Разработка алгоритмов повышения лёжкоспособности корнеплодных овощей: обзор предметного поля

Введение: Потери и снижение качества продукции растениеводства происходит на этапах производства, транспортирования, хранения, реализации и зависят от множества факторов: вид и сорт, степень зрелости, физиологические, физико-химические, микробиологические показатели, параметры транспортирования и хранения. Несмотря на активную работу учёных во всём мире, ограниченным остаётся количество исследований, рассматривающих проблему повышения лёжкоспособности сельскохозяйственной продукции как комплексную, когда снижение потерь и сохранение показателей качества предусматривает реализацию алгоритмов, обеспечивающих лёжкоспособность продукции растениеводства на всех этапах, начиная от подбора семенного материала и заканчивая реализаций на предприятиях торговли и общественного питания.

Цель: Анализ и систематизация результатов исследований, посвящённых повышению лёжкоспособности продукции растениеводства, и разработка на их основе алгоритмов повышения лёжкоспособности корнеплодных овощей на примере свёклы столовой.

  Материалы и методы. В обзор были включены статьи, опубликованные на русском и английском языках. Поиск был ограничен периодом с 2003 по 2022 год. В центре внимания были статьи, опубликованные в научных журналах, прошедшие процедуру рецензирования, подтверждающую ее качество. При этом статьи должны иметь заданный индекс цитирования (процитированы в базах данных не менее 50-ти раз). Статьи из тематических конференций отбирались исходя из количества их цитирований и в случае их обнаружения по следующим ключевым словам хранение, реализация, корнеплоды, свёкла столовая, сорт, лёжкоспособность, электромагнитные поля крайне низких частот, биопрепараты. В качестве метода исследования использовано обобщение результатов.

Результаты. В ходе исследования были определены инструменты управления лёжкоспособностью: ботанический сорт, степень зрелости, биохимический состав, микробиологические показатели, параметры обработки, параметры хранения (температура, относительная влажность воздуха, состав газовой среды). При этом обработка может проводиться электромагнитными полями крайне низких частот (варьируемые параметры: величина электромагнитной индукции, частота, время обработки) и биопрепаратами (варьируемые параметры: вид и дозировка препарата).

Выводы. Проведённый систематический обзор позволил создать алгоритмы повышения лёжкоспособности свёклы столовой для долгосрочного и краткосрочного хранения, включающие такие этапы, как выбор сорта с генетически обусловленной лёжкостью, выращивание, уборка, транспортирование, подготовка к хранению, реализация на предприятиях оптовой и розничной торговли. Реализация разработанных алгоритмов может способствовать снижению потерь при хранении, стабилизации качественных характеристик и увеличению срока хранения.

1. Алёшин, В.Н., Першакова, Т.В., Купин, Г.А., Горлов, С.М., Яцушко, Е.С., & Панасенко, Е.Ю. (2018). Свёкла столовая: Выращивание и хранение в условиях юга России. Методические рекомендации. Краснодар, Издательский Дом - Юг. https://elibrary.ru/item.asp?id=36268815

2. Глебова, С.Ю., Голуб, О.В. & Мотовилов, O.K. (2017). Использование свеклы столовой при производстве соусов для общественного питания. Пищевая промышленность, 10, 40-42. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30318136

3. Касьянов, Г.И., Кириченко, А.В., Лобанов, В.Г., Назарько, М.Д., & Романец, И.И. (2019). Электрофизические и биотехнологические подходы к хранению яблок органического сада. АгроФорум, 7, 30-35. https://elibrary.ru/item.asp?id=40640716

4. Купин, Г.А., Горлов, С.М., Першакова, Т.В., & Алёшин, В.Н. (2020a). Влияние комплексной обработки электромагнитными полями крайне низкой частоты и биопрепаратами на товарное качество корнеплодов моркови и свёклы столовой при хранении. Международный журнал гуманитарных и естественных наук, 3-1 (42), 208-211. https://doi.org/10.24411/2500-1000-2020-10239

5. Купин, Г.А., Першакова, Т.В., Лисовой, В.В., Михайлюта, Л.В., & Алёшин, В.Н. (2020b). Влияние обработки электромагнитными полями крайне низкой частоты и биопрепаратами на органолептические показатели качества корнеплодов моркови и свёклы столовой при хранении. Международный журнал гуманитарных и естественных наук, 4-2, 50-55. https://doi.org/10.24411/2500-1000-2020-10344

6. Купин, Г.А., Першакова, Т.В., Лисовой, В.В., Михайлюта, Л.В., & Алёшин, В.Н. (2020c). Исследование величины потерь корнеплодов моркови и свёклы столовой в зависимости от температуры хранения и способа предварительной обработки. Международный журнал гуманитарных и естественных наук, 3-1 (42), 203-207. https://doi.org/10.24411/2500-1000-2020-10238

7. Купин, Г.А., Лисовой, В.В., Першакова, Т.В., & Михайлюта, Л.В. (2020d). Разработка технологий краткосрочного хранения корнеплодных овощей. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – Продукты здорового питания, 2, 108-114. https://doi.org/10.24411/2311-6447-2020-10049

8. Лысоченко, A.A. (2015). Стратегическое управление в отраслях агропромышленного комплекса и природопользования. Journal of Economic Regulation, 4, 64-78. DOI: 10.17835/2078-5429.2015.6.4.064-078

9. Назарько, М.Д., Лобанов, В.Г., Касьянов, Г.И., Усатиков, С.В., Иночкина, Е.В., & Кириченко А.В. (2019). Разработка физико-биологических методов защиты для повышения сохранности и качества яблок. Известия ВУЗов. Пищевая технология, 5-6 (371-372), 53-57. DOI: 10.26297/0579-3009.2019.5-6.14

10. Панасенко, Е.Ю., Першакова, Т.В., Кудинов, П.И., & Купин, Г.А. (2019). Влияние обработки биопрепаратами и электромагнитным полем на биохимический состав корнеплодных овощей при хранении. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2-3, 75-78. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2019.2-3.20

11. Першакова, Т.В., Купин, Г.А., Алёшин, В.Н., Горлов, С.М., Лисовой, В.В., Михайлюта, Л.В., Яцушко, Е.С., Панасенко, Е.Ю., & Бабакина, М.В. (2018). Выявить закономерности влияния предварительной обработки корнеплодов овощей электромагнитными полями и биопрепаратами на эффективность снижения микробной контаминации, снижение потерь, стабилизацию качества и максимальное сохранение биологически активных веществ в процессе хранения. Отчет о НИР (Министерство науки и высшего образования РФ). 144. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37524697

12. Akan, S., Horzum, Ö., & Ceren, A. (2022). The prevention of physicochemical and microbial quality losses in fresh-cut red beets using different packaging under cold storage conditions. LWT, 155, 112877, https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112877

13. Alami, L., Terouzi, W., Otmani, M., Abdelkhalek, O., Salmaoui, S., & Mbarki, M. (2021). Effect of Sugar Beet Harvest Date on Its Technological Quality Parameters by Exploratory Analysis. Journal of Food Quality, 2021, 6639612. https://doi.org/10.1155/2021/6639612

14. Asgar, A. (2020). Effect of storage temperature and type of packaging on physical and chemical quality of carrot. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 443, 012002. https://doi.org/10.1088/1755-1315/443/1/012002

15. Awasthi, R., Chattopadhyay, S., & Ghosh, S. (2019). Integration of solar charged PCM storage with VAR system for low capacity vegetable cold storage. Journal of Physics: Conference Series, 1240, 012070. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1240/1/012070

16. Barba-Espin, G., Glied-Olsen, S., Dzhanfezova, T., Joernsgaard, B., Lütken, H., & Müller, R. (2018). Preharvest application of ethephon and postharvest UV-B radiation improve quality traits of beetroot (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) as source of colourant. BMC Plant Biology, 18, p. 316. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1556-2

17. Barbosa, L.D.N., Carciofi, B.A.M., Dannenhauer, C.E., & Monteiro, A.R. (2011). Influence of temperature on the respiration rate of minimally processed organic carrots (Daucus carota L. cv. Brasília). Food Science and Technology, 31 (1), 78-85. https://doi.org/10.1590/S0101-20612011000100010

18. Bodbodak, S., & Moshfeghifar, M. (2016). Advances in controlled atmosphere storage of fruits and vegetables. In Eco-Friendly Technology for Postharvest Produce Quality, 39–76. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-804313-4.00002-5

19. Carrillo, C., Wilches-Pérez, D., Hallmann, E., Kazimierczak, R., & Rembiałkowska, E. (2019). Organic versus conventional beetroot. Bioactive compounds and antioxidant properties. LWT, 116, 108552. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.108552

20. Chakwizira, E., Ruiter, J.M., Maley, S., & Teixeira, E. (2016). Evaluating the critical nitrogen dilution curve for storage root crops. Field Crops Research, 199, 21-30. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.09.012

21. Chhikara, N., Kushwaha, K., Sharma, P., Gat, Y., & Panghal, A. (2019). Bioactive compounds of beetroot and utilization in food processing industry: A critical review. Food Chemistry, 272, 192-200. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.08.022

22. Choudhary, D.K., & Johri, B.N. (2009). Interactions of Bacillus spp. and plants – With special reference to induced systemic resistance (ISR). Microbiological Research, 164, 493-513. https://doi.org/10.1016/j.micres.2008.08.007

23. Cui, R., Fei, Y., & Zhu, Z. (2022). Physicochemical, structural and nutritional properties of steamed bread fortified with red beetroot powder and their changes during breadmaking process. Food Chemistry, 383, 132547. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132547

24. Devgan, K., Kaur, P., Kumar, N., & Kaur, A. (2019). Physicochemical, microbial and sensory quality of fresh-cut red beetroots in relation to sanization method and storage duration. Journal of Food Science & Technology, 56 (2), 878-888. https://doi.org/10.14674/1120-1770/ijfs.v188

25. Dzakhmisheva, I., Tamakhina, A., & Akbasheva, A. (2021). Study of the influence of electromagnetic processing on the physiological state and duration of storage of tomato fruits. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 640, 022054. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/2/022054

26. Edelenbos, M., Wold, A.-B., Wieczynska, J., & Luca, A. (2020). Roots: Beetroots. In Controlled and Modified Atmospheres for Fresh and Fresh-Cut Produce, 587-591. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804599-2.00054-5

27. Emond, J.-P. (2022). Managing product flow through postharvest systems. In Postharvest Handling (Fourth Edition). A Systems Approach, 363-375. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822845-6.00012-9

28. Eslami, A.S., Safaie, N., Mahmoudi, S.B., & Mojerlou, Sh. (2021). Sugar beet root rot loss: ANN and Regression models. European Journal of Agronomy, 131, 126392. https://doi.org/10.1016/j.eja.2021.126392

29. Filimonau, V., & Ermolaev, V.A. (2021). Mitigation of food loss and waste in primary production of a transition economy via stakeholder collaboration: A perspective of independent farmers in Russia. Sustainable Production and Consumption, 28, 359-370. https://doi.org/10.1016/j.spc.2021.06.002

30. Finch, H.J.S., Samuel, A.M., & Lane G.P.F. (2014). Root crops. In Lockhart & Wiseman’s Crop Husbandry Including Grassland (Ninth Edition). Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, 362-386. https://doi.org/10.1533/9781782423928.3.362

31. Fu, Y., Shi, J., Xie, S.-Y., Zhang, T.-Y., Soladoye, O.P., & Aluko, R.E. (2020). Red Beetroot Betalains: Perspectives on Extraction, Processing, and Potential Health Benefits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68, 11595-11611. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04241

32. Hadipour, E, Taleghani, A, Tayarani-Najaran, N, & Tayarani‐Najaran, Z. (2020). Biological effects of red beetroot and betalains: a review. Phytotherapy Research, 34, 1847-1867. https://doi.org/10.1186/s12906-016-1072-6

33. Heimler, D., Romani, A., & Ieri, F. (2017). Plant polyphenol content, soil fertilization and agricultural management: A review. European Food Research and Technology, 243 (7), 1107-1115. https://doi.org/10.1007/s00217-016-2826-6

34. Hoffmann, K., Leijdekkers, M., Ekelöf, J. & Vancutsem, F. (2018). Patterns for improved storability of sugar beet – importance of marc content and damage susceptibility of varieties in different environments. European Journal of Agronomy, 101, 30-37. https://doi.org/10.1016/j.eja.2018.08.004

35. Ibragimov, M., Rakhmatov, A., & Tadjibekova, I. (2020). Electrotechnological approach for effective storage of fruits and vegetables in farms. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 614, 012020. https://doi.org/10.1088/1755-1315/614/1/012020

36. Jedermann, R., Nicometo, M., Uysal, I., & Lang, W. (2014). Reducing food losses by intelligent food logistics. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 372, 20130302. https://doi.org/10.1098/rsta.2013.0302

37. Jiang, H., Zhang, W., Xu, Y., Zhang, Y., Pu, Y., Cao, J., & Jiang, W. (2021). Applications of plant-derived food by-products to maintain quality of postharvest fruits and vegetables. Trends in Food Science & Technology, 116, 1105-1119. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.09.010

38. Kleuker, G., & Hoffmann, C. (2022). Causes of different tissue strength, changes during storage and effect on the storability of sugar beet genotypes. Postharvest Biology and Technology, 183, 111744. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2021.111744

39. Kristoffersen, R., Hansen, A.L., Munk, L., Cedergreen, N., & Jørgensen, L.N. (2018). Management of beet rust in accordance with IPM principles. Crop Protection, 111, 6-16. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2018.04.013

40. Lebrun, M., Bouček, J., Bímová, K.B., Kraus, K., Haisel, D., Kulhánek, M., Omara-Ojungu, C., Seyedsadr, S., Beesley, L., Soudek, P., Petrová, S., Pohořelý, M., & Trakal, L., (2022). Biochar in manure can suppress water stress of sugar beet (Beta vulgaris) and increase sucrose content in tubers. Science of The Total Environment, 814, 152772. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152772

41. Manohar, C.M., Kundgar, S.D., & Doble, M. (2017). Betanin immobilized LDPE as antimicrobial food wrapper. LWT, 80, 131-135. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.07.020

42. Mikołajczyk-Bator, K. (2022). The significance of saponins in shaping the quality of food products from red beet. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria, 21 (1), 81-90. https://doi.org/10.17306/J.AFS.2022.1012

43. Natarajan, B., Kondhare, K., Hannapel, D. & Banerjee, A. (2019). Mobile RNAs and proteins: Prospects in storage organ development of tuber and root crops. Plant Science, 284, 73-81. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.03.019

44. Nazarko, M.D., Kasyanov, G.I., Zaporozhsky, A.A., & Kirichenko, A.V. (2021). Environmentally friendly technology for storing organically grown apples. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 689, 012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/689/1/012038

45. Nirmal, N.P., Mereddy, R., & Maqsood, S. (2021). Recent developments in emerging technologies for beetroot pigment extraction and its food applications. Food Chemistry, 356, 129611. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129611

46. Nunes, M.C.N., Emond, J.P., Rauth, M., Dea, S., & Chau, K.V. (2009). Environmental conditions encountered during typical consumer retail display affect fruit and vegetable quality and waste. Postharvest Biology and Technology, 51, 232-241. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2008.07.016

47. Osipov, A., Shumaev, V., Ekielski, A., Gataullin, T., Suvorov, S., Mishurov, S., & Gataullin S. (2022). Identification and Classification of Mechanical Damage During Continuous Harvesting of Root Crops Using Computer Vision Methods. IEEE Access, 10, 28885-28894. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3157619

48. Park, S-Y., Lee, S.H., & Nam, J-S., (2021). Comparison of the Antioxidant Properties and Phenolic Compositions of Different Varieties of Beets (Beta vulgaris L.) Cultivated in Korea. Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, 50(10), 1058-1064. https://doi.org/10.3746/jkfn.2021.50.10.1058

49. Pershakova, T.V., Gorlov, S.M., Lisovoy, V.V., Mikhaylyuta, L.V., Babakina, M.V., & Aleshin, V. N. (2021). Influence of electromagnetic fields and microbial pesticide Vitaplan on stability of apples during storage. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 640, 022053. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/2/022053

50. Porat, R., Lichter, A., Terry, L.A., Harker, R., & Buzby, J. (2018). Postharvest losses of fruit and vegetables during retail and in consumers’ homes: Quantifications, causes, and means of prevention. Postharvest Biology and Technology, 139, 135-149. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2017.11.019

51. Rama, M. V., & Narasimham, P. (2003). Controlled-atmosphere storage. In Effects on Fruit and Vegetables. Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition, 1607–1615. doi:10.1016/b0-12-227055-x/00292-3

52. Ravichandran, K., Smetanska, I., & Antony, U. (2020). Red beet. In Nutritional Composition and Antioxidant Properties of Fruits and Vegetables, 315-321. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812780-3.00019-2

53. Sawicki, T., Bączek, N., & Wiczkowski, W. (2016). Betalain profile, content and antioxidant capacity of red beetroot dependent on the genotype and root part. Journal of Functional Foods, 27, 249-261. https://doi.org/10.1016/j.jff.2016.09.004

54. Singla, M., Kumar, A., Kaur, P., & Goraya, R.K. (2020). Respiratory properties of fresh black carrot (Dacus carota L.) based upon non-linear enzyme kinetics approach. Journal of Food Science & Technology, 57, 3903-3912. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04422-5

55. Sudhakar, N., Karthikeyan, G., RajhaViknesh, M., Saranya, A.S., & Shurya, R. (2020). Technological Advances in Agronomic Practices of Seed Processing, Storage, and Pest Management: An Update. In: Tiwari, A.K. (eds) Advances in Seed Production and Management. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-4198-8_17

56. Takács-Hájosa, M., & Vargas-Rubóczki, V. (2022). Evaluation of bioactive compounds in leaf and root of five beetroot varieties. Journal of Agriculture and Food Research, 7, 100280. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2022.100280

57. Tang, X., Tan, C., Chen, A., Li, Z., & Shuai, R. (2020). Design and implementation of temperature and humidity monitoring system for small cold storage of fruit and vegetable based on Arduino. Journal of Physics: Conference Series, 1601, 062010. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1601/6/062010

58. Tanumihardjo, S.A., Suri, D., Simon, P., & Goldman, I.L. (2016). Vegetables of Temperate Climates: Carrot, Parsnip, and Beetroot. In Encyclopedia of Food and Health, 387-392. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384947-2.00714-5

59. Yi, M.-R., Chang-Hee, K., & Bu, H.-J. (2017). Antioxidant and anti-inflammatory activity of extracts from red beet (Beta vulagaris) root. Korean JFood Preserv., 24(3), 413-420. DOI: https://doi.org/10.11002/kjfp.2017.24.3.413

60. Zavrazhnov, A., Zuglenok, N., Zavrazhnov, A., Tolstoshein, S., & Koltsov, S. (2020). Mathematical modeling of the temperature regime in a ventilated pile of sugar beet. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 919, 062067. https://doi.org/10.1088/1757-899X/919/6/062067