Моделирование и разработка цифрового инструмента для автоматизации расчета органолептических показателей экстракта выжимок винограда в зависимости от температуры экстрагирования

   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. 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. 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.

1. Технология 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. The Antidiabetic Effect of Grape Pomace Polysaccharide-Polyphenol Complexes / Campos F. [et al.] // Nutrients. 2021. № 13. P. 4495. doi: 10.3390/nu13124495.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.