Научные основы моделирования и проектирования продуктов питания из растительного сырья

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное  
учреждение высшего образования  
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. В. Волкова 
 
 
Научные основы моделирования  
и проектирования продуктов питания 
из растительного сырья 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2023 
1 
 

УДК 641.1 
ББК 36 
В67 
 
Рекомендовано учебно-методическим советом Самарского ГАУ 
 
Рецензенты: 
д-р биол. наук, проф. кафедры «Биотехнология и переработка  
сельскохозяйственной продукции», ФГБОУ ВО Чувашский ГАУ,  
Г. А. Ларионов; 
канд. техн. наук, доцент высшей биотехнологической школы,  
ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»,  
Д. В. Зипаев 
 
 
Волкова, А. В. 
В67 Научные основы моделирования и проектирования продуктов 
питания из растительного сырья : учебное пособие /  
А. В. Волкова. – Кинель : ИБЦ Самарского ГАУ, 2023. – 137 с. 
ISBN 978-5-88575-698-3 
 
Учебное пособие предназначено для магистрантов, обучающихся по 
направлению подготовки 19.04.02 «Продукты питания из растительного 
сырья», профиль «Технология продуктов питания из растительного сырья», и включает теоретический материал для освоения курса. Пособие 
позволяет сформировать у студента комплексное представление о теоретических основах и методологических принципах проектирования и моделирования состава многокомпонентных продуктов с учетом норм физиологической потребности в энергии и пищевых веществах для различных групп населения, а также требований к качественным показателям 
сырья и готовых продуктов. 
 
УДК 641.1 
ББК 36 
ISBN 978-5-88575-698-3 
 
 
 
 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2023 
© Волкова А. В., 2023 
2 

Предисловие 
 
В современной литературе всё чаще фигурирует понятие 
«проектирование» пищевых продуктов. Под проектированием пищевых продуктов понимают процесс создания рациональных рецептур, способных обеспечить высокий уровень адекватности 
комплекса свойств пищевого продукта требованиям потребителя и 
нормируемым величинам содержания нутриентов и энергии. Это 
сравнительно новое направление научных исследований, позволяющее разрабатывать состав сложных многокомпонентных продуктов с заданным комплексом качественных и количественных показателей. Комплекс показателей постоянно расширяется и включает 
в себя не только потребительские свойства продуктов, но и технологические, медико-биологические, санитарно-гигиенические и др.  
В соответствии с современными представлениями понятие 
«проектирование» продуктов включает в себя разработку моделей, 
описывающих этапы создания продуктов заданного качества и 
представляющих собой математические зависимости, отражающие 
все изменения одного или нескольких ключевых параметров, на 
основе которых они разрабатываются, а также оптимизацию выбора и соотношения исходных компонентов, по которым можно получить рецептуру, по количественному содержанию и качественному составу максимально соответствующую формуле сбалансированного питания, отвечающую медико-биологическим требованиям и обладающую высокими потребительскими свойствами.  
Учебное пособие включает теоретический материал для освоения курса: рассматриваются основные положения и современные 
тенденции развития науки о питании, стадии процесса разработки 
пищевого продукта, специфика разработки продуктов питания для 
отдельных групп населения, вопросы системного моделирования 
многокомпонентных продуктов питания и разработки технической 
документации на пищевые продукты. Позволяет сформировать у 
студента комплексное представление о теоретических основах и 
методологических принципах проектирования и моделирования 
состава многокомпонентных продуктов с учетом норм физиологической потребности в энергии и пищевых веществах для различных групп населения, а также требований к качественным показателям сырья и готовых продуктов.  
3 

1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУКИ 
О ПИТАНИИ 
 
Основные направления социального и экономического развития Российской Федерации предусматривают последовательное 
увеличение объёмов производства высококачественных продуктов 
питания. Развитие этого направления соответствует Концепции 
государственной политики в области здорового питания и предполагает создание экономической и материальной базы, обеспечивающей необходимые объёмы производства продовольственного 
сырья и пищевых продуктов, расширение ассортимента продуктов 
функциональной направленности, постоянный контроль качества 
и безопасности продуктов питания. 
Современная наука о питании интегрирует большое число 
фундаментальных и прикладных дисциплин, характеризуется активным развитием приоритетных направлений, зависящих от 
уровня развития общества, национальных привычек, культуры питания и т.д. Основными направлениями этой важной для общества 
науки являются: 
1. Эпидемиология питания. Включает изучение фактического 
питания, пищевого статуса, мероприятия по рационализации питания, что в целом составляет важный блок социальных и экономических проблем. 
2. Обеспечение качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. Как известно, их качество определяется двумя основными факторами: безопасностью и пищевой ценностью. Главные разделы этой деятельности: разработка, развитие законодательной и нормативной базы, ее адаптация к международным и 
европейским стандартам; совершенствование системы рационального питания и профилактики пищевых токсикоинфекций, выявление опасных для здоровья контаминантов пищевых продуктов, 
их токсикологический анализ, гигиеническое регламентирование, 
проведение мониторинга; расширение исследований химического 
состава пищевой продукции, определение ее пищевой ценности с 
целью получения объективной информации; разработка принципов создания комбинированных продуктов питания заданного химического состава, включая пищевые продукты, обогащенные незаменимыми нутриентами, позволяющих быстро и эффективно 
осуществлять коррекцию пищевого статуса. 
4 

3. Развитие фундаментальных исследований в области биохимии и физиологии питания. Важным является изучение метаболизма, биотрансформации и механизмов действия наиболее опасных и распространенных контаминантов пищи, исследование природы пищевой аллергии, фармакологических аспектов отдельных 
пищевых веществ и их комплексов. В частности, это касается витаминов-антиоксидантов, селена, пектина, отдельных жировых 
композиций, других нутриентов, повышающих неспецифическую 
резистентность организма к действию неблагоприятных факторов 
окружающей среды и предотвращающих развитие ряда распространенных заболеваний, включая сердечно-сосудистую патологию и злокачественные новообразования. Указанное выше становится особенно важным в связи с ухудшением экологической ситуации во многих регионах России, повсеместным нарушением 
структуры питания. Практическими аспектами развития фундаментальных исследований в области биохимии и физиологии питания могут быть уточнение и разработка новых норм физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения. 
4. Совершенствование методологии. Предусматривает создание общей методологической базы, а также разработку новых высокочувствительных методов: обнаружения, идентификации и количественного определения контаминантов пищи; выявления 
фальсификации пищевых продуктов; анализа пищевой ценности и 
химического состава продуктов питания; оценки фактического 
питания, пищевого статуса, включая состояние здоровья населения; диагностики и лечения алиментарных заболеваний. Определяющими факторами таких методов является их точность и 
надежность. 
5. Совершенствование традиционных и разработка новых 
технологий производства пищевых продуктов. В основе должен 
лежать гигиенический проект состава и рецептуры продукта, технологии, применяемого оборудования. Результат такого проекта – 
безопасный и вкусный продукт с высокой пищевой ценностью, в 
современной упаковке. Новые технологические решения должны 
осуществляться как в сфере производства, так и при хранении готовой продукции. 
6. Создание и эффективное использование банка данных  
по состоянию фактического питания и здоровья населения,  
5 

в области пищевой токсикологии, других наук о питании. Особую 
актуальность приобретают вопросы информирования населения 
через средства массовой информации, внедрения основ рационального питания и культуры питания в учебные программы детских и дошкольных учреждений, учебных заведений. 
7. Разработка единой государственной политики в области 
питания. В первую очередь речь идет о государственных проектах 
по наиболее актуальным направлениям науки о питании, которые 
позволят обеспечить целевое финансирование и быстрое решение 
рассмотренных выше проблем. 
Одним из основных направлений в области здорового питания 
является производство продуктов, имеющих поликомпонентный 
состав и включающих как основные нутриенты, так и микронутриенты, к которым относятся витамины и минеральные вещества. 
 Создание указанной группы продуктов представляется актуальным, поскольку за счет многокомпонентности состава достигается наиболее полное обеспечение организма физиологически полезными нутриентами в требуемом количестве. Такие продукты 
призваны восстанавливать микробиологический баланс человеческого организма, повышать иммунный статус и в итоге должны 
поддержать здоровье и снизить стоимость затрат на его восстановление.  
Рацион современного человека включает, как правило, пищевые продукты сложного рецептурного состава, что определяет развитие самостоятельного направления – проектирование сложных 
многокомпонентных продуктов питания.  
При проектировании пищевых продуктов сложного сырьевого 
состава используют основной принцип теории сбалансированного 
питания – пищевые нутриенты должны поступать в организм человека в определённом количестве и соотношении. Варьируя состав рецептурных смесей, обогащая их эссенциальными нутриентами, можно добиться определённой направленности физиологического воздействия. При разработке новых рецептур большое 
значение имеет также возможность моделирования потребительских характеристик готовых изделий, прогнозирования их биологической безопасности, качества и функционально-технологических свойств с учётом явления синергизма, что позволяет в конечном итоге повысить их конкурентоспособность.  
6 

Усиление конкуренции на сырьевом и продовольственном 
рынках приводит к необходимости постоянного расширения ассортимента выпускаемой продукции путём коррекции существующих рецептурных композиций и разработки новых рецептур. Создание новых продуктов питания осуществляется в соответствии 
со следующими основными принципами:  
1) определение гигиенической безопасности новых источников 
сырья и готовых пищевых продуктов, согласно имеющимся гигиеническим требованиям, предъявляемым органами здравоохранения;  
2) сочетание органолептических показателей новых продуктов 
с предпочтениями потребителей, традициями и национальными 
особенностями в питании отдельных групп населения;  
3) сбалансированность продуктов по содержанию основных 
нутриентов, стойкость при хранении, доступность для потребителя; 
4) указание направленности продукта, характеризующейся 
определённой пищевой и биологической ценностью;  
5) осуществление целенаправленного контроля показателей качества со стороны государственных органов. 
Сегодня в России, как и во всём мире, реализуются национальные программы по оздоровлению населения, неотъемлемой 
частью которых являются меры по улучшению структуры питания 
и качества пищевых продуктов. С учётом изменений, произошедших в социальной сфере, человеку требуется рацион меньшей калорийности, но с достаточным количеством микронутриентов, что 
при использовании традиционных продуктов обеспечить невозможно, так как они не способны компенсировать потребности современного человека в жизненно важных микронутриентах, учитывая физические и эмоциональные нагрузки, стрессовые ситуации и тревоги, характерные для техногенного общества. В связи с 
этим всё большее распространение получают новые виды функциональных продуктов питания, отвечающих физиологическим потребностям конкретных групп населения, обладающих лечебнотерапевтическим и лечебно-профилактическим спектром действия.  
Ключевыми аспектами при создании продуктов питания являются научно обоснованный подбор физиологически функциональных пищевых ингредиентов с требуемыми санитарногигиеническими, 
медико-биологическими 
показателями,  
7 

направленными лечебно-профилактическими свойствами, а также 
разработка новых технологических решений, позволяющих существенным образом влиять не только на органолептические и физико-химические показатели сырья и готовой продукции, повышая 
их пищевую ценность, но и придавать им направленные функциональные свойства.  
Основными направлениями научной и научно-практической 
деятельности в области проектирования новых продовольственных 
продуктов являются: 
 – разработка рецептур и технологий продуктов питания массового потребления, функциональных и специализированных пищевых продуктов, в том числе обогащённых эссенциальными микронутриентами; 
 – разработка рецептур и технологий биологически активных добавок к пище, витаминно-минеральных премиксов-обогатителей и 
технологических смесей, предназначенных для обогащения пищевых продуктов; 
 – изучение физико-химических и органолептических показателей функциональных и специализированных пищевых продуктов, 
в том числе обогащённых микронутриентами; 
 – изучение содержания и сохранности микронутриентов в продовольственном сырье и обогащённых пищевых продуктах в процессе их производства и хранения; 
 – научная и аналитическая экспертиза биологически активных 
добавок и пищевых продуктов, обогащённых витаминами, минеральными веществами и другими функциональными пищевыми 
ингредиентами;  
 – моделирование рецептурных смесей пищевых продуктов массового потребления и специализированных пищевых продуктов с 
учётом объёмов потребления продуктов питания и особенностей 
технологических процессов, обеспечивающих сохранность эндогенных и вносимых микронутриентов; 
 – создание программных продуктов для автоматизированного 
расчёта рецептур с учётом колебаний состава сырья и оптимизации состава многокомпонентных рецептурных смесей. 
Сырьевая база современной пищевой промышленности  
насчитывает тысячи ингредиентов, каждый из которых имеет свои 
подвиды 
и 
особенности, 
различается 
по 
функциональнотехнологическим, 
физико-химическим 
и 
органолептическим  
8 

характеристикам. Систематизация этих параметров позволяет в 
значительной степени упростить процесс проектирования. Автоматизация процесса проектирования рецептур позволит сотрудникам пищевых предприятий оперативно реагировать на изменение 
свойств и видов сырьевых ингредиентов, изменение потребительских предпочтений, и создавать продукты с заранее заданным химическим составом, пищевой ценностью и функциональной 
направленностью.  
Оптимальные решения этих задач при проектировании пищевых продуктов могут быть достигнуты с помощью их формализованных математических описаний – математических моделей, отражающих в аналитическом виде множества функциональных связей между технологическими, экономическими и другими параметрами сырьевых ингредиентов, требуемыми характеристиками 
готовых изделий (целевая функция) и рядом ограничений, вытекающих из требований нормативной документации.  
Таким образом, математическое и имитационное моделирование становится для технолога одним из необходимых инструментов решения задач оптимизации комплекса свойств пищевого продукта – органолептических, физико-химических, микробиологических по установленным критериям и ограничениям на каждом этапе его разработки.  
 
Контрольные вопросы 
1. Какие направления научных исследований в области проектирования 
продуктов питания являются приоритетными в настоящее время? 
2. Что изучает эпидемиология питания? 
3. Каковы в настоящее время основные направления исследований физиологии питания? 
4. В чем заключается актуальность совершенствования методологии исследований для проектирования и моделирования продуктов питания? 
5. Почему необходимо создавать банки данных по состоянию фактического питания и здоровья населения? 
6. Каковы принципы создания новых пищевых продуктов? 
7. Каков механизм реализации государственной политики в области 
здорового питания? 
 
 
9 

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИЙ О ПИТАНИИ  
 
2.1. Основные теории питания 
 
Питание является важнейшей физиологической потребностью 
организма. Оно необходимо для построения и непрерывного обновления клеток и тканей, для восполнения энергетических затрат 
организма. Обмен веществ, структура и функции всех клеток, тканей и органов находятся в зависимости от характера питания. 
Питание – это сложный процесс поступления, переваривания, 
всасывания и усвоения в организме пищевых веществ. 
Наука о питании рассматривает многие вопросы, из которых 
первостепенными являются следующие: 
• какие химические вещества и в каких количествах должны поступать в организм с пищей для его роста, воспроизведения и осуществления других жизненно важных функций; 
• к каким последствиям приводит отсутствие или избыток поступления с пищей питательных веществ; 
• в чем состоит конкретная биологическая роль каждого из питательных веществ; 
• какие продукты и в каких количествах требуются для удовлетворения потребности организма в питательных веществах. 
Только начиная со второй половины XIX века ученые стали 
пытаться разрабатывать научные основы питания человека.  
В настоящее время появляется много научных направлении по 
разработке теории питания. По мнению многих специалистовдиетологов, идея сбалансированного питания легла в основу всех 
современных научно-обоснованных концепций питания. 
История науки рассматривает три основные теории питания:  
- античную; 
- теорию сбалансированного питания; 
- теорию адекватного питания. 
А также существуют ряд альтернативных теорий питания. 
Античная теория питания связана с именами Аристотеля и 
Галена и является частью их представлений о живом. Согласно 
этой теории, питание всех структур организма происходит за счет 
крови, которая непрерывно образуется в пищеварительной системе 
из пищевых веществ, в результате сложного процесса неизвестной 
природы. В печени происходит очистка этой крови, после чего она 
10