基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的中學(xué)生營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型應(yīng)用研究及實(shí)現(xiàn)

李子衿

（上海市第十中學(xué)，上海200010）

1 研究背景

當(dāng)今，伴隨我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)總體狀況的明顯改善，學(xué)生身體形態(tài)發(fā)育水平明顯得到了改善，在飲食上變得越來(lái)越重視和講科學(xué)，但是，在2018 年中國(guó)學(xué)生營(yíng)養(yǎng)日上，專(zhuān)家也提出了各年齡段學(xué)生肥胖檢出率持續(xù)上升的問(wèn)題，不良的飲食習(xí)慣和生活方式，為成年后罹患心腦血管病、高血壓、糖尿病、肝膽疾病等慢性病埋下了“定時(shí)炸彈”，同時(shí)這些疾病已經(jīng)呈現(xiàn)低齡化趨勢(shì)。特別是中學(xué)生因?yàn)閷W(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)重，睡眠不足，導(dǎo)致白天上課注意力不集中，甚至影響腦細(xì)胞活力記憶力減退，學(xué)習(xí)成績(jī)不佳。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布，截止至2017 年我國(guó)大陸總?cè)丝?39008 萬(wàn)人，我國(guó)成人超重人口占比為33.12%，其中肥胖率達(dá)12.87%，而2017 年青少年兒童的超重率較上年有所上升達(dá)到10.25%，肥胖人口占比就高達(dá)7.86%。

2 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型總體設(shè)計(jì)

導(dǎo)致肥胖的主要原因有四個(gè)：①能量攝入過(guò)多能量攝入過(guò)多是肥胖的主要原因；②活動(dòng)量過(guò)少；③家族性、多基因遺傳；④不當(dāng)喂養(yǎng)方式。我們可以看到，除了遺傳因素外和運(yùn)動(dòng)因素外，肥胖主要是由于營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的不合理引起的，那么按照符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)規(guī)范，設(shè)計(jì)符合個(gè)體情況的營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型，為使用者提供計(jì)算工具，就變得非常重要。本文采用《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》2013 年修訂版的營(yíng)養(yǎng)規(guī)范要求，結(jié)合專(zhuān)家對(duì)青少年?duì)I養(yǎng)的建議，結(jié)合一般人日常的飲食習(xí)慣，利用6000 條左右的食材及成品數(shù)據(jù)，建立了中學(xué)生營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型，并開(kāi)發(fā)了計(jì)算工具。

圖1 肥胖人數(shù)情況統(tǒng)計(jì)-引用前瞻研究院數(shù)據(jù)

3 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型設(shè)計(jì)方法

3.1 合理的營(yíng)養(yǎng)攝入規(guī)范模型

人類(lèi)每天飲食，目標(biāo)是獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，要滿(mǎn)足人體能量與營(yíng)養(yǎng)素的需求，主要包括：能量、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素要符合DRIs 的標(biāo)準(zhǔn)。浮動(dòng)范圍在標(biāo)準(zhǔn)的正負(fù)10%以?xún)?nèi)。提供能量的食物比例要適當(dāng)：蛋白質(zhì)占10-14%、脂肪占20-30%、碳水化合物占55-65%、優(yōu)質(zhì)蛋白占1/3 以上、植物油占1/2 以上。三餐能量分配合理：早餐占30%、午餐占40%、晚餐占30%。

3.2 專(zhuān)家對(duì)青少年?duì)I養(yǎng)的建議

青少年一日三餐的飲食原則及科學(xué)搭配非常重要，一天要吃三餐飯，人吃飯不只是為了填飽肚子或是解饞，主要是為了保證身體的正常發(fā)育和健康。實(shí)驗(yàn)證明：每日三餐，食物中的蛋白質(zhì)消化吸收率為85%；如改為每日兩餐，每餐各吃全天食物量的一半，則蛋白質(zhì)消化吸收率僅為75%。因此，按照我國(guó)人民的生活習(xí)慣，一般來(lái)說(shuō)，每日三餐還是比較合理的。同時(shí)還要注意，兩餐間隔的時(shí)間要適宜，間隔太長(zhǎng)會(huì)引起高度饑餓感，影響人的勞動(dòng)和工作效率；間隔時(shí)間如果太短，上頓食物在胃里還沒(méi)有排空，就接著吃下頓食物，會(huì)使消化器官得不到適當(dāng)?shù)男菹ⅲδ芫蜁?huì)逐步降低，影響食欲和消化。一般混合食物在胃里停留的時(shí)間大約是4-5 小時(shí)，兩餐的間隔以4-5 小時(shí)比較合適，如果是5-6 小時(shí)基本上也合乎要求。

4 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 日常飲食習(xí)慣食譜規(guī)范模型

首先，用戶(hù)可以輸入一天的飲食計(jì)劃，例如早餐：1早餐飲品，1 早餐食品。午餐：1 主食，2 成品菜，1 湯類(lèi)。晚餐：1 主食，2 成品菜、1 水果。如果用戶(hù)某項(xiàng)計(jì)劃為空，則采用系統(tǒng)默認(rèn)量。首先計(jì)算人群能量需求E，蛋白質(zhì)需求量范圍MPb≤MP ≤MPu，脂肪需求量范圍 MFb≤MF ≤MFu，碳水化合物需求量范圍MCb≤MC ≤MCu。

表1 飲食習(xí)慣食譜構(gòu)成初始設(shè)定

目標(biāo)函數(shù)定義：

其中E(Xi+Yj+Zk)表示早、中、晚餐的總能量，E為人群G 能量需求。

限制條件：

（1）食譜成員數(shù)量

（2）蛋白質(zhì)

（3）脂肪

（4）碳水化合物

（5）能量

（6）三餐能量分配

4.2 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源有三個(gè)

（1）國(guó)家食材營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)1400 條，數(shù)據(jù)規(guī)范包括：熱量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、膳食纖維、維生素A、胡羅卜素、維生素C、維生素E、膽固醇、鉀、鈉、鈣，等等。

（2）互聯(lián)網(wǎng)采集累計(jì)的食譜數(shù)據(jù)4000 條，數(shù)據(jù)規(guī)范包括：用料（食材）適合三餐（早餐、午餐、晚餐），不適合人群（糖尿病）等。

（3）營(yíng)養(yǎng)膳食寶塔，數(shù)據(jù)規(guī)范包括第一層（底層）：谷類(lèi)250-400 克；第二層：每天應(yīng)吃蔬菜300-500 克，水果200-400 克。第三層：每天攝取魚(yú)、蝦、肉、蛋共計(jì)125-225 克。第四層：包括奶類(lèi)和豆類(lèi)食物。每天應(yīng)飲鮮奶300 克,吃豆制品30～50 克。第五層（塔尖）：油脂類(lèi)，每天不超過(guò)25-30 克。

4.3 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型邏輯設(shè)計(jì)

圖2 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型邏輯

4.4 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型應(yīng)用工具實(shí)現(xiàn)

圖3 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型計(jì)算工具

5 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型優(yōu)化與實(shí)踐

（1）營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型優(yōu)化原則

①食譜中所含五大類(lèi)食物齊全，做到了食物種類(lèi)多樣化

②各類(lèi)食物的充足，用量滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

③全天能量和營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入適宜，能量和營(yíng)養(yǎng)素符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

④三餐能量攝入分配符合國(guó)家要求，可以在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)5%左右浮動(dòng)，特別注重了早餐能量和蛋白質(zhì)的供應(yīng)

⑤優(yōu)質(zhì)蛋白占總蛋白質(zhì)的比例適當(dāng)

（2）營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型計(jì)算案例

表2 中，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型生成的食譜數(shù)據(jù)，利用模型進(jìn)行了2 天的食譜計(jì)算，并對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了對(duì)比，營(yíng)養(yǎng)基本均衡并滿(mǎn)足用戶(hù)所需能要求。

●用戶(hù)1 屬性：男性，身高165cm，體重：55 公斤，年齡15 歲；

●用戶(hù)2 屬性：女性、身高150、體重40 公斤、年齡13。

圖4 營(yíng)養(yǎng)計(jì)算模型計(jì)算工具計(jì)算的營(yíng)養(yǎng)對(duì)比圖

6 結(jié)語(yǔ)

（1）制定合理的營(yíng)養(yǎng)食譜，促進(jìn)青少年身體健康成長(zhǎng)

平衡的膳食是為了滿(mǎn)足幼兒機(jī)體正常的生理需要，進(jìn)行科學(xué)搭配，達(dá)到合理營(yíng)養(yǎng)的目的。根據(jù)青少年的生理、心理特點(diǎn)，注重花樣品種多樣化，抓住色、香、味、形俱佳的要求，進(jìn)行了科學(xué)安排、合理搭配，做到半月菜譜不重樣，達(dá)到中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)新推薦的每日膳食中營(yíng)養(yǎng)素的供給標(biāo)準(zhǔn)。

表2

（2）在應(yīng)用中，不斷優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)模型，改進(jìn)膳食品種的結(jié)構(gòu)

根據(jù)用戶(hù)對(duì)食譜的反饋意見(jiàn)，不斷地優(yōu)化膳食品種的結(jié)構(gòu)，并且采集更多地食譜數(shù)據(jù)，做到多樣化，同時(shí)，多模型效果進(jìn)行優(yōu)化。

（3）青少年調(diào)整健康飲食習(xí)慣，加強(qiáng)體育鍛煉

均衡的營(yíng)養(yǎng)和科學(xué)的運(yùn)動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)均衡飲食，加強(qiáng)體育鍛煉，預(yù)防和減少青少年肥胖發(fā)生，重視骨骼發(fā)育健康，從而提高青少年身體素質(zhì)水平。