基于互联网数据的中学生营养计算模型应用研究及实现

2019-08-12李子衿

现代计算机 2019年19期

李子衿

（上海市第十中学，上海200010）

1 研究背景

当今，伴随我国社会经济总体状况的明显改善，学生身体形态发育水平明显得到了改善，在饮食上变得越来越重视和讲科学，但是，在2018 年中国学生营养日上，专家也提出了各年龄段学生肥胖检出率持续上升的问题，不良的饮食习惯和生活方式，为成年后罹患心脑血管病、高血压、糖尿病、肝胆疾病等慢性病埋下了“定时炸弹”，同时这些疾病已经呈现低龄化趋势。特别是中学生因为学业负担重，睡眠不足，导致白天上课注意力不集中，甚至影响脑细胞活力记忆力减退，学习成绩不佳。

据前瞻产业研究院发布，截止至2017 年我国大陆总人口139008 万人，我国成人超重人口占比为33.12%，其中肥胖率达12.87%，而2017 年青少年儿童的超重率较上年有所上升达到10.25%，肥胖人口占比就高达7.86%。

2 营养计算模型总体设计

导致肥胖的主要原因有四个：①能量摄入过多能量摄入过多是肥胖的主要原因；②活动量过少；③家族性、多基因遗传；④不当喂养方式。我们可以看到，除了遗传因素外和运动因素外，肥胖主要是由于营养结构的不合理引起的，那么按照符合国家标准的营养规范，设计符合个体情况的营养计算模型，为使用者提供计算工具，就变得非常重要。本文采用《中国居民膳食营养素参考摄入量》2013 年修订版的营养规范要求，结合专家对青少年营养的建议，结合一般人日常的饮食习惯，利用6000 条左右的食材及成品数据，建立了中学生营养计算模型，并开发了计算工具。

图1 肥胖人数情况统计-引用前瞻研究院数据

3 营养计算模型设计方法

3.1 合理的营养摄入规范模型

人类每天饮食，目标是获得营养物质，要满足人体能量与营养素的需求，主要包括：能量、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素要符合DRIs 的标准。浮动范围在标准的正负10%以内。提供能量的食物比例要适当：蛋白质占10-14%、脂肪占20-30%、碳水化合物占55-65%、优质蛋白占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 专家对青少年营养的建议

青少年一日三餐的饮食原则及科学搭配非常重要，一天要吃三餐饭，人吃饭不只是为了填饱肚子或是解馋，主要是为了保证身体的正常发育和健康。实验证明：每日三餐，食物中的蛋白质消化吸收率为85%；如改为每日两餐，每餐各吃全天食物量的一半，则蛋白质消化吸收率仅为75%。因此，按照我国人民的生活习惯，一般来说，每日三餐还是比较合理的。同时还要注意，两餐间隔的时间要适宜，间隔太长会引起高度饥饿感，影响人的劳动和工作效率；间隔时间如果太短，上顿食物在胃里还没有排空，就接着吃下顿食物，会使消化器官得不到适当的休息，消化功能就会逐步降低，影响食欲和消化。一般混合食物在胃里停留的时间大约是4-5 小时，两餐的间隔以4-5 小时比较合适，如果是5-6 小时基本上也合乎要求。

4 营养计算模型应用设计与实现

4.1 日常饮食习惯食谱规范模型

首先，用户可以输入一天的饮食计划，例如早餐：1早餐饮品，1 早餐食品。午餐：1 主食，2 成品菜，1 汤类。晚餐：1 主食，2 成品菜、1 水果。如果用户某项计划为空，则采用系统默认量。首先计算人群能量需求E，蛋白质需求量范围MPb≤MP ≤MPu，脂肪需求量范围 MFb≤MF ≤MFu，碳水化合物需求量范围MCb≤MC ≤MCu。

表1 饮食习惯食谱构成初始设定

目标函数定义：

其中E(Xi+Yj+Zk)表示早、中、晚餐的总能量，E为人群G 能量需求。

限制条件：

（1）食谱成员数量

（2）蛋白质

（3）脂肪

（4）碳水化合物

（5）能量

（6）三餐能量分配

4.2 营养计算数据来源

数据来源有三个

（1）国家食材营养标准数据1400 条，数据规范包括：热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、维生素A、胡罗卜素、维生素C、维生素E、胆固醇、钾、钠、钙，等等。

（2）互联网采集累计的食谱数据4000 条，数据规范包括：用料（食材）适合三餐（早餐、午餐、晚餐），不适合人群（糖尿病）等。

（3）营养膳食宝塔，数据规范包括第一层（底层）：谷类250-400 克；第二层：每天应吃蔬菜300-500 克，水果200-400 克。第三层：每天摄取鱼、虾、肉、蛋共计125-225 克。第四层：包括奶类和豆类食物。每天应饮鲜奶300 克,吃豆制品30～50 克。第五层（塔尖）：油脂类，每天不超过25-30 克。