mkgtuНовые технологии / New technologiesNew Technologies2072-09202713-0029МГТУ10.47370/2072-0920-2025-21-4-40-51mkgtu-839Research ArticleПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ И БИОТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВFOOD SYSTEMS AND BIOTECHNOLOGY OF FOOD AND BIOACTIVE SUBSTANCESМоделирование и разработка цифрового инструмента для автоматизации расчета органолептических показателей экстракта выжимок винограда в зависимости от температуры экстрагированияSimulation and development of a digital tool for automating the calculation of organoleptic properties of grape pomace extract depending on the extraction temperaturehttps://orcid.org/0000-0002-6127-7762ИвановаЕ. А.IvanovaE. A.

Елена Александровна Иванова, старший преподаватель

кафедра системного анализа и обработки информации

350044; улица им. Калинина, дом 13; Краснодар

Elena A. Ivanova, Senior Lecturer

Department of Systems Analysis and Information Processing

350044; 13 Kalinin St.; Krasnodar

elena_is_kubagro@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9904-8458БородихинА. С.BorodikhinA. S.

Александр Сергеевич Бородихин, научный сотрудник

«Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» – филиал

350072; ул. Тополиная аллея, 2; Краснодар

Alexandr S. Borodikhin, Researcher

Krasnodar Research Institute for Storage and Processing of Agricultural Products – a branch

350072; 2 Topolinaya Alley; Krasnodar

kniihpsp@kubannet.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8528-0966ПершаковаТ. В.PershakovaT. V.

Татьяна Викторовна Першакова, доктор техн. наук, доцент, профессор

350042; ул. Садовая, 218; Краснодар

Tatiana V. Pershakova, Dr Sci. (Eng.), Associate Professor, Professor

350042; 218 Sadovaya St.; Krasnodar

7999997@inbox.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»РоссияKuban State Agrarian University named after I.T. TrubilinRussian FederationКраснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»РоссияThe North Caucasus Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, WinemakingRussian FederationАвтономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Кубанский институт профессионального образования»РоссияKuban Institute of Professional EducationRussian Federation2025210120262144051Copyright © Иванова Е.А., Бородихин А.С., Першакова Т.В., 20262026Иванова Е.А., Бородихин А.С., Першакова Т.В.Ivanova E.A., Borodikhin A.S., Pershakova T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://newtechology.mkgtu.ru/jour/article/view/839   Введение

   Введение. Разработка функциональных напитков на основе виноградных выжимок является перспективным направлением, что обусловлено доказанной эффективностью сохранения в них комплекса полифенольных соединений и витаминов. При этом автоматизация подбора различных режимов и параметров экстрагирования позволяет максимально сохранить биоактивные компоненты выжимок, повышая экономическую эффективность их утилизации.

   Цель исследования

   Цель исследования. Установление оптимальных температурных параметров экстракции биологически активных веществ из виноградных выжимок и создание программного обеспечения для прогнозирования их органолептических характеристик.

   Объекты и методы исследования. Биохимические (количественное определение кислотности, полифенольных соединений, витамина С, общего и редуцирующего сахаров), товароведческие (органолептическая оценка по параметрам внешний вид, аромат, вкус, цвет), функциональное моделирование, модульное и объектно-ориентированное программирование.

   Результаты и обсуждение. Установлен универсальный температурный оптимум экстракции 60 °C для всех типов сырья, обеспечивающий максимальное качество экстрактов (средний балл 5,0). Отклонение от этого режима приводит к неполной экстракции (30-45 °C) или термической деградации с появлением пригорелых тонов (85-100 °C). При 60 °C достигается баланс между экстракцией полифенолов/сахаров и сохранением термолабильного витамина C. Использование замороженных выжимок повышает сохранность биоактивных компонентов на 25-35 % и снижает энергозатраты на 15-20 %, что делает технологию экономически эффективной без модификации оборудования. Полученные в результате эксперимента результаты послужили источниками данных для разработки цифрового инструмента прогнозирования органолептических свойств экстрактов виноградных выжимок в зависимости от температурных параметров, а результаты компьютерного моделирования – для разработки алгоритма. Этот алгоритм учитывает начальную температуру экстрагента и режим обработки, позволяя оптимизировать технологический процесс и стандартизировать качество готовой продукции. Были выработаны функциональные требования к программному комплексу и осуществлена его программная реализация.

   Заключение

   Заключение. Полученные результаты позволят создавать стабильный функциональный продукт с заданными органолептическими и физико-химическими характеристиками. Внедрение разработанного цифрового решения соответствует глобальной тенденции цифровизации пищевой промышленности. Инструмент демонстрирует практическую реализацию принципов «умного производства» за счет использования математических моделей для управления технологическими параметрами.

   Introduction

   Introduction. The development of functional beverages based on grape pomace is a promising area due to the proven effectiveness of preserving a complex of polyphenolic compounds and vitamins in them. At the same time, automation of the selection of various modes and parameters of extraction allows for the maximum preservation of the bioactive components of the pomace, increasing the cost-effectiveness of their utilization.

   The goal of the research is to establish optimal temperature parameters for the extraction of biologically active substances from grape pomace and creating software for predicting their organoleptic characteristics.

   The objects and methods of the study. Biochemical (quantitative determination of acidity, polyphenolic compounds, vitamin C, total and reducing sugars), commodity science (organoleptic assessment based on the parameters of appearance, aroma, taste, color), functional modeling, modular and object-oriented programming.

   The results and discussion. A universal optimum temperature for extraction of 60 °C was established for all types of raw materials, ensuring the maximum quality of extracts (average score 5.0). Deviations from this temperature range resulted in incomplete extraction (30-45 °C) or thermal degradation with the appearance of burnt tones (85-100 °C). At 60 °C, a balance was achieved between the extraction of polyphenols/sugars and the preservation of heat-labile vitamin C. The use of frozen pomace increased the preservation of bioactive components by 25-35 % and reduced energy costs by 15-20 %, making the technology cost-effective without equipment modification. The experimental results served as data for the development of a digital tool for predicting the organoleptic properties of grape pomace extracts depending on temperature parameters, and the results of computer modeling were used to develop an algorithm. The algorithm took into account the initial temperature of the extractant and the processing mode, allowing for process optimization and standardization of finished product quality. Functional requirements for the software package were developed, and its software implementation was implemented.

   Conclusion

   Conclusion. The obtained results will enable the creation of a stable functional product with specified organoleptic and physicochemical characteristics. The implementation of the developed digital solution is in line with the global trend of digitalization in the food industry. The tool demonstrates the practical implementation of “smart manufacturing” principles through the use of mathematical models to control process parameters.

виноградные выжимкиэкстрактцифровой инструменталгоритмпрограммный комплекстемпература экстрагированияорганолептический показательфизико-химический показательgrape pomaceextractdigital toolalgorithmsoftware packageextraction temperatureorganoleptic indicatorphysicochemical indicatorReferencesТехнология производства винодельческой продукции с использованием вторичных продуктов / Шелудько О.Н. [и др.] // Передовые исследования Кубани : сборник материалов Ежегодной отчетной конференции грантодержателей Кубанского научного фонда. Краснодар, 2023. С. 119-123. EDN: GDSEMR.Technology of wine production using by-products / Sheludko O.N. [et al.] // Advanced research of Kuban : collection of materials of the Annual reporting conference of grant holders of the Kuban Science Foundation. Krasnodar, 2023. P. 119-123. EDN: GDSEMR. [In Russ.]Современное состояние производства пищевых волокон из виноградных выжимок / Тихонова А.Н. [и др.] // Современные научные исследования: актуальные теории и концепции : сборник материалов XIV Международной научно-практической конференции. М.: Олимп, 2016. С. 59-61. EDN: WXXQOL.Current state of production of dietary fiber from grape pomace / Tikhonova A.N. [et al.] // Modern scientific research: current theories and concepts : collection of materials of the XIV International scientific and practical conference. Moscow: Olimp, 2016. P. 59-61. EDN: WXXQOL. [In Russ.]Чекмарева М.Г., Егян М.А. Технология комплексной переработки виноградной выжимки с получением энокрасителя и комплекса пищевых органических кислот // Актуальные проблемы науки и техники : материалы Национальной научно-практической конференции. Ростов н/Д, 2020. С. 1672-1673. EDN: STOYLG.Chekmareva, M.G., Egyan, M.A. Technology of complex processing of grape pomace to obtain grape skin extract and a complex of food organic acids // Actual problems of science and technology : materials of the national scientific and practical conference. Rostov n/d, 2020. P. 1672-1673. EDN: STOYLG. [In Russ.]Tikhonova A., Ageeva N., Globa E. Grape pomace as a promising source of biologically valuable components // Biologization of the Intensification Processes in Horticulture and Viticulture : International Scientific Conference (BIOLOGIZATION). 2021. № 34. P. 6. doi: 10.1051/bioconf/20213406002.Tikhonova, A., Ageeva, N., Globa, E. Grape pomace as a promising source of biologically valuable components // Biologization of the Intensification Processes in Horticulture and Viticulture : International Scientific Conference (BIOLOGIZATION). 2021. No. 34. P. 6. doi: 10.1051/bioconf/20213406002. [In Russ.]Byproducts as Precious Resource of Natural Antimicrobials: In Vitro Antibacterial and Antibiofilm Activity of Grape Pomace Extracts against Foodborne Pathogens / Sateriale D. [et al.] // Microorganisms. 2024. № 12 (3). P. 437. doi: 10.3390/microorganisms12030437.Byproducts as Precious Resource of Natural Antimicrobials: In Vitro Antibacterial and Antibiofilm Activity of Grape Pomace Extracts against Foodborne Pathogens / Sateriale D. [et al.] // Microorganisms. 2024. No. 12 (3). P. 437. doi: 10.3390/microorganisms12030437.Potential anti-diabetic properties of Merlot grape pomace extract: An in vitro, in silico and in vivo study of α-amylase and α-glucosidase inhibition / Kato-Schwartz C.G. [et al.] // Food Research International. 2020. № 137. P. 109462. doi: 10.1016/j.foodres.2020.109462.Potential anti-diabetic properties of Merlot grape pomace extract: An in vitro, in silico and in vivo study of α-amylase and α-glucosidase inhibition / Kato-Schwartz C.G. [et al.] // Food Research International. 2020. No. 137. P. 109462. doi: 10.1016/j.foodres.2020.109462.The Antidiabetic Effect of Grape Pomace Polysaccharide-Polyphenol Complexes / Campos F. [et al.] // Nutrients. 2021. № 13. P. 4495. doi: 10.3390/nu13124495.The Antidiabetic Effect of Grape Pomace Polysaccharide-Polyphenol Complexes / Campos F. [et al.] // Nutrients. 2021. No. 13. P. 4495. doi: 10.3390/nu13124495.Antioxidant, anti-inflammatory and antiproliferative effects of the Vitis vinifera L. var. Fetească Neagră and Pinot Noir pomace extracts / Balea S.S. [et al] // Front. Pharmacol. 2020. № 11. P. 990. doi: 10.3389/fphar.2020.00990.Antioxidant, anti-inflammatory and antiproliferative effects of the Vitis vinifera L. var. Fetească Neagră and Pinot Noir pomace extracts / Balea S.S. [et al] // Front. Pharmacol. 2020. No. 11. P. 990. doi: 10.3389/fphar.2020.00990.Anti- and Pro-Oxidant Activity of Polyphenols Extracts of Syrah and Chardonnay Grapevine Pomaces on Melanoma Cancer Cells / Spissu Y. [et al.] // Antioxidants. 2023. № 12. P. 80. doi: 10.3390/antiox12010080.Anti- and Pro-Oxidant Activity of Polyphenols Extracts of Syrah and Chardonnay Grapevine Pomaces on Melanoma Cancer Cells / Spissu Y. [et al.] // Antioxidants. 2023. No. 12. P. 80. doi: 10.3390/antiox12010080.Мусифулина В.М., Омаров М.М. Сравнительная характеристика методов экстрагирования растительного сырья // Вестник Инновационного Евразийского университета. 2021. № 4 (84). С. 107-112. doi: 10.37788/2021-4/107-112. EDN: FDDRXH.Musifulina, V.M., Omarov, M.M. Comparative characteristics of plant raw material extraction methods // Bulletin of the Innovative University of Eurasia. 2021. Issue 4 (84). P. 107-112. doi: 10.37788/2021-4/107-112. EDN: FDDRXH. [In Russ.]Environmentally friendly swift and perfect extraction procedures for analysing the phytochemistry and proximate nutritional biochemistry of biomaterial processed from Avicennia marina leaves / Thamizharasan S. [et al.] // Natural Product Research. 2024. P. 1-10. doi: 10.1080/14786419.2024.2349805.Environmentally friendly swift and perfect extraction procedures for analyzing the phytochemistry and proximate nutritional biochemistry of biomaterial processed from Avicennia marina leaves / Thamizharasan S. [et al.] // Natural Product Research. 2024. P. 1-10. doi: 10.1080/14786419.2024.2349805. [In Russ.]Polyphenolic characterisation and antiprotozoal effect of extracts obtained by maceration, ultrasound, microwave and ultrasound/microwave of Porophyllum ruderale. (Jacq.) / Renovato-Núñez J. [et al.] // Natural Product Research. 2024. P. 1-5. doi: 10.1080/14786419.2023.2265532.Polyphenolic characterization and antiprotozoal effect of extracts obtained by maceration, ultra-sound, microwave and ultrasound/microwave of Porophyllum ruderale. (Jacq.) / Renovato-Núñez J. [et al.] // Natural Product Research. 2024. P. 1-5. doi: 10.1080/14786419.2023.2265532.Wani K.M., Uppaluri R.V.S. Comparative efficacy of ultrasound-assisted and hot water extraction of papaya leaves // Journal of Herbal Medicine. 2023. № 42. P. 100809. doi: 10.1016/j.hermed.2023.100809.Wani K.M., Uppaluri R.V.S. Comparative efficacy of ultrasound-assisted and hot water extraction of papaya leaves // Journal of Herbal Medicine. 2023. No. 42. P. 100809. doi: 10.1016/j.hermed.2023.100809.Recent trends in extraction of plant bioactives using green technologies : A review / Kumar M. [et al.] // Food Chemistry. 2021. № 353. P. 129431. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129431.Recent trends in extraction of plant bioactives using green technologies : A review / Kumar M. [et al.] // Food Chemistry. 2021. No. 353. P. 129431. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129431.Semi-continuous pressurized hot water extraction of black tea / He Ch. [et al.] // Journal of Food Engineering. 2018. № 227. P. 30-41. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2018.02.001.Semi-continuous pressurized hot water extraction of black tea / He Ch. [et al.] // Journal of Food Engineering. 2018. No. 227. P. 30-41. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2018.02.001.Chua L.S., Wahab N.S.A., Soo J. Water soluble phenolics, flavonoids and anthocyanins extracted from jaboticaba berries using maceration with ultrasonic pretreatment // Food Chemistry Advances. 2023. № 3. P. 100387. doi: 10.1016/j.focha.2023.100387.Chua L.S., Wahab N.S.A., Soo J. Water soluble phenolics, flavonoids and anthocyanins extracted from jaboticaba berries using maceration with ultrasonic pretreatment // Food Chemistry Advances. 2023. No. 3. P. 100387. doi: 10.1016/j.focha.2023.100387.Microwave irradiation: Effect of β-glucosidase activity by modulating its structural properties in grape maceration stage / Yuan J.F. [et al.] // LWT. 2024. № 191. P. 115650. doi: 10.1016/j.lwt.2023.115650.Microwave irradiation: Effect of β-glucosidase activity by modulating its structural properties in grape maceration stage / Yuan J.F. [et al.] // LWT. 2024. No. 191. P. 115650. doi: 10.1016/j.lwt.2023.115650.Fruit and vegetable waste: Bioactive compounds, their extraction, and possible utilization / Sagar N.A. [et al.] // Comprehensive reviews in food science and food safety. 2018. № 17 (3). P. 512-531. doi: 10.1111/1541-4337.12330.Fruit and vegetable waste: Bioactive compounds, their extraction, and possible utilization / Sagar N.A. [et al.] // Comprehensive reviews in food science and food safety. 2018. No. 17 (3). P. 512-531. doi: 10.1111/1541-4337.12330.Sharma M., Kaushik P. Vegetable phytochemicals: An update on extraction and analysis techniques // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2021. № 36. P. 102149. doi: 10.1016/j.bcab.2021.102149.Sharma M., Kaushik P. Vegetable phytochemicals: An update on extraction and analysis techniques // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2021. No. 36. P. 102149. doi: 10.1016/j.bcab.2021.102149.Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Загоскина Н.В. Метод определения суммарного содержания фенольных соединений в растительных экстрактах с реактивом Фолина-Дениса и реактивом Фолина-Чокальтеу: модификация и сравнение // Химия растительного сырья. 2021. № 2. С. 291-299. DOI: 10.14258/jcprm.2021028250.Nikolaeva, T.N., Lapshin, P.V., Zagoskina, N.V. Method for determination of total content of phenolic compounds in plant extracts with Folin-Denis reagent and Folin-Ciocalteu reagent: modification and comparison // Chemistry plant raw materials. 2021. Issue 2. P. 291-299. DOI: 10.14258/jcprm.2021028250. [In Russ.]Исследование влияния температуры экстрагирования виноградных выжимок на органолептические показатели экстрактов / Першакова Т.В. [и др.] // Субтропическое и декоративное садоводство. 2025. № 92. С. 42-56. DOI: 10.31360/2225-3068-2025-92-42-57.Study of the influence of grape pomace extraction temperature on the organoleptic properties of extracts / Pershakova T.V. [et al.] // Subtropical and ornamental gardening. 2025. Issue 92. P. 42-56. DOI: 10.31360/2225-3068-2025-92-42-57. [In Russ.]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.