ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ХРАНЕНИЯ СЕМЕЧКОВЫХ ФРУКТОВ

АННОТАЦИЯ

Авторами разработаны препараты нового поколения на основе хитозана и его производных, которые усиливают антибактериальную и антивирусную устойчивость фруктов, усиливает их иммунную стойкость к болезням и вредителям.

В статье приведены сравнительные результаты подсчета экономической эффективности при длительном хранении семечковых фруктов (яблок, груш и айвы) с использованием различных технологий (хранение с использованием синтетических фунгицидов, покрытий на основе пектинов, воска, карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), на воздухе при пониженных температурах, в регулируемой газовой среде (РГС) и препаратов на основе хитозана с экономической и экологической точки зрения.

Приведены данные влияния технологий и препаратов на изменение массы фруктов, на длительность хранения, а также на органолептические показатели фруктов. Исследованиями подтверждено сохранение товарного вида плодов, а также их вкусовых качеств.

Показано, что применение хитозана и его производных по сравнению с альтернативными методами хранения фруктов, является более выгодным с экономической точки зрения, а также является экологически безопасным.

ABSTRACT

The authors have developed a new generation of preparations based on chitosan and its derivatives, which enhance the antibacterial and antiviral resistance of fruits and strengthen their immune resistance to diseases and pests.

The article presents comparative results of calculating the economic efficiency of long-term storage of pome fruits (apples, pears, and quinces) using various technologies (storage using synthetic fungicides, coatings based on pectins, wax, carboxymethylcellulose (CMC), in air at low temperatures, in a controlled gas environment (CGE), and chitosan-based preparations from an economic and environmental point of view.

Data are provided on the effect of technologies and preparations on changes in fruit weight, storage duration, and organoleptic characteristics of fruit. The studies confirmed the preservation of the marketable appearance of the fruit, as well as its taste qualities.

It was shown that the use of chitosan and its derivatives, compared to alternative methods of fruit storage, is more economically advantageous and environmentally safe.

Ключевые слова: хитин, хитозан, семечковые фрукты, съедобные покрытия, регулируемая газовая среда (РГС), антимикробная и антибактериальная активность, экономическая эффективность, биосовместимость и биодеградация.

Keywords: chitin, chitosan, pome fruits, edible coatings, controlled atmosphere (CA), antimicrobial and antibacterial activity, cost-effectiveness, biocompatibility and biodegradation.

Введение

Основная задача хранения фруктов - круглогодичное снабжение населения свежими плодами. Длительное хранение возможно при создании таких условий, когда жизнедеятельность плодов находится на уровне, обеспечивающем их медленное дозревание, задерживающем процессы старения (без снижения ценных потребительских качеств с сохранением максимальной устойчивости к микробиологическим и физиологическим заболеваниям).

В настоящей статье рассматриваются факторы, обуславливающие лежкость яблок, груш и айвы, сохраняемых в хранилищах с искусственным охлаждением (фруктохранилище и холодильники, на воздухе и в регулируемой газовой среде), а также при  транспортировке, предназначенных для реализации в свежем виде.

Лежкость фруктов - это биологические свойства плодов определенного сорта сохраняться  в течение длительного времени без ухудшения товарных, пищевых и вкусовых качеств, без значительных потерь массы, без поражения микробиологическими и физиологическими заболеваниями.  Она характеризуется максимальным сроком сохранности, когда общие потери плодов от урожая не превышают 10%, при оптимальных условиях выращивания и хранения, зависит от особенностей сортов и режимов хранения. Факторы, влияющие на качество и лежкость плодов - это сорт, климат, метрологические условия вегетационного периода, состав почв, орошение, удобрение, возраст и состояние дерева, величина и качество плодов, а также сроки съёма плодов.

Предлагаемые нами препараты на основе хитозана и его водорастворимых производных, обладают бактерицидными и антимикробными свойствами. Они предназначены для обработки плодов яблок, груш, айвы и других сельскохозяйственных продуктов при хранении и транспортировке.  Препараты на основе хитозана и его производных экологически безопасны и безвредны для организма, сохраняют вкусовые качества плодов, а также устойчивость к физиологическим и микробиологическим заболеваниям.

Данные препараты разрабатываются на основе местных источников сырья, производимых в Республике Узбекистан – это отходы производства, после переработки куколок тутового шелкопряда, что должно обеспечить производство импортозамещающей продукции.

Экономически эффект от применения препаратов на основе хитозана и его производных от 25% до 45% и более [1].

В настоящее время холодильное хранение является основным способом хранения свежих фруктов (груш, яблок и айвы). Эффективность использования холодильного оборудования для хранения плодовоовощной продукции очень высока, несмотря на высокую стоимость,  за счет снижения естественной убыли массы, потерь от микробиологических и физиологических заболеваний [2].

Фрукты относятся к группе растительного сочного сырья. Данный показатель является определяющим в эффективной организации хранения. Основные причины потери массы сочной продукции связаны с процессами дыхания и испарения. Длительность хранения растительного сырья определяется сортовыми особенностями культуры, системы защиты от вредителей и болезней, сроков и способов уборки, товарной обработки и способов подготовки к хранению.

Для закладки на хранение направляют здоровое сырье, без признаков порчи, механических повреждений, пораженности болезнями и сельскохозяйственными вредителями.

Пониженное содержания кислорода в хранилище приводит к замедлению интенсивности дыхания фруктов, снижению скорости образования этилена, уменьшению степени окисления и разрушения растворимых пектинов. При этом замедляются процессы созревания, распада хлорофилла, изменения кислотного состава, структуры тканей, развития физиологических болезней и как следствие увеличивается продолжительность хранения.

Все биохимические процессы во фруктах зависят от температуры. При высокой температуре повышается интенсивность дыхания, ускоряется обмен веществ, увеличиваются потеря влаги, витаминов, органических веществ.

Хранение при низких температурах замедляет развитие многих бактерий и грибов, но не исключает поражения продукции вредными микроорганизмами.

Для оптимального хранения растительного сырья в настоящее время используются технологии, предусматривающие не только оптимальный температурно-влажностный режим, но и оптимальную концентрацию газовой среды.

Наиболее широко для хранения фруктов используются холодильники с регулируемой атмосферой.

Пониженное содержания кислорода в хранилище приводит к замедлению интенсивности дыхания фруктов, снижению скорости образования этилена, уменьшению степени окисления и разрушения растворимых пектинов. При этом замедляются процессы созревания, распада хлорофилла, изменения кислотного состава, структуры тканей, развития физиологических болезней и как следствие увеличивается продолжительность хранения

Материалы и методы.

В исследованиях мы использовали аналитически чистый хитозан со средней молекулярной массой Мh - 25000, степенью деацетилирования 85 мол%, а также уксусную, молочную и двухосновную янтарную  кислоту.

При хранении фруктов их обрабатывали хитозаном и его производными с использованием растворов и комплексов на основе пищевых органических кислот (уксусной, янтарной, аскорбиновой, глицирризиновой и др.). Во время эксперимента обработанные фрукты хранились в холодильнике серии «Лидер» с вместимостью две тонны продукции.

Научные исследования проводились на экспортных сортах яблок «Фарангиз», «Фуджи Куки», “Голден делишес” и “Грейн смит”.

Полимерное покрытие поверхности плодов проводили при pH 6,5-6,7. При обработке каждый плод погружали в раствор препарата для обработки на 1 минуту, а затем сушили на открытом воздухе.

В качестве контроля использовали дистиллированную воду. Обработанные плоды взвешивали и хранили в холодильнике при температуре 3°С и относительной влажности 90-95%.

Пищевая ценность плодов оценивалась визуально и органолептически. Результаты обработки выражали в процентах массы поврежденных плодов в конце опыта к общей массе обработанных плодов (процент потерь).

В настоящей работе нами приведены результаты исследований по хранению семечковых фруктов (различных сортов яблок, нескольких сортов груш и плодов айвы) с использованием препаратов, созданных нами на основе хитозана и его производных со съедобными органическими кислотами. Также приведена экономическая и экологическая оценка с другими технологиями и препаратами, использованными при хранении вышеуказанных фруктов.

Широко распространена технология хранения растительного сырья с применением модифицированной газовой среды (МГС). Газовая среда создается путем применения упаковок из полиэтиленовой пленки с газоселективной мембраной за счет дыхания сырья (поглощение О₂, выделение СО₂) или упаковок из полимерных пленок барьерного типа [3, 4].

Сырье укладывают в герметично закрываемую упаковочную тару, из полости которой удаляют воздух, а освободившееся пространство заполняют инертным газом и герметично закрывают. При этом в качестве инертного газа используют азот или углекислый газ, или их смесь [5].

Для увеличения срока хранения фруктов распространен способ применения озона с использованием озонаторов. Комплексное применение систем озонирования позволяет добиться значительного увеличения показателей сохранности продукции. Озон является эффективным дезинфектантом, угнетающим развитие бактериальных, грибных и вирусных патогенов, способствующий разложению этилена и дезодорации помещений, отрицательному воздействию на грызунов.

Перспективной технологией хранения является обработка плодоовощного сырья, ингибиторами образования этилена.

Российскими учеными разработан препарат «Фитомаг», эффективно ингибирующий биосинтез этилена. Обработка препаратом обеспечивает защиту фруктов от преждевременного созревания, старения, поражения физиологическими и грибными болезнями, способствует продлению сроков хранения и сохранению товарного качества сырья. Для достижения максимально длительного хранения обработанные фрукты помещают в холодильные камеры [6].

Учеными Краснодарского научно-исследовательского института хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, разработаны современные технологии хранения и оборудование для их реализации, базирующиеся на объективной оценке исходного физиологического состояния фруктов и овощей, а также обеспечивающие возможность длительного сохранения сельскохозяйственной продукции высокого качества при минимальных ее потерях:

- технология хранения скоропортящейся сельскохозяйственной продукции на основе создания защитных покрытий с бактерицидными и антиоксидантными свойствами, позволяющая снизить потери от естественной убыли и микробиальной порчи на 40%, а также увеличить сроки хранения продукции в 1,5–2 раза.

- технология хранения фруктов и овощей в измененной газовой атмосфере в небольших по объему «замкнутых контурах» без применения дорогостоящих установок;

- сквозная аграрно-пищевая технология биологической защиты фруктов и овощей при производстве и хранении с применением биологических средств защиты растений (Фитоспорин-М, модифицированный Гуми) в сочетании с оптимальными температурновлажностными режимами хранения, позволяющая увеличить выход стандартной продукции после хранения на 27,0–27,8 % за счет повышения иммунитета;

- способ вакуумной обработки фруктов и овощей перед закладкой на хранение, позволяющий существенно изменять газообмен, интенсивность дыхания, стимулировать реакции раневого биосинтеза и получать продукцию высокого качества;

- способ подавления патогенной микрофлоры овощей и фруктов электромагнитными полями крайне низких частот перед закладкой на хранение.

Для снижения скорости гниения и увеличения срока реализации используют технологию обработки фруктов диоксидом серы в сочетании с хранением при низких температурах.

Перспективным направлением в хранении плодоовощного сырья является применение биологических средств защиты, на основе активных штаммов антагонистов.

Для снижения скорости гниения и увеличения срока реализации используют технологию обработки фруктов диоксидом серы в сочетании с хранением при низких температурах.

Перспективным направлением в хранении плодоовощного сырья является применение биологических средств защиты, на основе активных штаммов антагонистов.

Результаты и обсуждение

В результате проведенных экспериментов и органолептических наблюдений и анализов были выделены и использованы в дальнейших исследованиях препараты с оптимальной концентрацией для плодов яблок, в зависимости от их сорта. В таблице представлены препараты, используемые при хранении плодов яблок, а также полученные результаты.

В связи с вышеизложенным, можно сказать, что отмечена эффективность препаратов  CHAC-1 и CHAC-4 при обработке сорта «Фарангиз». При этом установлено, что эффективность в 2,4-2,8 раза выше контрольного образца, препаратов CHGL-1 и CHGL-3 - в 2,4 раза выше.

Результаты изучения влияния препаратов на срок хранения плодов яблок по семи сортам, выращиваемым в Республике Узбекистан сравнивали с контролем. Из 17 препаратов на основе хитозана и его производных рекомендованных для увеличения срока хранения яблок сортов “Фарангиз”, “Фуджи-куки”, “Наманганская красная”, “Ренет Симиренко”, “Голден Делишес”, “Голден Супер” и “Гренни Смит” наиболее эффективными оказались два препарата - CHAC-2 и CHGL-2, результаты приведены в таблице.

Из таблицы видно, что препарат CHAC-2 позволяет увеличивать срок хранения яблок в зависимости от сорта от 1,44 до 2,75 раза по сравнению с контролем. Более высокие результаты были получены с использованием препарата CHGL-2. При этом сроки хранения яблок в зависимости от сорта увеличивались от 1,77 до 2,88 раза по сравнению с контролем.

Таблица 1.

Эффективность препаратов, используемых при хранении экспортных сортов яблок и их влияние на потерю массы плодов. Температура хранения t= 1-3°С.

Относительная влажность q=90-95%. Потеря веса, %.

Таким образом, использование препаратов на основе хитозана и его производных, позволяет эффективно защищать от заболеваний плодов яблок при закладке их в хранилища, а также увеличивать срок хранения, что позволяет предохранять их от поражения физиологическими заболеваниями и максимально сохранять исходное качество фруктов.

При обработке вышеуказанными препаратами яблок экспортных сортов, выращенных в Узбекистане, было отмечено, что потеря воды у них снизилась на 20-40%, сохранились свежесть, вкусовые качества, масса плодов яблок, а также товарный вид,  увеличились сроки их хранения.

Таблица 2.

Высокоэффективные прапараты, влияющие на срок хранения плодов яблок в зависимости от сортов. Температура хранения t= +1+3С°.

Относительная влажность q=90-95%.

Данные факты в будущем позволят получать высокий экономический эффект и смогут обеспечивать население высококачественными продуктами в течение круглого года.

Преимущество показанного авторами в работе метода обработки плодов яблок препарами хитозана заключается в простоте получения и нанесения покрытия, экологической безопасности и экономической доступности, отсутствие негативного воздействия на организм человека, а также сохранение питательных веществ в плодах яблок.

Для увеличения сроков хранения или стимуляции созревания почти все фрукты подвергаются различной обработке. Груши подвергаются обработке смесью воска, парафина и сорбиновой кислоты. Сорбиновая кислота является консервантом, уничтожающим различную микрофлору, именно поэтому некоторые сорта груш выглядят как-будто их только сняли с ветки и могут храниться при такой обработке до одного года.

Одним из перспективных путей решения этой проблемы заключается в создании “съедобных” полимерных покрытий на поверхности фруктов. Покрытие фруктов полипронецаемой плёнкой из хитозана и его производных изменяет уровень эндогенных газов (СО₂, О₂ и этилена), затрудняет аэробное дыхание, чем и объясняется бактериофунгистатической действие биополимера хитозана.

Съедобные покрытия могут быть использованы также в качестве основы для включения функциональных ингредиентов, таких как антиоксиданты и противомикробные агенты.

Целью настоящего исследования является создание новой полимерной композиции на основе хитозана для покрытия и увеличения срока хранения плодов груш, а также изучение влияния препаратов на изменение массы фруктов. Для решения этой задачи авторами предлагаются использование системы “хитозан-органическая кислота-вода-добавки”, что позволит сформировать на поверхности фруктов не только барьерную плёнку, но и включенный полимер в активной форме поликатиона.

При хранении плодов груш было применено и изучено 17 различных хитозановых препаратов, из них выделено 5 препаратов, положительно влияющих на срок хранения и снижение массы. В исследованиях были использованы такие сорта груш, как “Бере Лигеля”, “Куляля-2” и “Зимняя Нашваты”. Результаты исследований показаны на рисунке.

Рисунок 1. Результаты исследований

Потеря массы плодов груш при хранении под действием препаратов была в 1,5-2,5 раза меньше контроля в зависимости от сорта. Также наблюдалось эффективное воздействие на показатели качества плодов, которое показано в таблице.

Плоды груши, обработанные препаратами хитозана, за период хранения теряли в массе от 1,5 до 4,5%. Потеря массы контрольных груш за тот же период составила от 10% до 20%. Это связано с влиянием хитозановых препаратов на сохранение эластичности и твёрдости плодов груш.

Результаты полученных данных показывают, что полученные авторами препараты CHAC-2, CHSU-2, CHGL-1 и CHGL-3, при обработке груш, позволяют повысить срок хранения плодов по сравнению с контролем на 35-45%. При этом, их вкусовые и товарные качества сохранялись.

Таким образом применение технологии при хранении сортов груш препаратов на основе хитозана со съедобными органическими кислотами, такими как уксусная, янтарная и глицирризиновая кислота, позволяет снижать трудоёмкость и повышает экономичность данного метода на 35-45% по сравнению с традиционными методами.

Таблица 3.

Влияние препаратов на потерю массы сортов груш при хранении, в %

Выявлено, что хитозановые препараты снижают потерю от гниения, понижают интенсивность дыхания плодов груши, а также замедляют их из-за окисления этилена, сохраняют вкусовые качества. К тому же хранение плодов груши с хитозановыми препаратами позволяет контролировать физиологические расстройства и грибные болезни.

Использованные биополимеры, хитозан и его производные, вследствие своей дешевизны, обладают экономической доступностью, позволяя масштабировать процесс на промышленный уровень [7].

Применение хитозана и его производных в виде съедобных биопленок способствует снижению техногенной нагрузки на окружающую среду. Во-первых, эти покрытия биоразлагаемы, попадая с плодовыми отходами на свалку или в компост, хитозан разрушается микроорганизмами до безвредных соединений (аминокислот и углекислого газа). В отличие от этого, синтетические пленки (например, полиэтиленовая упаковка) и пластиковые восковые эмульсии могут накапливаться как мусор. Использование съедобных биопленок потенциально позволяет уменьшить количество пластиковых упаковок при транспортировке и продаже фруктов. Во-вторых, синтетические фунгициды и консерванты часто обладают побочным действием, их остатки способны загрязнять почву и воду, нарушать экосистемы.

Заключение

Сравнительный анализ показывает, что технологии на основе хитозана и его производных являются перспективной альтернативой традиционным методам продления срока хранения фруктов. Для плодов с длительной лежкостью (яблоки и груши) обработка хитозановыми препаратами позволила увеличить срок хранения в 1,5–2,5 раза, сохранив качество продукции [1]. По эффективности такие съедобные покрытия приближаются к контролируемой атмосфере, но отличаются простотой и низкой стоимостью. В ряде случаев натуральные покрытия превзошли традиционные (например, воск) по способности снижать потерю массы и гниение плодов [8].

Также отмечено снижение потерь массы и порчи груш при применении хитозановых покрытий. Таким образом, природные покрытия на основе хитозана существенно продлевают срок реализации яблок и груш, приближаясь по эффективности к РГС-хранению, но при гораздо меньших затратах [2].

С экономической точки зрения, применение хитозана выгодно благодаря дешевому исходному сырью и отсутствию необходимости в сложном оборудовании. Экологически эта технология безопасна, она снижает использование пластика, не загрязняет окружающей среды, не способствует развитию резистентности у возбудителей. Для потребителей фрукты с хитозановым покрытием полностью безопасны и не содержат вредных остатков, в отличие от плодов, обработанных синтетическими фунгицидами [9]

В целом, исследования – как зарубежные, так и отечественные – подтверждают, что хитозановые и другие биополимерные покрытия могут успешно заменить или дополнить химические методы, обеспечив одновременно продление срока годности, экологическую чистоту и пищевую безопасность плодов. Это делает хитозан одним из ключевых компонентов современных «зелёных» технологий в постуборочной обработке фруктов [10].

Таким образом, разработана технология обработки плодов полимерными композициями на основе хитозана, которая отличается простотой получения и нанесения покрытия, экономической доступностью и экологической безопасностью, отсутствием негативного воздействия на питательные вещества.

Список литературы:

1. Абдуллаев Ф.Т., Дубовик Т.В. Эффективность действия препаратов на основе хитозана при длительном хранении сортов яблок // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 5 (122). URL:
2. https://7universum.com/ru/tech/archive/item/17581 (дата обращения: 26.01.2026).
3. Moran R. Controlled Atmosphere Storage [Электронный ресурс] // Harvest & Storage of Maine Tree Fruits. Orono, ME: University of Maine Cooperative Extension, [б. д.]. URL: https://extension.umaine.edu/fruit/harvest-and-storage-of-tree-fruits/controlled-atmosphere-storage/ (дата обращения: 27.09.2025).
4. Хранение в регулируемой атмосфере [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.infrost-agro.ru/keeping/regulate/ (25.09.2025).
5. Шишкина Н.С. Совершенствование технологии хранения плодоовощной продукции /Н.С. Шишкина //Сборник научных трудов к 85-летию ВНИХИ. – Москва, 2015. – С. 327-335.
6. Пат. 2204924, Россия, МПК 7A 23L 7A 23B 7A 01F 7 A. Способ предотвращения от порчи пищевых продуктов [Текст] / Гаспарян А.Р., Горелик С.Л.; заявитель и патентообладатель Гаспарян А.Р., Горелик С.Л. - № 2000124370/13; заявл. 25.09.2000; опубл. 27.05.2003.
7. Пат. 2325810, Россия, МПК А23В 7/152, Способ хранения урожая плодоовощной и растениеводческой продукции [Текст] /Швец В.Ф., Гудковский В.А., Козловский Р.А., Кустов А.В., заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Фито-Маг» - №2006123022/13; заявл. 28.06.2006; опубл. 10.06.2008. 
8. Mujtaba M., Ali Q., Yilmaz B. A., Seckin Kurubas M., Ustun H., Erkan M., Kaya M., Cicek M., Oner E. T. Understanding the effects of chitosan, chia mucilage, levan based composite coatings on the shelf life of sweet cherry // Food Chemistry.- 2023.- Vol. 416.- Art. 135816. - DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.135816.
9. Zafran; Joshi V. Effect of surface coatings and storage conditions on shelf life and quality of pomegranate Cv. Bhagwa (Punica granatum L.) // The Pharma Innovation Journal. - 2022. - Т. 11, № 9. - С. 1568–1573. - URL: https://www.thepharmajournal.com/ archives/2022/vol11issue9/PartS/11-8- 474-650.pdf (дата обращения: 27.09.2025).
10. Vischetti C., Feliziani E., Landi L., De Bernardi A., Marini E., Romanazzi G. Effectiveness of Four Synthetic Fungicides in the Control of Post-Harvest Gray Mold of Strawberry and Analyses of Residues on Fruit // Agronomy. - 2024. - Т. 14, № 1. - Ст. 65. - DOI: 10.3390/agronomy14010065.
11. Duanis-Assaf D., Alkan N., Shimshoni J. A. Phenyl tetramethyl cyclopropane carboxamide class: New broad-spectrum postharvest fungicides // Food Control. - 2023. - Vol. 154. - Art. 110041. - DOI: 10.1016/j.foodcont.2023.110041.