青少年营养平衡食谱优化设计

青少年营养平衡食谱优化设计 第23卷第1期 2003年2月 中南林学院学报 JOuRNALoFCENTRALS0UTHFORESTRYUNIVERSITY V01.23No.1 Feb.2003 [文章编号]1ooO一2502(2003)01—0055--04 青少年营养平衡食谱优化设计 谢涛,唐柳春 (1.中南林学院生命科学与技术学院,湖南株洲412006;2.株洲师高等专科学校,湖南株洲 412000) [摘要]以株洲师专附中l3,15岁女生为研究对象,优化设计出一周5d的营养平衡食谱.先建 立线性规划数学模型.然后用 Lindo应用软件优化求解,再根据食物互换进行同类食物代换.结果得到了一周营养平衡 食谱,并计算出了每个营养食谱的供热量 和各种主要营养成分的含量.采用此法进行食谱设计,具有简单灵活,通用性强,容易达到营 养平衡和食物品种多样化等特点. [关键词]食品科学;营养平衡食谱;优化设计;线性规划法~Lindo;食物互换;青少年 [中图分类号]TS201.4;RI51.4[文献标识码]A TheOptimizationDesignofNutrition EquilibriumRecipesforAdolescents XIETao,TANGIiu—chun (1.CollegeofLifeSciencesandTechnologyofCSFU,Zhuzhou412006.Hunan.China; 2.ZhuzhouTeachersCollege.Zhuzhou412000.Hunan.China) Abstract:Fivenutritionequilibriumrecipesforschoolgirlsattheageofl3, 15wereoptimizedinaweekintheaccessorialhigh schoolofZhuzhouTeachersCollege.Firstly,linearprogrammingmathematicalmodelwasestablished. Secondly,theoptimized recipewassolvedwithLindo.Finally.accordingtOfoodsexchangelist.theaboveoptimizationrecipeco uldbeinterchangedwithall congenericfoods.Asaresult.aweeklynutritionequilibriumrecipewasgained.andthequantityofheatan dmainnutritioncontent wasalsocalculatedinallrecipes.Thismethodincludesthefollowingmainstrongpoints:(1)simplicityan dagility;(2)better universality;(3)nutritionequilibriumcouldbeeasilyachieved;(4)diversificationoffoods. Keywords:foodscienceandtechnology;aweeklynutritionequilibriumrecipe;optimizationdesignbyc omputer~linear programmingmethod;Lindo;foodsexchange;adolescents 13,15岁的青少年生长发育迅速,新陈代谢旺盛,处在体格和智力发育最关键的时期.这个 时期的膳食是 否科学合理,营养摄人是否均衡,对青少年一生的健康及整个中华民族的素质都有重要影响.随着人民生活质 量的提高,青少年的生长发育也有了改善,无论身高还是体重都有了明显的增长.因食物单调或不足造成的营 养缺乏病,如生长迟缓,佝偻病,智力发育低下等正在逐渐减少,而与膳食结构不合理有关的肥胖症,糖尿病,缺 铁性贫血,白血病等疾病与日俱增.我国青少年VitA,VitB.,VitB,VitC,VitE和钙,铁,锌,硒的摄人量仍普遍 不足n一.青少年膳食中谷物类,薯类,蔬菜所占比例明显下降,油脂和动物性食物摄人量过高,能量过剩,体重 超常在城市青少年中日渐突出L3一.因此,重视和开发青少年营养平衡食谱具有重大的时代意义. 经查阅有关文献,有关营养平衡食谱优化设计及其的有单纯形法j,混合罚函数法和灰色关联 分析法等,但设计对象多局限于成年人和婴幼儿等人群.因此,本文中拟以13,15岁青少年为对象,采用应 用软件IAndo进行营养平衡食谱优化设计的研究, [收稿日期]2001—09一儿 [基金项目]中南林学院青年科学基金资助项目. [作者简介]谢涛(1970一).男.湖南涟源人.讲师.硕士.主要从事食品科学工程的教学与科研 56中南林学院学报第23卷 1平衡膳食设计原理 1.1平衡膳食的概念 目前,已知人体必需的营养物质有5O种左右,然而任何一种食物都不可能满足人体各种营养素的需要口], 因此必须把若干种食物进行科学的搭配,使搭配后的膳食所含的热能和各种营养素的数量及比例都能满足人 体的需要,且容易消化吸收,这种膳食在现代营养学中称之为平衡膳食. 1.2平衡膳食的原则 平衡膳食不但要为食用者提供足够量的热能和营养素,而且要使各种营养素达成合理的比例,使之符合人 体正常生理需要,以利于营养素的吸收利用.具体地说,平衡膳食应遵循以下原则[4.8.91: (1)供能营养素平衡供能营养素是指碳水化合物,蛋白质和脂肪,它们除了提供人体所需的能量以外, 还具有各自特殊的生理功能,三者摄人量的比例适当才能充分发挥各自作用,并在提供热能方面起到互相促进 和保护作用,反之会对机体产生不利影响,根据我国人民膳食习惯,三者摄人的合理比例为(6,7):1:(O.7, 0.8),在膳食总能量中,碳水化合物占6O,7O,蛋白质占10%,15,脂肪占2O,25; (2)氨基酸平衡膳食蛋白质中8种必需氨基酸的数量与比例必须与人体需要达成平衡,当食物中8种 氨基酸的比值与人体需要的比值接近时,才能合成人体组织的蛋白质,否则会影响蛋白质的 利用率,因此在膳 食构成中应注意动物性蛋白,大豆蛋白和植物性蛋白之间的比例和搭配,保证优质蛋白质(动物性蛋白和大豆 蛋白)占蛋白质总供给量的1/3,1/2; (3)营养素平衡一般认为膳食中所摄取的各种营养素的量在量的?10%范围内,可称为营养素之 间基本平衡,与此同时,还要注意维持热能消耗与维生素需要量,无机钙与磷之间的平衡; (4)饱和与不饱和脂肪酸之间的平衡我国营养学会建议,膳 食脂肪中饱和,单不饱和与多不饱和脂肪酸的比例应为1:1:1,植 物性脂肪与动物性脂肪的比值以6:4适宜,必需脂肪酸亚油酸按提 供能量计算必须达到总能量的1,2; (5)酸碱平衡主要是靠摄人膳食中酸性食物与碱性食物之间 的比例来调节,使人体血液中pH值保持在7.3,7.4之间. 1.3平衡膳食宝塔 中国居民平衡膳食宝塔将平衡膳食的原则转化成各类食物的质 量,向居民推荐平均每天各类食物的摄人量(见表1)Il1. 2平衡膳食设计方法 2.1平衡膳食热能供给量的确定 人体从食物中所取得的热能用于生命活动的各种 过程,其中包括体温的维持,内脏器官和肌肉的活动以 及生长发育等.进餐者一日所需总热量是基础代谓},体 力活动和食物特殊动力作用所需热能三者的总和L】. 本文中以株洲师范高等专科学校部13,15 岁女生为目标设计营养平衡食谱,其生理指标与每天 的热能需要量分别为:平均身高(H)156.2cm,平均体 表1中国居民平衡膳食宝塔 Table1Theequilibriummealpagoda ofpopulationofChinag 表2设计对象每日营养素推荐标准 Table2Therecommendatorystandardofdaily nutritionforexperimentalobjects 营养素推荐供给量营养素推荐供给量 蛋白质”/g61.4,92.1VitC/mg60 脂肪0’/g54.6,68.2VitE/mg10 碳水化合物/g368.5,429.9钙/mg1200 视黄醇当量/ug800铁/mg20 VitBl/mg1.6锌/mg15 Vi~B2/mg1.6硒/ug50 1)蛋白质/g=Q×(10,15)?16.74:2)脂肪/g—Q×(20~/,-., 25)?37.66;3)碳水化合物g=Qx(60,7O)?16.74 重42.6kg,标准体重51.72kg(一(?一70)×0.6),体表面积1.42m.(A一0.0061?+0.0128?’一 0.1529);基础代谢5929.6kJ(基础代谓十一基础代谢率×/1×24),体力活动耗能(按中等体力劳动计算)3770 kJ,食物特殊动力作用(为前两者热能总和的6)581.98kJ,总热能(Q)10282kJ. 2.2平衡膳食营养素供给量标准 蛋白质,脂肪和碳水化合物三大供能营养素的需要量按它们在总能量供给中的分配比例计 算L8一,其它各类 营养素的摄人量可查看国家推荐标准n,由此决定本文中设计对象每日膳食中营养素的供 给量,见表2. 第1期谢涛等:青少年营养平衡食谱优化设计57 2.3营养平衡食谱数学模型的建立与优化求解 2.3.1营养平衡食谱数学模型的建立 采用单纯形法,建立线性规划数学模型n.多种食物的营养食谱,其经济目标函数可以写成 minZ一CX.(1) 式(1)中,Z为经济目标函数(元),C为原料价格(元/1oOg),Xi为食物原料配餐量(g),为食物原 料品种数. 为使食谱中各个营养素满足设计对象一天中所需营养的要求,则有 Ej()一?aoX(一1,2,…,).(2) 式(2)中:E()为第_『种营养素的 供给量,为食谱中所需的营养素 种类,a为第i种食物中第种营 养素的含量,,为食谱中营养素的 数目.实际膳食配餐中,各营养难以 达到绝对平衡,只能接近于供给量 标准,于是又有 6?E,()?6.. (3) 式(3)中:b为营养素供给量标准的 上下限,且 .?0(4) (=1,2,…,). 由此,式(1),(4)便组 成了营养平衡食谱通用的计 算模型. 2.3.2Iindo优化求解并 配餐 Iindo是运筹学上专门 用来解决线性规划问题的应 用软件,该软件最多可容纳 5O个约束条件和100个变 量.用Lindo设计营养平衡 食谱时,首先在其工作窗口 中依次输入目标函数和约束 条件,再运行Solve菜单中 的Run命令,即可解出, minZ和E,(,). 配餐的原则是一天中的 总能量按早中晚三餐各占 30,40%和3O进行分 配L1.在遵循此原则的基础 上,将Iindo求出的最优解 根据设计对象的饮食习惯等 表3食品交换份的内容和营养价值 TabIe3Thecontentandnutritivevalueoffoodsexchangedeal 十DF指膳食纤维 表4一周营养平衡食谱 Table4Thenutritionequilibriumrecipesinaweek 分配到早中晚三餐,即得一天的营养食谱. 58中南林学院学报第23卷 2.4食品交换份 食品交换份是将食物按照来 源,性质分成几大类(见表 3)Is-.同类食物在一定质量内所 含的蛋白,脂肪,碳水化合物和热 量相近,同类食物可以任意互换; 不同类食物间所提供的热量也是 相等的.应用食品交换份,可以根 据各自的饮食习惯,经济条件,季 节和市场供应等选择食物,调剂 一 日三餐,从而使食谱设计趋于 简单化. 3 表5一周食谱中营养成分含量 Table5Nutritioncontentintheweeklyrecipes 在充分考虑”中国居民平衡膳食宝塔”的基础上,查找《食物成分表》得到所选食物原料中各种营养素的含 量,然后用应用软件Lindo优化计算出一天的食谱,再利用食品交换份表,即可得到设计对象一周内在校期间 的营养平衡食谱(见表4),以及每日食谱中营养素含量(见表5). 4讨论 (1)由表2,表5可知,除了维生素供给量偏高外,营养平衡食谱中其它营养成分的供给量与推荐标准摄入 量基本相符.这是由于食物在烹调过程中不同程度地受热,其中维生素极易遭破坏而部分损耗,故设计时根据 各类维生素在烹调前后的损失量均加上了一个安全量.另外,每日三餐的分配基本上满足早中晚三餐的能量分 配要求. (2)要正确理解”中国居民膳食指南”,注意膳食多样化,每天尽量吃?20种以上的食物,才能保证各种营养 素的需要量.因此,每日膳食要做到:?以谷类为主,粗细搭配;?多吃蔬菜,水果和薯类;?常吃奶类,豆类及其 制品;?经常吃适量鱼,禽,蛋和瘦肉,少吃肥肉和荤油;?食量与体力活动要平衡,以保持适宜体重;?吃清淡 少盐的食物.由表4可知,本文中设计出的营养食谱基本满足了”中国居民平衡膳食宝塔”的要求. (3)本文中运用平衡膳食设计的线性规划数学模型,采用应用软件IAndo进行优化计算,再查找食品交换 份表进行同类互换,即可很方便地设计出每日三餐的营养平衡食谱.采用本方法进行食谱设计,具有如下特点: ?方法简单,适用性广,利于灵活掌握;?便于控制总能量供给;?容易实现营养平衡和食物品种多样化. [参考文献] 陈备明.葛可佑.中国膳食营养指导[M].北京:华夏出版社.20O0.73—3l2. 刘秀云.怎样增强青少年的体质[M].北京:北京师范大学出版社.1989.39…42. 中国营养学会.特定人群膳食指南[J].中国食品,l998(12):ll,l2. 脓合.贺小贤.陈辉.等.营养膳食食谱的计算机设计[J].食品科学.1996,l7(9):42—46. 陈合.郭志钧.食品营养配方计算机优化设计[J].食品科学.1993.1{(12);46—48. 郭爱f}fj_食营养平衡质量灰色综合评价方法的探讨与实践[J].食品科学.1994.15(1()):l3l6. (美)南希?牛金特?马恩谱译.食品与营养[M],jE京:商业出版社.1988.57—58. 杨吕举.c,品科学概论[M].北京:中国人民大学出版社.1999.475491. 高志忠”养,助.益,充”与平衡膳食[J].食品与健康.1999(3):67. 刘隆.生理学[M].E海:上海科技出版社.1986.238—248. 中国预胁医学科学院.营养与食品卫生研究所.食物成分表[M].北京:人民卫生出版社.1997.2l3l 《运筹学?教捌编写组.运筹学[M].北京:清华大学出版社.1990.8—37. [本文编辑:胡曼辉]