선형계획법을 이용한 한국 성인의 건강한 한식 식사패턴 개발

Abstract

경영학의 계량적 분석방법으로 알려진 선형계획법은 대상 집단의 일상적 식품섭취 상태에서 크게 벗어나지 않으면서 영양섭취기준을 충족하는 식사를 계획할 때 이용할 수 있다. 이에 본 연구는 선형계획법을 이용하여 영양섭취기준을 충족하면서 식품품목별 실제 섭취량과의 차이가 최소화되는 최적 섭취량을 산출하고 이를 토대로 한국 성인의 건강한 한 끼 식사패턴을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구는 크게 두 부분으로 구성되었다. 첫 번째 연구에서는 식사패턴과 연결시킬 수 있는 식품군·식품품목 분류체계를 설정하였다. 새로 설정한 식품군·식품품목 분류체계는 일곱 개 식품군(곡류군, 고기·생선·달걀·콩류군, 채소·해조·버섯·곡류·서류군, 김치류군, 과일류군, 우유·유제품류군, 기타군)과 이를 세분화한 24개 식품품목(밥류, 면류, 빵류, 떡류, 육류, 어패류, 난류, 콩류, 채소류, 해조류, 버섯류, 곡류·서류, 김치, 장아찌, 과일류, 우유·유제품류, 유지류, 당류, 떡·빵·과자류, 알코올음료, 기호음료, 조미료, 견과류, 기타 곡류)으로 구성되었다. 또한 국민건강영양조사(2010-2014)의 식품섭취조사 자료를 이용하여 한국 성인이 일상적으로 섭취하는 식품목록을 작성하고 설정한 식품군·식품품목 분류체계에 따라 이를 분류한 후 성별(남, 여), 연령별(만 19∼29세, 30∼49세, 50∼64세, 65세 이상)로 여덟 개 집단에 대해 식품군·식품품목별 1인 1일 평균 섭취량과 5th, 10th, 25th, 50th, 75th, 90th, 95th 백분위수를 산출하였다. 두 번째 연구에서는 선형계획법을 이용하여 식품품목별 최적 섭취량을 산출하고 이를 토대로 건강한 한 끼 식사패턴을 개발하였다. 식품품목별 최적 섭취량과 실제 섭취량 간의 편차 최소화를 목적함수로 하고 연구 1에서 산출한 식품군의 10th, 90th 백분위수와 식품품목의 90th 백분위수를 식품섭취량에 관한 제약조건으로 설정하였다. 열량은 열량필요추정량과 동일한 값을, 13개 영양소(단백질, 지방, 탄수화물, 비타민 A, 비타민 C, 비타민 B1, 비타민 B2, 나이아신, 칼슘, 인, 나트륨, 칼륨, 철)에 대해서는 권장섭취량이 설정된 영양소(단백질, 비타민 A, 비타민 C, 비타민 B1, 비타민 B2, 나이아신, 칼슘, 인, 철) 혹은 충분섭취량이 설정된 영양소(칼륨)에 대해서는 각각 그 기준량을 제약조건의 하한 기준으로 설정하였다. 목표섭취량이 설정된 영양소(나트륨) 혹은 상한섭취량이 설정된 영양소(비타민 A, 비타민 C, 나이아신, 칼슘, 인, 철)에 대해서는 각각 그 기준량을 제약조건의 상한 기준으로 설정하였다. 탄수화물, 단백질, 지방에 대해서는 에너지적정비율(탄수화물: 55∼65%, 단백질: 7∼20%, 지방: 15∼30%)을 제약조건으로 설정하였다. 또한 편차변수가 0 이상이 되도록 비음수 조건과 구조적 제약조건을 설정하고 선형계획법을 실시하여 여덟 개 집단에 대한 식품품목별 최적 섭취량을 산출하였다. 그 결과, 조미료의 최적 섭취량이 모든 집단에서 0 g으로 산출되었다. 그러나 조리 과정에서 조미료를 전혀 사용하지 않는 것은 현실에 맞지 않기에 제약조건의 하나인 나트륨의 목표섭취량(2,000 mg/일)을 조절할 필요가 있었다. 따라서 나트륨의 제약조건을 2,000 mg으로부터 100 mg 단위로 증가시키면서 이에 따른 식품품목별 최적 섭취량 변화를 살펴보고 조미료의 최적 섭취량이 실제 섭취량의 25th 백분위수에 가장 가까운 경우의 나트륨 양(19∼29세 남자: 3,600 mg, 30∼49세 남자: 4,500 mg, 50∼64세 남자: 4,200 mg, 65세 이상의 남자: 3,400 mg, 19∼29세 여자: 2,800 mg, 30∼49세 여자: 3,100 mg, 50∼64세 여자: 3,100 mg, 65세 이상의 여자: 2,500 mg)을 제약조건 기준으로 선형계획법을 실시하였다. 그 결과, 여덟 개 집단별로 24개 식품품목별 최적 섭취량이 산출되었다. 이 최적 섭취량에 1/3을 곱한 식품품목별 한 끼의 최적 섭취량을 합산하여 식품군별 한 끼의 최적 섭취량을 산출하고 주식류, 주찬, 부찬, 김치류, 후식류, 기타로 구성되는 건강한 한 끼 식사패턴을 개발하였다. 30∼49세 남자의 경우 주식류에 해당되는 곡류군의 탄수화물 60 g, 주찬에 해당되는 고기·생선·달걀·콩류군의 단백질 20 g, 부찬에 해당되는 채소·해조·버섯·곡류·서류군 160 g, 김치류에 해당되는 김치류군의 김치 50 g(장아찌 35 g), 후식류에 해당되는 과일류군 50 g, 우유·유제품류군 25 g, 기타군 중 유지류, 당류, 떡·빵·과자류, 알코올음료, 기호음료, 견과류, 기타 곡류의 일곱 개 식품품목의 열량의 합이 200 kcal 이하로 섭취하는 건강한 식사패턴을 제시하였고 동일한 방식으로 나머지 일곱 개 집단에 대해서도 제시하였다. 본 연구에서 개발한 건강한 식사패턴을 이용하면 실현이 가능하면서 열량과 13개 영양소의 영양섭취기준을 충족하는 식단을 만들 수 있다. 본 연구는 선형계획법을 한국에서 처음으로 영양학 분야에 이용하였다는 점에서 의의가 있다.