广西健康长寿饮食模式推荐系统构建及其运行效果的体外发酵验证

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饮食是维持生命的基础,也是获得健康长寿的保障,大量研究发现饮食对健康长寿会产生根本性的影响。广西长寿现象显著,从“借鉴长寿”角度入手,构建出广西特色的营养膳食数据平台,并将其应用于普通中老年人群的饮食指导,应具有比较重要的意义。本研究以团队前期调查和具体检测获得的广西长寿人群与普通人群数据(饮食特征、体检指标、肠道菌群、代谢物)为基础,先是采用随机森林(RF)算法构建出广西长寿人群理想化健康状态模型,随后进一步细化饮食特征与健康指标间的量化关系,以此为基础设计出广西长寿膳食食谱及个性化饮食推荐方法,并将其在广西长寿营养膳食数据平台中实现。进一步运行,将推荐出的个性化饮食方案采用体外发酵法验证其益生特性。通过上述研究,以期通过个性化饮食方案指导为普通人群的健康状况改善提供参考与帮助。主要研究结果如下:1.基于随机森林分类算法(RF)构建广西长寿人群理想化健康状态模型将搜集的长寿人群与普通人群的体检指标、肠道菌群、代谢物等数据,经数据预处理等过程,建立3个RF分类模型,用以受试者特征曲线下面积(AUC)值进行模型评估。结果显示,经十次十折交叉验证的平均AUC值均大于0.95,说明模型均具有良好的泛化能力。分类结果的特征重要性排序共筛选出24个广西长寿关键因子,并以核密度曲线分析出各关键因子的最佳趋向值。以关键因子的统计学范围与最佳趋向值形成广西长寿人群理想化健康状态模型,以期为普通人群健康状况改善提供更为详细的目标参考值。2.用随机森林回归算法辨析长寿人群饮食特征与健康指标间量化关系进一步细化饮食特征与理想化健康状态模型中的体检指标关键因子间的量化关系。运用健康指标分类评分方法及熵权法构建了广西长寿人群的综合健康指数(HCI)。随后,将长寿人群饮食特征与HCI间进行了RF回归建模,模型的结果采用准确度(Accuracy)评估。通过该模型阐明的各指标之间的量化关系,发现各年龄组的饮食特征与其健康指标间的RF回归模型均具有较高的准确度,其中,百岁组的食物和营养素摄入量对其HCI的回归准确度最高,分别为93.37%和93.40%。由饮食特征对健康影响的烈度情况结果发现,高鱼虾类、低红肉类食物摄入量及较高维生素A、高膳食纤维摄入量是百岁组、90s组所特有的饮食特征,对其HCI具有积极影响,这为通过饮食改善人体健康状况提供了参考。与国内外有关饮食与健康的相关性研究对比,本章研究从一个新的角度阐释了饮食特征与健康指标间的关系量化。3.基于饮食的广西健康长寿推荐方案数据平台初步构建以长寿人群饮食及维生素、膳食纤维、肉类摄入量特征对健康综合的影响研究数据信息为基础,设计出广西长寿营养膳食食谱与个性化饮食推荐方法,运用Spring Boot、MyBatis等专业技术,构建出广西长寿营养膳食数据平台,以网页(Web)形式展示。用户层面,实现了用户登录、个性化饮食方案推荐等功能需求;管理员层面,实现了用户管理、标准饮食方案补充完善等功能需求。用户及管理员的核心功能均通过黑盒测试。广西长寿营养膳食数据平台的构建,为广西普通中老年人群的饮食营养指导改善健康状况提供了一种新的支持手段。4.平台运行推荐个性化饮食方案的体外发酵益生特性检验及其反馈以体外发酵实验为检验路径,经食材预处理、体外模拟胃肠消化、体外模拟结肠发酵步骤后,检测各组在不同采样点(0、6、12、24h)发酵液中6种短链脂肪酸浓度与4种肠道菌的菌属相对表达量。结果显示,发酵24h时,与能量限制的普通饮食组(B)、普通饮食组(C)分别相比,个性化饮食推荐组(A)更能显著促进乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸的产生(P(27)0.05),并显著促进了双歧杆菌、乳酸杆菌的生长(P(27)0.05),且抑制大肠杆菌、拟杆菌生长的程度最高。结果表明,数据平台运行推荐出的个性化饮食方案相对于普通饮食方案具有良好的益生特性。
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