zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-6-27-35zldm-2226Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISОценка степени пиродекстринизации крахмала методом бинарной цифровой цветометрииEvaluation of the degree of starch pyrodextrinization by binary digital image colorimetryАрасланкинС. В.AraslankinS. V.

Сергей Валерьевич Арасланкин,

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68;

431448, г. Рузаевка, ул. Станиславского, д. 26А. 

Sergey V. Araslankin,

68, Bolshevistskaya ul., Saransk, 430005;

26A, Stanislavskaya ul., Ruzaevka, 431448.

araslankin@bk.ruЩанкинМ. В.ShchankinM. V.

Михаил Владимирович Щанкин,

431448, г. Рузаевка, ул. Станиславского, д. 26А.

Mikhail V. Shchankin, 

26A, Stanislavskaya ul., Ruzaevka, 431448.

ГоловинаЕ. Н.GolovinaE. N.

Екатерина Николаевна Головина,

431440, г. Рузаевка.

Ekaterina N. Golovina, 

Ruzaevka, 431440.

НипрукО. В.NiprukO. V.

Оксана Валентиновна Нипрук,

603022, г. Нижний Новгород, просп. Гагарина, д. 23.

Oksana V. Nipruk, 

23, Gagarina prosp., Nizhny Novgorod, 603022.

ГубинаА. А.GubinaA. A.

Анна Анатольевна Губина,

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68.

Anna A. Gubina,

68, Bolshevistskaya ul., Saransk, 430005.

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева; ООО «Экспонента»РоссияNational Research Ogarev Mordovia State University; LLC «Exponenta»Russian FederationООО «Экспонента»РоссияLLC «Exponenta»Russian FederationАО «Рузхиммаш»РоссияJSC «Ruzkhimmash»Russian FederationНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky Nizhny Novgorod National Research State UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. ОгареваРоссияNational Research Ogarev Mordovia State UniversityRussian Federation2024220620249062735Copyright © Арасланкин С.В., Щанкин М.В., Головина Е.Н., Нипрук О.В., Губина А.А., 20242024Арасланкин С.В., Щанкин М.В., Головина Е.Н., Нипрук О.В., Губина А.А.Araslankin S.V., Shchankin M.V., Golovina E.N., Nipruk O.V., Gubina A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2226

Пиродекстрины, широко используемые в промышленности, получают путем термической деструкции крахмала при отсутствии катализатора. Вязкость и растворимость полученных пиродекстринов определяются степенью пиродекстринизации крахмала, которую обычно оценивают визуально по интенсивности цвета продуктов реакции. В работе обобщены сведения о механизме пиродекстринизации крахмала, рассмотрено влияние температуры и времени нагревания на интенсивность цвета получаемых декстринов. Предложено использовать метод бинарной цифровой цветометрии для измерения уровня бинаризации декстринов, на основании полученных значений с учетом ряда допущений оценивали степень пиродекстринизации крахмала. Двухфакторным дисперсионным анализом установлена значимость влияния температуры и времени нагревания на степень пиродекстринизации крахмала α0. Методом множественной корреляции получено уравнение зависимости α0 от данных параметров. Построена диаграмма изотермической пиродекстринизации крахмала, характеризующая условия получения декстринов с различной степенью пиродекстринизации. Результаты, приведенные в настоящей работе, могут быть использованы для контроля процесса пиродекстринизации крахмала.

Dextrins are widely used in the food, textile, paper, mining, chemical and pharmaceutical industries. Pyrodextrin is one of the most known representatives of these materials. Its production is based on the heat treatment of starch in the absence of a catalyst. A significant demand for pyrodextrin, as well as an increase in the scope of its application, necessitates the improvement of existing methods of quality control of this material. The main parameter characterizing the solubility, viscosity and intensity of color is the degree of starch pyrodextrinization. The evaluation of this parameter in conditions of industrial production is carried out by visual observation. The use of such organoleptic methods leads to significant measurement errors. In this study, we have summarized information about the mechanism of starch pyrodextrinization, and considered the effect of the temperature and heating time on the color intensity of the resulting dextrins. A method of binary digital image colorimetry is proposed to be used for assessing the degree of starch pyrodextrinization, i.e., to measure the level of binarization of dextrins with subsequent determination of this parameter, taking into account the initial assumptions. The possibility of using a specialized software for quantitative analysis of images for the purpose of their transformation and subsequent determination of the binarization level of the studied dextrins is shown. The significance of the effect of temperature and heating time on the degree of starch pyrodextrinization was shown by analysis of variance (ANOVA). The mathematical description of the dependence of these parameters was obtained by multiple regression. The results presented in the study confirm the applicability of binary digital image colorimetry to assessing the degree of starch pyrodextrinization and process control.

пиродекстринбинарная цифровая цветометрияуровень бинаризациидисперсионный анализмножественная регрессияpyrodextrinbinary digital image colorimetrybinarization levelANOVAmultiple regressionReferencesLei N., Chai S., Xu M., et al. Effect of dry heating treatment on multi-levels of structure and physicochemical properties of maize starch: A thermodynamic study / Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 147. P. 109 – 116. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.01.060Lei N., Chai S., Xu M., et al. Effect of dry heating treatment on multi-levels of structure and physicochemical properties of maize starch: A thermodynamic study / Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 147. P. 109 – 116. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.01.060Gupta D., Singh A., Jaiswal R., et al. Functional characteristics, dry heating and irradiation treatment of starch — A short review / AUDJG — Food Technology. 2020. Vol. 44. P. 212 – 229. DOI: 10.35219/foodtechnology.2020.1.13Gupta D., Singh A., Jaiswal R., et al. Functional characteristics, dry heating and irradiation treatment of starch — A short review / AUDJG — Food Technology. 2020. Vol. 44. P. 212 – 229. DOI: 10.35219/foodtechnology.2020.1.13Bai Y., Shi Y. C. Chemical structures in pyrodextrin determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy / Carbohydr. Polym. 2016. Vol. 151. P. 426 – 433. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.05.058Bai Y., Shi Y. C. Chemical structures in pyrodextrin determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy / Carbohydr. Polym. 2016. Vol. 151. P. 426 – 433. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.05.058Laurentin A., Cárdenas M., Ruales J., et al. Preparation of indigestible pyrodextrins from different starch sources / J. Agric. Food Chem. 2003. Vol. 51. P. 5510 – 5515. DOI: 10.1021/JF0341518Laurentin A., Cárdenas M., Ruales J., et al. Preparation of indigestible pyrodextrins from different starch sources / J. Agric. Food Chem. 2003. Vol. 51. P. 5510 – 5515. DOI: 10.1021/JF0341518Chena J., Xiao J., Wang Z., et al. Effects of reaction condition on glycosidic linkage structure, physical-chemical properties and in vitro digestibility of pyrodextrins prepared from native waxy maize starch / Food Chem. 2020. Vol. 320. 126491. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126491Chena J., Xiao J., Wang Z., et al. Effects of reaction condition on glycosidic linkage structure, physical-chemical properties and in vitro digestibility of pyrodextrins prepared from native waxy maize starch / Food Chem. 2020. Vol. 320. 126491. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126491Bai Y., Cai L., Doutch J., et al. Structural Changes from Native Waxy Maize Starch Granules to Cold Water-Soluble Pyrodextrin during Thermal Treatment / J. Agric. Food Chem. 2014. Vol. 62. P. 4186 – 4194. DOI: 10.1021/jf5000858Bai Y., Cai L., Doutch J., et al. Structural Changes from Native Waxy Maize Starch Granules to Cold Water-Soluble Pyrodextrin during Thermal Treatment / J. Agric. Food Chem. 2014. Vol. 62. P. 4186 – 4194. DOI: 10.1021/jf5000858Han X., Kang J., Bai Y., et al. Structure of pyrodextrin in relation to its retrogradation properties / Food Chem. 2018. Vol. 242. P. 169 – 173. DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.09.015Han X., Kang J., Bai Y., et al. Structure of pyrodextrin in relation to its retrogradation properties / Food Chem. 2018. Vol. 242. P. 169 – 173. DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.09.015Srivastava H. C., Parnar R. S., Dave G. B. Studies on Dextrinization. Part I. Pyrodextrinization of Corn Starch in the Absence of Any Added Catalyst / Starch. 1970. Vol. 22. N 2. P. 49 – 54. DOI: 10.1002/star.19700220204Srivastava H. C., Parnar R. S., Dave G. B. Studies on Dextrinization. Part I. Pyrodextrinization of Corn Starch in the Absence of Any Added Catalyst / Starch. 1970. Vol. 22. N 2. P. 49 – 54. DOI: 10.1002/star.19700220204Lin C. L., Lin J. H., Zeng H. M., et al. Indigestible pyrodextrins prepared from corn starch in the presence of glacial acetic acid / Carbohydr. Polym. 2018. Vol. 188. P. 68 – 75. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.01.087Lin C. L., Lin J. H., Zeng H. M., et al. Indigestible pyrodextrins prepared from corn starch in the presence of glacial acetic acid / Carbohydr. Polym. 2018. Vol. 188. P. 68 – 75. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.01.087Le Thanh-Blicharz J., Błaszczak W., Szwengiel A., et al. Molecular and Supermolecular Structure of Commercial Pyrodextrins / J. Food Sci. 2016. Vol. 81. N 9. P. 135 – 142. DOI: 10.1111/1750-3841.13401Le Thanh-Blicharz J., Błaszczak W., Szwengiel A., et al. Molecular and Supermolecular Structure of Commercial Pyrodextrins / J. Food Sci. 2016. Vol. 81. N 9. P. 135 – 142. DOI: 10.1111/1750-3841.13401Li H., Ji J., Yang L., et al. Structural and physicochemical property changes during pyroconversion of native maize starch / Carbohydr. Polym. 2020. Vol. 245. 116560. DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116560Li H., Ji J., Yang L., et al. Structural and physicochemical property changes during pyroconversion of native maize starch / Carbohydr. Polym. 2020. Vol. 245. 116560. DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116560Campechano-Carrera E., Corona-Cruz A., Chel-Guerrero L., Betancur-Ancona D. Effect of pyrodextrinization on available starch content of Lima bean (Phaseolus lunatus) and Cowpea (Vigna unguiculata) starches / Food Hydrocolloids. 2007. Vol. 21. P. 472 – 479. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2006.06.006Campechano-Carrera E., Corona-Cruz A., Chel-Guerrero L., Betancur-Ancona D. Effect of pyrodextrinization on available starch content of Lima bean (Phaseolus lunatus) and Cowpea (Vigna unguiculata) starches / Food Hydrocolloids. 2007. Vol. 21. P. 472 – 479. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2006.06.006ГОСТ 6034–2014. Декстрины. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2017. — 10 с.State Standard GOST 6034–2014. Dextrins. Technical conditions. — Moscow: Standartinform, 2017. — 10 p. [in Russian].ГОСТ 7698–1993. Крахмал. Правила приемки и методы анализа. — Минск, 1995. — 40 с.Interstate Standard GOST 7698–1993. Starch. Acceptance rules and methods of analysis. — Minsk, 1995. — 40 p. [in Russian].Иванов В. М., Кузнецова О. В. Химическая цветометрия: возможности метода, области применения и перспективы / Успехи химии. 2001. Т. 70. № 5. С. 411 – 428. DOI: 10.1070/RC2001v070n05ABEH000636Ivanov V. M., Kuznetsova O. V. Chemical colorimetry: potential of the method, application areas and future prospects / Russ. Chem. Rev. 2001. Vol. 70. N 5. P. 357 – 372. DOI: 10.1070/RC2001v070n05ABEH000636Шульц Э. В., Моногарова О. В., Осколок К. В. Цифровая цветометрия: аналитические возможности и перспективы использования / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2019. Т. 60. № 2. С. 79 – 87. DOI: 10.3103/S002713141902007XShults E. V., Monogarova O. V., Oskolok K. V. Digital colorimetry: analytical possibilities and prospects of use / Vestn. Mosk. Univ. Ser. 2. Khimiya. 2019. Vol. 60. N 2. P. 79 – 87 [in Russian]. DOI: 10.3103/S002713141902007XАхназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учеб. пособие для хим. -технол. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1985. — 327 с.Akhnazarova S. L., Kafarov V. V. Methods for optimizing an experiment in chemical technology: A textbook for chemical engineering specialties of universities. — Moscow: Vysshaya shkola, 1985. — 327 p. [in Russian].Арасланкин С. В., Кострюков С. Г., Томилин О. Б. Современные методы технико-экономической оптимизации составов сухих строительных смесей (часть II) / ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2019. № 1. С. 56 – 65.Araslankin S. V., Kostryukov S. G., Tomilin O. B. Modern methods in technical and economic optimization of compositions of dry mixtures (part II) / ALITinform: Cement. Concrete. Dry mixtures. 2019. N 1. P. 56 – 65 [in Russian].Большев Л. Н., Смирнов И. В. Таблицы математической статистики. — М.: Наука, 1983. — 416 с.Bolshev L. N., Smirnov I. V. Tables of mathematical statistics. — Moscow: Nauka, 1983. — 416 p. [in Russian].

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