Научное обоснование принципов проектирования состава и потребительских характеристик продуктов персонифицированного питания

На правах рукописи

СИДОРЕНКО Михаил Юрьевич

Научное обоснование принципов проектирования состава и потребительских характеристик продуктов персонифицированного питания

Специальность

05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

Автореферат

диссертации на соискание ученой

степени доктора технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена на кафедре «Технология переработки растительного сырья» ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» (МГУПП).

Научный консультант:	доктор медицинских наук, доктор экономических наук, профессор Еделев Дмитрий Аркадьевич
Официальные оппоненты:	Савенкова Татьяна Валентиновна, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе ГНУ НИИ кондитерской промышленности Россельхозакадемии
	Корячкина Светлана Яковлевна, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГБОУ ВПО Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс
	Камбаров Алексей Олегович, доктор экономических наук, заместитель директора по научной работе ГНУ НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии Россельхозакадемии
Ведущая организация:	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.148.08 при ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11., корп. А., ауд. 302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах ВАК РФ Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru /dissertation и ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» http://mgupp.ru.

Автореферат разослан «____» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.148.08, кандидат

химических наук, доцент В.С. Штерман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.

Научная новизна.

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследования, определены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Глава 1. Обоснование выделения продуктов «Целевого назначения» в отдельную иерархическую категорию

Уровень развития современных технологий производства продовольственных товаров позволяет в короткие сроки организовать производство товаров с заданными свойствами. Эти свойства придаются продтоварам в зависимости от технико-экономических задач, стоящих перед производителем. «Движителем» инновационного процесса, в том числе и в области производства инновационной продовольственной продукции, выступает спрос.

Постоянно расширяющиеся технологические возможности привели к появлению на рынке товаров с самыми разнообразными свойствами, характеристиками, функциональной направленности, дифференцированные по качеству и потребительским свойствам. Действующий до настоящего времени классификатор ОКП не учитывает разнообразие существующей на продовольственном рынке продукции. Второй по значимости в РФ классификатор ТН ВЭД используют в целях определения таможенной стоимости товаров, при этом установленная иерархическая структура классификатора подчинена именно этой цели и не может быть существенно изменена.

В связи с этим возникает необходимость разработки системного подхода к формированию иерархической системы классификации инновационных продовольственных товаров.