Для проектування харчових продуктів із заданим хімічним складом

Під час розробки основних модулів програмного комплексу проектування рецептурних композицій зі збалансованим хімічним складом варто використовувати найсучасніше середовище програмування. Основні вимоги для його вибору такі:

· наявність потужної системи управління базами даних (БД), забезпечення основних операцій з БД (пошук, обробка, збереження необхідної інформації); підтримка одного зі стандартних типів реляційних БД;

· наявність підтримки об’єктно-орієнтованого стилю програмування, що відповідає найсучаснішим вимогам щодо програмного забезпечення і забезпечує більш чітке та систематизоване представлення основних понять;

· середовище програмування має забезпечувати створення кінцевого EXE-модуля (програми), орієнтованого для роботи в операційній системі Windows 98, Me, 2000, XP, 2007;

· середовище програмування повинно мати широкий інструментарій для розробки візуальної частини програмного комплексу, а також систему відлагодження та пошуку помилок.

Усім розглянутим вимогам відповідає, наприклад, середовища програмування C++ Builder 6.0 корпорації Borland. Система швидкої розробки RAD (Rapid Application Development) програмного забезпечення С++ Builder сумісна з будь-якою версією операційної системи Windows, що гарантує працездатність програмного продукту на переважній більшості персональних комп’ютерів.

Створення модуля проектування нових виробів засобами C++ Builder 6.0 полягає у розробленні механізмів розрахунку хімічного складу та показників, що характеризують харчову цінність рецептурних композицій, на основі широкого використання переваг об’єктно-орієнтованого програмування та конструювання інтерфейсу кінцевого користувача засобами візуального програмування. Це є оптимальним рішенням задачі поєднання складності розробки основних модулей, їх функціональності та сумісності.

Етапи процесу проектування функціональних харчових продуктів:

1. Створення бази даних.

2. Вибір базової рецептурної композиції.

3. Розрахунок хімічного складу виробу (страви), виготовленого за базовою рецептурною композицією з урахуванням технологічних витрат і втрат, прив’язаних до конкретних умов виробництва.

4. Коригування базової рецептурної композиції додаванням, видаленням або заміною окремих видів сировини. Формування множини варіантів рецептурних композицій на основі динамічного змінення складу рецептури, дозування ключового рецептурного інгредієнта, величин фізико-хімічних показників якості, технологічних витрат, втрат і відповідно – виходу готової продукції. Вибір оптимального рішення.

5. Розрахунок хімічного складу, енергетичної цінності, а також індексів І_б та І_л виробу (страви) за новою рецептурною композицією так, як це описано вище (див. п. 3).

6. Порівняльна оцінка хімічного складу та показників якості білків та ліпідів продукту для базової рецептури та рецептури, що проектується. Прийняття рішення про закінчення процесу проектування відповідно до досягнення основного завдання.

7. Розрахунок інтегрального скору виробу (страви) за базовою рецептурою та рецептурою, що розроблена.

База даних програмного комплексу включає:

· перелік груп сировини,

· розгорнутий хімічний склад окремих видів сировини,

· перелік основних груп виробів (страв) для вибору базової групи,

· склад рецептурних композицій окремих видів виробів (страв),

· фізико-хімічні показники їх якості для вибору базової рецептури.

Розрахунок хімічного складу проводиться з визначенням вмісту в 100 г виробу (страви) масових часток окремих видів сировини за загальною формулою

, (3.12)

де – маса сировини, внесеної у 100 г виробу (страви), г;

– маса сировини за рецептурою, г;

– вихід виробу (страви), г;

– втрати сировини під час технологічного процесу, % до маси сировини;

– фактична вологість сировини, %;

– розрахункова (довідникова) вологість сировини, %.

Розрахунок елементів хімічного складу готових виробів: білків та окремих незамінних амінокислот (у мг/г білка), ліпідів та окремих фракцій жирних кислот (у г/100 г суми жирних кислот), вуглеводів (окремо крохмалю, моно- і дисахаридів, клітковини), суми органічних кислот (у перерахунку на молочну), золи та окремих мінеральних елементів, проводять за загальною формулою

(3.13)

де – кількість елемента хімічного складу (білка, амінокислоти, жирів, крохмалю тощо) у 100 г виробу (страви), г;

– кількість елемента хімічного складу, г, внесеного у 100 г виробу (страви) з окремими видами сировини, де і=1, 2 ... n – вид сировини за рецептурою;

– кількість елемента хімічного складу, г, в 100 г сировини, де і=1, 2 ... n – вид сировини за рецептурою;

– маса того ж виду сировини, внесеного у 100 г виробу (страви), г.

Розрахунок вмісту в виробах (стравах) окремих вітамінів проводять з урахуванням ступеня їх втрат за формулою

(3.14)

де В – кількість вітаміну у 100 г виробу (страви), г;

– кількість вітаміну, внесеного у 100 г виробу (страви) з окремими видами сировини, де і=1, 2 ... n – вид сировини за рецептурою, г;

– показник збереження вітаміну під час приготування виробу (страви), %;

– кількість вітаміну в 100 г сировини, де і=1, 2 ... n – вид сировини за рецептурою г;

– маса того ж виду сировини, внесеного у 100 г виробу (страви), г.

Вміст органічних кислот О.К., наприклад, у перерахунку титрованої кислотності на молочну кислоту, визначають перерахунком значення, за формулою

О.К.=К×0,09,

де К – титрована кислотність виробу (страви), град.;

0,09 – титр молочної кислоти, г (титр лимонної кислоти – 0,07, оцтової – 0,06).

Загальну кількість вуглеводів Вуг визначають за формулою

Вуг=100 - (W_ц.хл+Б+Ж+О.К.+Кл+З),

де W_ц.хл. – вологість виробу (страви), %;

Б, Ж , О.К., Кл, З – вміст у 100 г виробу (страви) відповідно білків, жирів, органічних кислот, клітковини та золи, г, розрахований за формулою (3.13).

Розрахунок енергетичної цінності готових виробів Е.Ц. (у ккал) виконують

за формулою

Е.Ц.=Б×4,0+Ж×9,0+Вуг×3,75+О.К. ×3,62.

Передбачається також розрахунок індексів якості білкової та ліпідної складових виробу (страви) за формулами (3.7) і (3.11).

Розрахунок інтегрального скору виробу (страви) за базовою рецептурою та рецептурою, що розроблена, відбувається на основі вибору групи населення за віком, інтенсивністю праці та статтю, відповідно до чого обирається потреба в енергії та основних харчових речовинах*. Розраховується відсоток відповідності добовій потребі в основних харчових речовинах і енергії за рахунок кількості виробу, що зазначена у „споживчому кошику”, затвердженому Кабміном України, як добова норма вживання, або кількості, що відповідає масі порції.

На основі універсального підходу до проектування функціональних харчових продуктів як багатокомпонентних систем створено програмний комплекс проектування функціональних харчових продуктів (страв) зі збалансованим хімічним складом «Optima»**, структуру якого наведено на рис. 3.1.

Проектування хлібобулочних виробів здійснюється у спеціалізованій екранній формі, настройки якої дають змогу врахувати деякі технологічні особливості конкретної рецептурної композиції зміненням вологості виробу, технологічних затрат і втрат, виходу готової продукції.

Процес проектування нового виробу починають з вибору базової рецептурної композиції з каталогу рецептурних композицій. На рис. 3.2 показано вибір рецептури паляниці української із групи хліба пшеничного з борошна першого сорту .

Рис. 3.2. Вибір базової рецептурної композиції (фрагмент вікна каталогу рецептурних композицій)

Після зазначення величин основних технологічних витрат і втрат, вибір яких відбувається за допомогою довідкових таблиць № 1 і № 2, програма розраховує вихід хліба, кількість кожного з рецептурних інгредієнтів у 100 г готових виробів і показники хімічного складу та енергетичної цінності хліба (рис. 3.3).

Для наочності результатів розрахунків величини скорів незамінних амінокислот і фракцій жирних кислот представлені у вигляді гістограм. Справа від даних з вмісту мінеральних елементів у 100 г хліба наводяться співвідношення вмісту кальцію, фосфору, магнію та калію.

Ключовими характеристиками повноцінності складу білка та ліпідів хліба за базовою рецептурною композицією є індекси якості І_б та І_л , величини яких також наведено в цьому вікні.

Процес проектування рецептури хліба зі збалансованим хімічним складом передбачає модифікацію базової або формування нової рецептурної композиції на основі аналізу проектувальником результатів розрахунку хімічного складу, індексів якості білка та ліпідів і вибору оптимального рішення.

Загальний вигляд вікна каталогу рецептурних композицій наведено на рис. 3.4.

Рис. 3.1. Структура програмного комплексу проектування функціональних

виробів (страв)

Рис. 3.4. Загальний вигляд вікна каталогу рецептурних композицій

Рис. 3.3. Результати розрахунку хімічного складу базової рецептурної композиції (фрагмент вікна каталогу рецептурних композицій)

Вибір складових нової рецептури з каталогу інгредієнтів здійснюється на основі аналізу їх розгорнутого хімічного складу (табл. 3.5). Програмою передбачено можливість сортування сировини за назвою чи вмістом окремих нутрієнтів.

Прийняти рішення щодо повноцінності складу білкової та ліпідної складових сировини допомагають розраховані значення індексів їх якості І_б та І_л , співвідношення ключових мінеральних елементів, а також гістограми скорів незамінних амінокислот і окремих фракцій жирних кислот.

Рецептурна кількість кожного з інгредієнтів рецептури може бути динамічно змінена з відповідним відображенням змін хімічного складу хліба на екрані. Відбувається це таким чином. Виділений рецептурний компонент (на рис. 3.6 – молоко сухе незбиране) стає активним, його кількістю можна управляти за допомогою бігунка у діапазоні змінення, який за замовчанням установлюється в межах ±25% відносно значення, вказаного в рецептурі, з кроком 1/50 діапазону. Інші межі зміни дозування інгредієнта можуть бути встановлені вручну.

Рис. 3.5. Вікно каталогу сировини Відповідно до змінення складу рецептурної композиції відбувається перерахунок виходу хліба, масових часток окремих інгредієнтів у 100 г готового виробу і показників його харчової цінності, у т.ч. Іб та Іл. Для зручності порівняння хімічного складу та показників якості окремих складових базової та нової рецептурних композицій програма має блок графічних характеристик ефективності процесу проектування, у тому числі графік зміни Іб та Іл під час збільшення чи зменшення дозування активного інгредієнта в обраному діапазоні значень (рис. 3.7), що допомагає зорієнтуватись у визначенні оптимального дозування цього компонента рецептури.

Рис. 3.6. Вибір нового рецептурного інгредієнта (фрагмент вікна проектування)

Відповідно до змінення складу рецептурної композиції відбувається перерахунок виходу хліба, масових часток окремих інгредієнтів у 100 г готового виробу і показників його харчової цінності, у т.ч. І_б та І_л. Для зручності порівняння хімічного складу та показників якості окремих складових базової та нової рецептурних композицій програма має блок графічних характеристик ефективності процесу проектування, у тому числі графік зміни І_б та І_л під час збільшення чи зменшення дозування активного інгредієнта в обраному діапазоні значень (рис. 3.7), що допомагає зорієнтуватись у визначенні оптимального дозування цього компонента рецептури.

а

б

Рис. 3.7. Блок графічних характеристик ефективності процесу проектування: а – вікно вибору графічної характеристики, б – графік зміни Іб та Іл залежно від дозування активного інгредієнта рецептури.

Загальний вигляд вікна проектування наведено на рис. 3.8. Графік зміни індексу якості ліпідів у межах дозувань молока сухого незбираного від 2,25 до 3,75% до маси борошна показує недоцільність внесення у рецептуру більше 3,1% цього виду сировини, оскільки при цьому значення І_л різко зменшується через незбалансоване змінення вмісту окремих фракцій жирних кислот − скор НЖК збільшується практично вдвоє, скор МЖК – на 40 %, а скор ПНЖК зменшується майже в 2 рази. Значення І_б при цьому практично не змінюється. При максимальному значенні рецептурного дозування сухого незбираного молока в зазначеному діапазоні (3,75% до маси борошна) І_б дорівнює 0,71, І_л – 0,73 проти вихідних значень для базової рецептури 0,71 і 0,79 відповідно.

Таким чином, програма проектування «Орtima» дає змогу рекомендувати як оптимальне дозування сухого незбираного молока до рецептури пшеничного хліба з борошна першого сорту у кількості 3,1% до маси борошна.

Рис. 3.8. Загальний вигляд вікна проектування хлібобулочних виробів

Проектування нової рецептури закінчується ілюстрацією корисності нового виробу, для чого проводиться розрахунок інтегрального скору хліба у кількості, що може бути обрана за двома варіантами: приймається рівною 277 г відповідно до норми вживання хліба, що зазначена у «споживчому кошику» (може бути змінена відповідно до постанови Кабміну) або розраховується з вимоги відповідності за енергетичною цінністю 10% добової потреби в енергії. Програма містить базу даних стосовно потреб працездатного населення України в основних харчових речовинах і енергії і розраховує інтегральний скор хліба за новою та базовою рецептурою на основі вибору розробником групи населення за статтю, віком і ступенем інтенсивності праці (рис 3.9).

Рис. 3.9. Вікно розрахунку інтегрального скору хліба за розробленою та базовою рецептурами

Таким чином, програмний комплекс «Optima» може бути успішно використаний для прогнозування харчової цінності хліба функціонального призначення.