.5. Математическая модель гигроскопичности объектов биоорганической природы 208
5.1.6. Гигроскопичность сахара 211
5.1.7. Гигроскопичность карамели 214
5.1.8. Гигроскопичность карамели, модифицированной поверхностно-активными веществами 217
5.1.9. Влияние химического состава на гигроскопичность сахарной помады 218
5.1.10. Гигроскопичность молочных белков 220
5.2. Оценка товароведных характеристик биоорганических объектов методом ядерного магнитного резонанса 222
5.2.1. Спектроскопия ЯМР H порошкообразных аминокислот 228
5.2.2. ЯМР-спектроскопия сахарозаменителей 234
5.2.3. Изучение методом спектроскопия ЯМР ХН влияния качества и температуры хранения на влагоудерживающую способность свекловичного сахара 243
5.2.4. Разработка технологии получения гигроскопически устойчивого сахара 249
5.2.5. ЯМР ХН спектроскопия пищевой кристаллической целлюлозы 252
5.2.6. Спектроскопия ЯМР Щ овсяной, пшеничной и картофельной целлюлозы в интервале температур 25-120 С 254
5.2.7. Практическое использование кристаллической пищевой целлюлозы для проектирования инновационных продовольственных объектов 261
5.3. Мармелад целевого назначения с содержанием разветвленных аминокислот. 262
5.3.1. Разработка методики идентификации разветвленных аминокислот методом ИК- Фурье спектрофотомерии 262
5.3.2. Исследование влияния рН на растворимость АКРЦ 265
5.3.3 - Влияние температуры на растворимость разветвленных аминокислот 267
5.3.4. Разработка кондитерского полуфабриката, стабилизированного по концентрации разветвленных аминокислот 268
5.3.5. Разработка способа производства желейного мармелада функционального назначения 270
5.4. Биологически активная добавка на основе ресвератрола и способ ее получения 280
5.4.1. Разработка способа получение ИПО «Пищевая добавка на основе бамбуковой целлюлозы, содержащая ресвератрол» 282
5.4.2. Разработка ИПО «Песочное печенье с антиоксидантной добавкой на основе ресвератрола» 288
5.5. Разработка ИПО «Белковые батончики целевого назначения для экстремального питания» 297
5.5.1. Исследование сухих молочных продуктов в качестве ингредиентов шоколадных батончиков целевого назначения 298
5.5.2. Разработка технологии производства высокобелковых шоколадных батончиков целевого назначения для спортивного питания 312
5.6. Разработка Инновационных продовольственных объектов - продуктов интенсивного спортивного питания 320
5.6.1. Биологически активная добавка к пище «Джи систем + Q 10» 321
5.6.2. Биологически активная добавка к пище «ГЕОН Глютамин Пауэр (G.E.O.N. Glutamine Power)» 322
5.6.3. Биологически активная добавка к пище «ААКГ Нитро Пауэр (AAKG Nitro Power)» 324
5.6.4. Биологически активная добавка к пище «ЭкселентВэй (Excellent Whey)» 326
5.7. Систематизация Инновационных продовольственных объектов, разработанных в рамках диссертации 329
Выводы по главе 5 333
Общие выводы и рекомендации по результатам выполнения диссертации 339
Заключение 342
Список сокращений и условных обозначений, принятых в диссертации 343
Список литературы 347
- Целевые критерии проектирование товаров с заданным сроком годности. Критические показатели качества
- Теория принятия решений в условиях многофакторной неопределенности
- Задачи нутригеномики в разработке рационов персонифицированного питания (идеология применения данных генома для формирования адекватного рациона - теория «демпферного» питания)
- Спектроскопия ЯМР H порошкообразных аминокислот
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Современное общество характеризуется высоким уровнем специализации в различных областях жизнедеятельности. Это приводит к необходимости получения различного количества эссенциальных веществ, микро и макро нутриентов отдельными социальными группами и даже отдельными потребителями.
Одновременно растет число генетически предопределенных заболеваний. Одним из определяющих факторов, влияющих на экспрессию генов является питание. Поэтому необходимо разрабатывать продукты и рационы питания, адекватно соответствующие физиологическим и психо-эмоциональным потребностям потребителей с учетом их гендерных, возрастных, профессиональных, географических и национальных особенностей.
Являясь основным источником информации для организма, питание должно формироваться по специальным технологиям, учитывающим потребности социальных групп и отдельных потребителей. Основной целью работы является разработка теории персонифицированного питания, учитывающей объективные физиологические потребности человека и его психо-эмоциональные предпочтения.
Степень разработанности темы исследования.
Организм человека представляет собой результат совместной деятельности многочисленных эукариотических клеток и микроорганизмов общей численностью свыше ста триллионов. С химической точки зрения организм состоит из одного миллиона белков, трехсот тысяч липидов и сотен тысяч других соединений. Слаженное взаимодействие всех указанных веществ является залогом правильного функционирования организма человека в целом. Разработанная Б.А. Шендеровым систематизация т.н. «омик»-технологий позволяет осуществить системный подход к изучению влияния рационов питания на качество жизни человека. Механизмы информационного управления жизненно важными процессами формируются при помощи биохимический реакций, интенсивность и характер которых определяется геномом человека. К числу таких технологий следует отнести:
- геномика: технология, позволяющая идентифицировать гены человека и микрофлоры, характерной для данного конкретного организма, а также изучить влияние благоприятных и неблагоприятных генов на его здоровье;
- эпигеномика: технология, изучающая закономерности экспрессии генов под действием различных факторов, как эндогенного, так и экзогенного генеза. Вайсерман А.М., Furrow R.E. Christiansen F.B., Feldman M.W. показали, что эпигенетические взаимодействия обуславливают влияние внешней среды на экспрессию генов человека;
- нутригеномика: раздел эпигеномики, который позволяет оценивать влияние экзогенных факторов, обусловленных питанием человека, на экспрессию его генов;
- транскриптомика: технология, которая позволяет оценить синтез РНК в организме человека под влиянием различных экзогенных факторов, в ограниченный промежуток времени. Вельков В.В., Flaherty S. и Klaenhammer T.R. провели исследования влияния микрофлоры на питание человека;
- протеомика: технология, позволяющая оценивать общую информацию о здоровье организма путем анализа набора и количества белков, продуцируемых этим организмом Arab S., Gramolini A.O., Ping P. И сотрудниками представлены результаты исследования по выявлению биомаркеров, определяющих генетические механизмы ассимиляции белков.
- метаболомика: технология, позволяющая судить об экспрессии генов человека по продуктам его метаболизма Kinross J.M., Darzi A.W., Nicholson J.K., а также Nicholson J.K., Holmes E., Wisson I.D. провели исследования, убедительно показывающие влияние продуктов метаболизма кишечной флоры на состояние здоровья пациентов.
Основные принципы нутригеномики были сформулированы Дж.Капутом и Р.Л. Родригесом в статье «Нутритивная геномика: следующий этап постгеномной эры», опубликованной в 2004 году.
Одной из основных задач нутригеномики является поиск молекулярно-генетических маркеров физических состояний человека. И.И. Ахметовым были изучены молекулярно-генетические основы предрасположенности к двигательной деятельности, а также разработаны и апробированы методы молекулярно-генетической диагностики развития физических качеств человека.
Наиболее глубоко проблема формирования пищевого рациона с учетом геномного статуса разработана для спортсменов. А.А. Покровкий, В.А. Тутелян, В.А. Доценко показали, что правильное питание является важной предпосылкой высоких спортивных результатов. Рогозкин В.А. с струдниками и Полиевский С.А. показали, что питание должно быть адресным и учитывать виды спорта, период тренировочного цикла и индивидуальные особенности спортсмена.
Батурин А.К., Батурин А.К., Мартинчик А.Н., и др. исследователи показали определяющее влияние режима питания на формирование различных заболеваний человека. Топанова А.А. провела оценку пищевого статуса спортсменов и определила некоторые направления коррекции рационов питания спортсменов.
Н.А. Жученко разработаны основные принципы практического применения теории детоксикации и биотрансформации ксенобиотиков, направленных на предотвращение экспрессии неблагоприятных генов.
Изучение влияния рационов питания на геном человека и предрасположенность человека к наследственным заболеваниям является одним из важных направлений познания, находящихся на стыке нескольких отраслей знаний: физиологии питания, биотехнологии, генетики, товароведения и технологии пищевых производств. Необходимость сбалансированного применения результатов каждого из указанных научных направлений для достижения конечного результата позволила сформулировать цель и основные задачи настоящего исследования.
Цели и задачи исследования. Целью исследования является разработка теории персонифицированного питания, учитывающей физиологические потребности и психо-эмоциональные предпочтения отдельных потребителей или социальных групп потребителей.
В соответствии с целью были определены следующие задачи:
Разработать теорию психо-эммоциональной мотивации к потреблению продуктов питания различной потребительской ценности.
Разработать «гедоническую» теорию мотивации к формированию потребительских предпочтений.
Разработать иерархическую структуру продовольственных товаров с выделением группы товаров «Целевого назначения» и подгруппы товаров «персонифицированного питания» и «длительного хранения».
Разработать феноменологическую модель и методологию численной оценки качества и потребительской стоимости продовольственных товаров на основе выявления и контроля критических показателей качества.
Разработать методологию проектирования инновационных продовольственных объектов (ИПО) в условиях многофакторной неопределенности.
Разработать методологию выявления психо-эмоциональных предпочтений методом эвристической экспертизы ПАТТЕРН.
Предложить методику выявления физиологических потребностей человека на основе анализа генома.
Сформулировать методологию формирования персонифицированных рационов питания на основе молекулярно-генетического тестирования.
Изучить целевые характеристики ингредиентов продовольственных товаров с целью проектирования продуктов и рационов персонифицированного питания.
На базе выявленных физико-химических целевых характеристик ингредиентов разработать ИПО, оказывающие влияние на экспрессию панелей генов, являющихся референтными для генетически наследуемых заболеваний.
Разработана феноменологическая модель персонифицированного питания.
Выявлена и сформулирована гедоническая модель мотивации к формированию потребительских предпочтений.
Предложена феноменологическая модель численной оценки качества и потребительской стоимости продовольственных товаров на основе динамики изменения их критических показателей качества.
Сформулирована гипотеза о протекторном влиянии образа жизни и рациона питания на экспрессию неблагоприятных панелей генов.
Выявлено, что с ростом температуры содержание ЯМР-влажности кристаллических веществ растет. Высказана гипотеза о существовании внутрикристаллической (внутримолекулярной) воды, которая с ростом температуры освобождается от прочной связи с матриксом сахарозы, обособляется и превращается в условно свободную воду. Такую воду предложено называть внутримолекулярной водой (ВМВ).
Теоретическая значимость работы.
-Разработана теория психо-эммоциональной мотивации потребителей к персонифицированным продуктам и рационам питания, обладающим ожидаемыми потребительскими характеристиками.
-Теоретически обоснована необходимость диверсификации продовольственных товаров по принципу их целевого назначения. Предложена товароведная классификации товаров по данному признаку с выделением, в том числе групп «Товары длительного хранения» и «Товары персонифицированного питания».
- Для выявления психологических предпочтений потребителя разработана методика эвристической экспертизы ПАТТЕРН, заключающийся в последовательной детализации потребительских предпочтений, путем построения «дерева целей».
- Разработана методология численной оценки генетического риска спортсменов путем расчета Интегральной оценки индивидуального потенциала (ИОИП).
- Разработана методика молекулярно-генетического тестирования спортсменов на основе панели биотрансформации ксенобиотиков.
- Разработана методика исследования содержания влаги методом ЯМР 1Н спектроскопии аминокислот. По признаку гигроскопичности аминокислоты разделены на 3 группы.
- Получены зависимости содержания ЯМР-влаги в овсяной, пшеничной и картофельной целлюлозе от его температуры в диапазоне от 25 до 100 0С.
Практическая значимость работы.
- Разработан алгоритм проектирования инновационных продовольственных объектов (ИПО), включающий подготовительный и технологический этапы. В целом алгоритм предусматривает 14 последовательных шагов разработки ИПО.
- Предложена методика разработки технического задания на проектирование ИПО.
- На основе разработанного алгоритма эвристической экспертизы разработана методика численной оценки потребительской ценности ИПО.
- Разработана методология органолептической оценки инновационного потребительского объекта продовольственного рациона.
- Разработана методика молекулярно-генетического тестирования спортсменов на основе панели биотрансформации ксенобиотиков.
- Разработаны рекомендации, сформулированные на основе молекулярно-генетического тестирования с учетом выявленных генетических рисков.
- Разработаны рекомендации по образу жизни, превентивных профилактических мерах и формированию персонифицированных рационов питания спортсменов на основе молекулярно-генетического тестирования с учетом выявленных генетических рисков.
- Проведена апробация «Методики разработки рациона персонифицированного питания спортсменов с учетом данных их генома» на базе ФГОУ СПО "Государственное училище олимпийского резерва г. Бронницы, Московской области". Результаты апробации подтвердили высокую эффективность разработанной методики.
- Разработана методика моделирования вкусового профиля ИПО (на примере подслащивающих веществ).
- Разработан алгоритм суточного квантированного персонифицированного меню потребителя.
-Разработаны методики идентификации подлинности на основе спектров ЯМР Н+1 и спектров высокого разрешения ЯМР 13С с широкополосным подавлением протонов водных растворов сахарозаменителей.
-Разработана методика идентификации подлинности белка молочной сыворотки на основе микроскопирования.
- на основе ЯМР Н+1 спектроскопии проведена классификация широкого ряда подсластителей по их сродству к воде, что позволяет проектировать их растворимость и формировать заданные сенсорные профили продуктов питания.
- Разработана методика качественной и количественной идентификации разветвленных аминокислот на основе ИК-Фурье спектрофотометрии, как в индивидуальных растворах, так и при их совместном присутствии.
- разработана технологическая схема производства свекловичного сахара целевого назначения для длительного хранения и для целевых технологических нужд.
- Изучена статика сорбции ресвератрола на бамбуковой целлюлозе. Показана возможность проектирования продовольственных товаров целевого назначения с использованием технологии пролонгированного действия активного нутриента.
- разработаны методики идентификации подлинности
- Разработана линейка инновационных продовольственных объектов (ИПО), являющихся ключевыми инструментами, позволяющими формировать целевые рационы питания в соответствии с концепцией персонифицированного питания.
На основе предложенных методик разработан набор персонифицированных рационов питания для спортсменов ДЮСШОР. Разработаны нормативные документы, организовано производство и выпуск в торговую сеть серии продуктов интенсивного спортивного питания.
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и используются при в качестве лекционного материала при чтении дисциплины «Медико-биологические аспекты проектирования продуктов питания» и «Товароведение продовольственных товаров».
Объекты исследования.
Объектом исследования настоящей работы являются потребительские предпочтения, физиологические потребности потребителей, а также сырье и ингредиенты для проектирования продуктов персонифицированного питания.
Методология и методы исследования. Схема исследований представлена на рисунке
Для получения и обработки экспериментальных результатов исследования применялись следующие методы:
Для определения потребительских предпочтений: социологические опросы, математическое моделирование, эвристическая экспертиза по методу Дэльфы, эвристическая экспертиза по методу ПАТТЕРН.
Для определения физиологических потребностей: метод полициклических реакций, метод полиморфизма ретрикционных фрагментов, генетический цитологический полиорганный микроядерный тест.
Для анализа сырья и ингредиентов: рефратктометрия, потенциометрия, методы ускоренного старения, математическое моделирование, ЯМР спектроскопия, ДСК, ИК-спектрофотометрия, микроскопирование.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и терминов, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 94 рисунками и 85 таблицами, изложена на 344 страницах основного текста, список использованной литературы включает 285 наименований, из них 68 – иностранных авторов.
Рисунок 1 – Схема исследований
Целевые критерии проектирование товаров с заданным сроком годности. Критические показатели качества
Состояние продовольственных товаров описывается дуплетным форматом: показателями безопасности (ПБ) и показателями качества (ПК). Как указывалось ранее, показатели безопасности являются характеристиками безусловными, определяются нормативными документами. Их значение может изменяться только в рамках мероприятий, проводимьіх соответствующими органами государственного управления. В отличие от показателей безопасности, показатели качества могут изменяться, как качественно, так и количественно, в широких пределах. Качество товаров может изменяться от самого высокого, до самого низкого, соответствующего требованиям самого непритязательного потребителя. Предельный уровень качества, очевидно, определяется требованиями безопасности. Качество продовольственных товаров определяется качеством исходного сырья, а также технологией его переработки, упаковки и хранения готовой продукции. При этом качество товаров является проектируемой функцией, заранее предусмотренной в связи с использованием сырья и технологий заданного формата. В процессе хранения товары претерпевают изменение своего качества в зависимости от заложенных в товар при его проектировании компетенций. Изменяющееся качество может быть измерено при помощи интегрального показателя остаточного качества товара (ОПКин). На практике производитель указывает только конечный срок годности товара. При этом предполагается, что качество вовремя хранения остается неизменным, а по истечении времени хранения снижается до неприемлемого. На самом деле качество товара является величиной переменной и может быть измерено в любой момент времени при помощи показателя «остаточный срок хранения (ОСХин)».
Качество товаров определяется значениями постоянно изменяющихся потребительских характеристик. Оценка остаточного уровня качества товара возможна только в связи с возможностью численной оценки этих показателей. Их количество всегда конечно и, как правило, изменятся в пределах от 1 до 5 показателей. Такие показатели предложено называть «Критическими показателями качества» (КПК) [79].
С целью практического использования приведенного принципа была разработана систематика процессов, происходящих в продовольственных товарах при их длительном хранении и соответствующих им критических показателей качества ПТ [152]. Перечень основных изменений, происходящих в продтоварах в процессе их хранения и соответствующих им процессов, приведен в таблице 1.1.
Продовольственный товар может изменять свои качественные характеристики до уровня, соответствующего требованиям безопасности. На рисунке 1.2 приведены возможные варианты изменения КПК при хранении. Из общего перечня КПК своего критического значения при хранении достигает наиболее динамично изменяющийся, наиболее лабильный показатель качества. Срок хранения товара определяется временем достижения своего критического значения наиболее лабильно при данных условиях хранения показателя. Как видно из рисунка 1.2, кривые изменения качества продукции могут иметь как выпуклый (кривая 1,3), так и вогнутый (кривая 2) характер. В первом случае уместно говорить о самоускоряющемся (автокаталитическом), а во втором - о самозамедляющемся (автоингибирующемся) процессах при хранении. В качестве примера автокаталитического процесса можно привести микробиологические процессы [86] или процесс окислительной порчи жиров, когда накопление продуктов окисления приводит к лавинообразному процессу снижения качества жиров (т.н. «индукционный период окисления жиров»). Примером автоингибирующегося процесса является процесс сублимации льда из мяса при его холодильном хранении: снижение концентрации льда предотвращает угрозу разрушения клеточной структуры мышечных тканей и замедляет процессы аутолиза.
Как видно из рисунка 1.2 критический срок годности товара определяется динамикой изменения показателя 2. При этом качество по показателям 1 и 3 имеет значительный запас хранения.
Как указывалось ранее, КПК могут приобретать неприемлемые значения, не только исходя из достижения показателей потери безопасности, но и по показателям неприемлемого качества. Например, шоколад, подвергшийся в условиях длительного хранения, сахарному или жировому поседению, или слежавшийся сахар-песок не представляют опасности для здоровья потребителей, однако они не являются качественными продуктами.
Поэтому КПК, определяющие срок годности ПТ должны быть разбиты на две категории: КПК, предел изменения которых определяется факторами безопасности {КПК без У, КПК, предел изменения которых определяется факторами качества, неприемлемого для фиксированной группы потребителей, или конкретного потребителя (КПК потр).
Из сделанных допущений следуют два принципиальных вывода:
1. При проектировании продуктов питания следует указывать уровень значения для КПК без. и КПК потр;
2. Внедрение в товароведную терминологию понятий КПК 6ез, и КПК потр. позволит перейти к процедуре переаттестации продовольственных товаров по категориям качества для их использования на нужды различных потребителей (различные социальные группы населения, промышленные предприятия).
В таблице 1. 2 в качестве примера приведены процессы, происходящие при хранении некоторых видов товаров, а также наиболее вероятные соответствующие этим процессам критические показатели качества.
Очевидно, что потребительская стоимость товара при его хранении будет изменяться: для товаров прогрессирующего качества стоимость будет увеличиваться, а для товаров регрессирующего качества - снижаться.
Используя методологию, основанную на вьщелении и контроллинге КПК путем оценки интегрального показателя остаточного качества товара (ОПКин.) и остаточного срока хранения (ОСХин.) можно рассчитать его остаточную потребительскую стоимость. Динамика изменения КПК может быть изучена, как в реальных временных условиях хранения, так и с применением методики ускоренного старения при хранении товаров в экстремальных условиях, способствующих более интенсивному изменению КПК [263]. При этом в каждом отдельном случае необходимо разрабатывать отдельную методику ускоренного старения, позволяющую провоцировать ускоренную динамику именно выбранных КПК [269].
Теория принятия решений в условиях многофакторной неопределенности
Термин «Потребительские предпочтения» можно определить, как перечень взаимосвязанных и гармонизированных внутри перечня показателей качества ИПО. Показатели качества будем именовать «Дескрипторы качества ИПО». Методика формализация такого перечня и представляет собой разработку ТЗ ИПО. Процедура выявления психо-эммоциональных дескрипторов качества, их формализации и гармонизации может быть проведена только с применением экспертных методов. Качество такой экспертизы зависит от квалификации экспертов и надежности методики экспертизы.
На потребительские предпочтения одновременно действуют много субъективных психологических факторов (личный опыт, сенсорная чувствительность, сенсорная память, воображение, уровень конформизма и ряд других), которые не могут быть не только численно оценены, но даже идентифицированы в полном объеме. Выявление потребительских предпочтений представляет задачу, решение которой необходимо искать в условиях многофакторной неопределенности. Для решения задач в условиях воздействия на результат многочисленных факторов, закон влияния которых не выявлен, можно решать при помощи эвристических (от слова «эврика» - мысль) методов экспертизы. Для этих целей могут быть применены методы ПАТТЕРН, Дельфи и метод «мозгового штурма». Все указанные методы эвристической экспертизы предполагают получение вероятностного результата. Метод мозгового штурма заключается в выявлении всех точек зрения участников экспертизы, не допуская их критики. Достоинством этого метода является формирование самого широкого спектра мнений, по сути, является надежным инструментом для реализации методов ПАТТЕРН и Дельфи.
Метод ПАТТЕРН позволяет добиться формализации неопределенной задачи путем ее последовательной детализации до неделимых дескрипторов. Этот метод предложено использовать для формирования максимально достоверного перечня психо-эммоциональных дескрипторов потребителя. Учитывая демократичность и вариативность потребительских предпочтений, данный метод позволяет формировать различные ветви (траектории) дескрипторов. При присвоении каждому дескриптору каждого уровня дискриминации дерева целей, потребительские предпочтения могут быть оценены численно.
Для консолидированного учета трех действующих групп дескрипторов (психо-эммоциональных, на основе генома и на основе норм физиологического потребления) необходимо также применение методов эвристической экспертизы. На данном этапе требуется сосредоточенный критический анализ различных комбинаций дескрипторов, что в наибольшей степени соответствует методу Дельфи. Этот метод путем многократных итераций (туров) позволяет численно выбрать наиболее рациональное решение экспертируемой задачи.
В качестве объектов исследования по выявлению потребительских предпочтений были выбраны шоколадные изделия, являющиеся широко востребованными видами продовольственных товаров для спортивного питания.
Механизм формирования сенсорного образа помадной массы. Помадная масса представляет собой гетерогенную, тонкодисперсную коллоидную систему «твердое в твердом», где дисперсной средой является насыщенный межкристальный сахаро-паточный раствор, а дисперсной фазой - кристаллы сахарозы с размером 10-30 мкм. Тактильные характеристики помадной массы определяются соотношением фаз, влажностью массы, дисперсностью твердой фазы. В процессе дегустации помадная масса в ротовой полости подвергается одновременной растворению и частичному гидролизу глюкоамилазой слюны. Межкристальный раствор растворяется быстрее кристаллов, однако содержащаяся в составе межкристального раствора патока формирует недостаточный стимул сладкого вкуса, вступая во взаимодействие с рецепторами сладкого вкуса на языке. Размер кристаллов с одной стороны влияет на скорость их растворения и массовость воздействия на вкусовые рецепторы, с другой стороны влияет на тактильные ощущения, формирую тактильный образ. Тактильный образ помады может иметь две крайние характеристики «грубая» и «нежная». В первом случае помада содержит крупные кристаллы сахара, превосходящие размеры тактильных рецепторов ротовой полости, во втором - соизмеримые или мельче рецепторов. Сенсорный образ «идеальной» помадной массы может формироваться по категориям «вкус», «тактильные характеристики», «аромат», «внешний вид», «продолжительность нахождения в ротовой полости до проглатывания».
Алгоритм выявления дескрипторов, связанных с психико-эммоциональными характеристиками помадной массы, и их практическая реализация включает два последовательных этапа и приведен на рисунке 2.11. Первый этап заключается в выявлении сенсорных дескрипторов, оценке их значимости и на основе наиболее значимых дескрипторов формирование эвристического образа (портрета) проектируемого ИПО. На втором этапе -формирование технологического образа ИПО на основе эвристической экспертизы -эвристические характеристики транслируются в релевантно соответствующие технологические термины и понятия. Детерминация физиологического механизма формирования сенсорного образа ИПО, на основании которого разрабатывают технологический регламент.
Эвристический образ (портрет) ИПО - перечень наиболее значимых для конкретного потребителя психо-эммоциональных неделимых дескрипторов. Психо-эммоциональных дескрипторы помадной массы выделяли в процессе проведения эвристической экспертизы.
В качестве экспертов были привлечены преподаватели, работники и студенты -дипломники кафедр «Технология кондитерского производства» и «Товароведение и основы пищевых производств» ФГБОУ ВПО МГУПП. В ходе экспертизы специально подготовленный модератор вел устный опрос группы экспертов, численностью 9 человек.
Экспертизе подвергали эвристические ощущения экспертов. После формирования каждого уровня дискриминации проводили обсуждение и формировали на консолидированной основе согласованный перечень дескрипторов данного иерархического уровня. Одновременно всем дескрипторам подчиненного уровня присваивали экспертным путем уровни их значимости. Результаты экспертизы приведены в таблице 2.4. Результатом экспертизы является иерархическое дерево дескрипторов психо-эммоциональной оценки помадной массы. Дерево составлено на 6 уровнях дискриминации.
На рисунке 2.12 приведена комплексная матрица психо-эммоциональных дескрипторов сахарной помадной массы, сформированная по результатам эвристической экспертизы ПАТТЕРН. Для компактности в матрице отражены только первый и последний дескрипторы на всех уровнях дискриминации.
Методика численной оценки потребительского профиля ИПО. Для возможности численной оценки уровня приемлемости ИПО разработана методика экспертного позиционирования дескрипторов комплексной матрицы.
Методика базируется на следующих ограничениях:
1. Конечный показатель эффективности выбранного потребительского профиля (траектории движения дескрипторов) выражается через «Интегральный показатель значимости эвристического профиля ИПО» (ИПЗ ЭП).
2. Для расчета ИПЗ ЭП на каждом уровне дискриминации при помощи экспертов проводят ранжирование дескрипторов по 5-бальной шкале. Дескриптор с максимальным рангом именуется «доминантным дескриптором» (ДД), с минимальным рангом - «рецессивным дескриптором» (РД).
3. Учитывая, что значимость ранжированных дескрипторов остается все же различной, даже если они занимают соседние ранги, предложено каждый дескриптор оценивать также коэффициентом значимости для потребителя - Кзн, Коэффициент значимости позволяет оценить степень приближенности по значению к значимости доминантного (10 баллов) или рецессивного (1 балл) дескрипторов.
4. В результате умножения ранга дескриптора на коэффициент его значимости получают т.н. «уточненный ранг дескриптора» (УтРД - U). U— Ранг Кзн.
Задачи нутригеномики в разработке рационов персонифицированного питания (идеология применения данных генома для формирования адекватного рациона - теория «демпферного» питания)
Организм человека состоит из комплекса эукариотических клеток и микроорганизмов, находящихся в симбиотическом единстве [206]. Единый механизм функционирования такой системы возможен только за счет уникального и недостаточно изученного комплекса формирования и переноса информации в основном путем биохимических реакций. Форма переноса информации не до конца изучена, однако можно с уверенностью констатировать, что значительную роль в информационных процессах, функционирования организма играют биохимические реакции [161]. В роли веществ - трансляторов такой информации могут выступать как ферменты, вырабатываемые организмом, так и микро- и макронутриенты, поступающие в организм извне. Наиболее вероятно управление жизненными функциями осуществляется путем создания информации, направленной на инициирование или торможение процесса репликации ДНК человека. Процесс репликации ДНК происходит непрерывно, но скорость его меняется с возрастом человека. В процессе репликации ДНК могут происходить мутации, основная часть которых не приводит к видимым изменениям функций организма. Однако воздействия на жизненно-важные гены человека могут привести к созданию различных разновидностей (аллелей) одного и того же гена.
Каждый человек уникален по набору вариантов генов и, соответственно, набору функционально активных белков. Эти различия лежат в основе индивидуальных реакций организма на воздействия внешней среды и играют существенную роль в формировании различных - в том числе и патологических - состояний. Именно наличие у человека неблагоприятных вариантов генов (аллелей) лежит в основе наследственной предрасположенности человека ко многим заболеваниям. Одни аллели обеспечивают нормальное развитие организма при любых внешних условиях, тогда как другие варианты при неблагоприятных условиях могут приводить к болезням. При наличии различных аллелей одного и того же гена в одной популяции говорят о полиморфизме этих генов. Полиморфными являются гены, имеющие несколько аллелей в популяции. При этом каждая из выявленных аллелей должна встречаться в более чем 1 % популяции носителей этого гена. Изучение генетического полиморфизма генов предрасположенности к болезням составляет основу предиктивной (предсказательной) медицины.
Генетическое тестирование позволяет выявить в геноме наличие комбинации конкретных аллелей определенных генов, указывающей на предрасположенность носителя этих аллелей к тем или иным заболеваниям, а также на чувствительность к различным лекарственным препаратам. Такую комбинацию аллелей, детерминирующую предрасположенность к конкретному виду дегенеративных изменений в генах называют панелью аллелей. Однако наличие выявленной «неблагоприятной» или «благоприятной» панели не гарантирует обязательное проявление ассоциированных с данной панелью дегенеративных изменений. Активность (или экспрессия) генов, зависит от наличия поступающей извне информации в виде инициаторов, в том числе индукторов. Под информацией в данном случае следует понимать наличие в рационе человека физиологически активных веществ, способных влиять на прохождение в организме биохимических, микробиологических, физико-химических и иных процессов [16]. Поэтому регулируя состав информации, поступающей в организм с пищей, можно достаточно эффективно влиять на экспрессию генов. На основе генетической информации можно своевременно наметить пути ранней профилактики заболеваний и с помощью коррекции образа жизни исключить или уменьшить неблагоприятный эффект «функционально неполноценных» генов [204].
Современный уровень развития генетики позволяет выявить генную предрасположенность к более чем 30 типам болезней дегенеративного характера. К числу таких болезней отнесены ряд онкологических, сердечнососудистых, эндокринологических заболеваний, заболеваний органов дыхания и желудочно-кишечного тракта, болезни метаболизма костной ткани и аутоиммунные заболевания щитовидной железы. Разработаны методы выявления генетической предрасположенности к акушерско-гинекологическим заболеваниям, диагностика тяжелых врожденных патологий, а также анализ устойчивости организма человека к неблагоприятному влиянию лекарственных препаратов, которые также могут выступать в роли нежелательных индукторов экспрессии генов. Выявление генетических маркеров коррекции образа жизни позволяют определять устойчивость человека к ВИЧ - инфекции, оценить уровень угрозы формирования зависимости к алкоголю и наркотикам, в том числе оценивать индивидуальный метаболизм алкоголя.
Регулировать экспрессию генов можно путем передачи организму информации через разнообразные каналы. Рацион питания человека следует рассматривать в качестве одного из наиболее доступных каналов передачи информации организму. Рацион питания кроме общефизиологических требований (энергетическая ценность, биологическая полноценность и биологическая эффективность, физиологическая ценность) должен учитывать потребность конкретного организма в специальных геномно-активных индукторах. В качестве таких индукторов могут выступать вещества, непосредственно влияющие на физиологические процессы, к которым может быть предрасположен потребитель. Обладая на основе данных генома информацией об угрозах дегенеративных изменений, необходимо формировать состав поступающих в организм идукторов, которые будут обеспечивать функционирование организма в режиме, предотвращающем недопустимый уровень экспрессии патологических аллелей генов. Примером защиты пограничных аллелей от нежелательной экспрессии служит потребность организма в защите от оксидативного стресса. Коррекция рациона питания в таких случаях должна заключаться в ограничении формирования в организме свободноракдикальньгх окислителей и наличия в рационе «ловушек» для свободных радикалов в виде антиоксидантов. Одним из наиболее реакционно способных окислителей является глюкоза. Избыток «быстрых» углеводов, обладающих высоким гликемическим индексом, создает предпосылки для оксидативного стресса, а наличие полиненасыщенных жирных кислот, каротиноидов и флавоноидов в значительной мере могут купировать угрозу нежелательной активности свободных радикалов.
Вторым существенным фактором предотвращения нежелательной экспрессии генов следует рассматривать создание в организме путем превентивных мер условий, исключающих произвольную провокацию такой экспрессии. Например, для генома, указывающего на предрасположенность потребителя к раку толстого кишечника, необходимо создавать условия для защиты эпителиальных тканей от воздействия щелочной среды. Щелочная среда способствует перерождению тканей толстого кишечника и возникновению неконтролируемого процесса деления клеток [81]. Кроме медикаментозных способов влияния на кислотность пищевых масс в таких случаях необходимо исключить доставку в толстый кишечник неутилизированных белков, которые под действием микрофлоры толстого кишечника могут быть подвергнуты ферментации (гниению) с выделением аммиака и других азотсодержащих соединений, способствующих повышению рН в кишечнике [123]. Для создания благоприятной среды необходим рацион, содержащий «длинные» углеводы, которые не полностью ферментируются в тонком кишечнике, и продукты гидролиза которых могут служить источником питания для толерантной организму микрофлоры толстого кишечника, с образованием органических кислот.
В целом, нутриентный статус рациона питания должен в значительной степени коррелировать с геномом конкретного организма. Подобные задачи могут быть решены с привлечением приемов нутригеномики - науки, динамично развивающейся в последние годы [47]. Задачей нутригеномики является изучение влияния различных нутриентов продуктов питания на физиологические реакции организма с учетом его генома. Результатом решения такой задачи является выявление благоприятных и неблагоприятных для данного организма нутриентов. Однако потребление толерантных и ограничение в потреблении не толерантных геному нутриентов должно быть не эпизодическим или курсовым, а перманентными. Подобная задача должна решаться с учетом более широкого спектра факторов, влияющих на режим продовольственного обеспечения [205]. Фактически задача сводится к разработке персонального социального сценария жизнедеятельности человека, и в первую очередь, его персонифицированного рациона питания. Такая технология проектирования социального сценария не может успешно быть реализована на основе только «силовых» рекомендаций. Социальный сценарий и персонифицированный рацион питания должны быть желанными для потребителя и органично базироваться на его эмоциональных предпочтениях, жизненных традициях и социальных целях.
Спектроскопия ЯМР H порошкообразных аминокислот
Для проектирования продуктов интенсивного спортивного питания, сбалансированных по гидратной воде, либо для разработки рекомендаций по их потреблению, необходимо знать гигроскопичность и степень гидратации ряда ингредиентов, являющихся компонентами этой группы товаров.
Спектры ЯМР Н записаны на стандартном спектрометре Bruker "AVANCE-300" по обычной одноимпульсной программе. Параметры записи спектров:
- частота ЯМР Н резонанса 300,21 МГц., -длительность 30-градусного импульса возбуждения 4 мкс,
- период следования импульсов 1 с, -число накоплений сигналов 1024.
Порошкообразные образцы помещали в калиброванные ЯМР-ампулы с внешним диаметрам 5 мм, на высоту 40 мм.
Симуляция спектров по гауссовым и лоренцевым формам линий по итерационной процедуре осуществлялась в рамках математического обеспечения спектрометров фирмы Bruker.
На рисунке 5.18 приведены спектры ЯМР Н восьми порошкообразных аминокислот. По виду спектров ЯМР Н образцы можно разделить на четыре основные группы:
1) образцы с одной широкой гауссовой формой линии (рисунок 5.18, а - валин, б -лейцин, в-изолейцин);
2) образец с одной широкой лоренцевой формой линии (рисунок 5.18, г-карнитин гидротартрат);
3) образцы со спектрами в виде суммы нескольких широких линий сложной формы (рисунок 5.19 а-глютамин и б- аргинин);
4) образца с спектрами в виде суммы широких лоренцевых или гауссовых линий и центральных узких лоренцевых линий (рисунок 5.20: а- карнитин гидрохлорид, б- карнитин гидрохлорид (центральная часть спектра), е- карнитин безводный; г- карнитин безводный (центральная часть спектра).
Как видно из рисунка 5.18, одна широкая гауссовая формы линии в спектрах ЯМР 1Н образцов валин, лейцин, и изолейцин обусловлена диполь-дипольными Н- Н внутри и межмолекулярными взаимодействиями. Спектр не указывает на наличие протонов воды, имеющих высокую подвижность и соответственно магнитный момент. Разветвленные аминокислоты не имеют в своем составе связанной влаги и, следовательно, не обладают сродством к ней. Эта информация говорит о низкой гидратации, а следовательно и растворимости этих аминокислот. Для повышения растворимости следует применять специальные меры.
Одна широкая лоренцевая форма линии в спектре ЯМР Н образца карнитина гидротартрата так же как и в предыдущем случае обусловлена диполь-дипольными 1Н-1Н внутри и межмолекулярными взаимодействиями с той разницей, что эти взаимодействия частично усредняются из-за ориентационных движений молекул в структуре образца.
Сложная широкая форма линии в спектрах ЯМР !Н образцов глютамина и аргинина, возможно, обусловлена диполь-дипольными 1Н- Н внутримолекулярными взаимодействиями групп 0=C-NH2 и HN=C-NH2 молекул глютамина и аргинина, соответственно.
Наличие узких центральных лоренцевых линий в спектрах ЯМР Н образцов карнитина гидрохлорида и карнитина безводного (рисунок 5.11, б и г, соответственно) обусловлены почти полным усреднением до нуля диполь-дипольных взаимодействий протонов молекул воды и протона кислоты НО из-за быстрых во временной шкале ЯМР ориентационных и трансляционных движений молекул Н2О и катионов Н в рамках твёрдотельного органического каркаса. Таким образом, относительная интегральная интенсивность узких центральных линий показывает процент подвижных протонов (молекул НгО и ионов Н+) в образцах. Центральная часть спектров карнитина гидрохлорида и карнитина безводного состоит из двух частично перекрывающихся лоренцевых линий (рисунок 5.20, б и г, соответственно). Линии с большим химическим сдвигом (левые линии в спектрах) соответствуют положительно заряженным радикалам-протонам (НгО и К1"), а линии с меньшим химическим сдвигом (правые линии в спектрах) соответствуют нейтральным протонам (Н2О) образцов аминокислот. Нейтральные линии могут быть отождествлены с протонами непрочно связанной воды. Относительные интегральные интенсивности узких линий показывают процентное соотношение «кислых» и нейтральных подвижных протонов в образах.
Таким образом, по результатам оценки ЯМР-спектров можно сделать следующие выводы.
1. Изученные аминокислоты отличаются спектрами ЯМР.
2. Порошкообразные безводные аминокислоты могут быть идентифицированы по форме широких линий и параметрам спектров ЯМР Н (см. таблицу 5.1). Полученные данные позволяют выявлять фальсифицированную продукцию, как в виде индивидуальных аминокислот, так и в их смеси.
3. По характеру ЯМР спектров можно оценить сродство аминокислоты к воде: при наличии подвижных протонов - сродство положительно, гигроскопичность и растворимость высокая, при отсутствии подвижных протонов - сродство низкое (отсутствует) гигроскопичность и растворимость незначительны.
4. Аминокислотиы и продукты, полученные на их основе необходимо хранить в соответствии с выявленными зависимостями: валин, лейцин, изолейцин и карнитин гидротартрат можно хранить без применения особых мер по предотвращению гигроскопичности. Карнитин гидрохлорид и карнитин безводный должны храниться с применением специальных мер, предотвращающих их гигроскопичность.
5. Растворимость карнитина гидрохлорида и карнитина безводного высокая, а у валина, лейцина, изолейцина и карнитина гидротартрата - низкая и требуются специальные меры по ее повышению в технологических схемах производства продукции с их участием.
6. По наличию узких центральных линий на фоне широких линий в спектрах ЯМР !Н можно оценивать наличие подвижных протонов виде кислых (Н+) и нейтральных (НгО) протонов в относительных процентах. Нейтральные линии могут быть отождествлены с протонами непрочно связанной воды (таблица 5.1).
