Wysokowydajny, mikroskalowy protokół analizy parametrów przetwarzania i wartości odżywczych kukurydzy (Zea mays L.)

Summary

Tutaj prezentujemy protokół mikroskalowy do przetwarzania próbek zboża i do włączania tego mikroskalowego podejścia do wysokoprzepustowego potoku analitycznego. Jest to adaptacja o większej przepustowości w stosunku do obecnie dostępnych protokołów.

Abstract

Kukurydza jest ważną uprawą zbóż w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Ziarno kukurydzy musi być jednak przetworzone przed spożyciem przez ludzi. Ponadto skład całego ziarna i charakterystyka przetwarzania różnią się w zależności od hybryd kukurydzy i mogą mieć wpływ na jakość końcowego przetworzonego produktu. Dlatego, aby wytwarzać zdrowsze przetworzone produkty spożywcze z kukurydzy, należy wiedzieć, jak zoptymalizować parametry przetwarzania dla poszczególnych zestawów plazmy zarodkowej, aby uwzględnić te różnice w składzie ziarna i charakterystyce przetwarzania. Obejmuje to lepsze zrozumienie, w jaki sposób obecne techniki przetwarzania wpływają na jakość odżywczą końcowego przetworzonego produktu spożywczego. W tym miejscu opisujemy protokół w mikroskali, który zarówno symuluje proces przetwarzania w celu produkcji płatków kukurydzianych z dużych płatków grysowych, jak i pozwala na jednoczesne przetwarzanie wielu próbek ziarna. Kasza płatkowa, półprodukty przetworzone lub produkt końcowy, a także samo ziarno kukurydzy mogą być analizowane pod kątem zawartości składników odżywczych w ramach wysokowydajnego procesu analitycznego. Procedura ta została opracowana specjalnie w celu włączenia do programu badawczego hodowli kukurydzy i może być modyfikowana dla innych upraw zbożowych. Podajemy przykład analizy zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego w kukurydzy. Próbki pobrano na pięciu różnych etapach przetwarzania. Wykazaliśmy, że pobieranie próbek może odbywać się na wielu etapach podczas przetwarzania w mikroskali, że technika przetwarzania może być wykorzystana w kontekście specjalistycznego programu hodowli kukurydzy oraz że w naszym przykładzie większość składników odżywczych została utracona podczas przetwarzania produktów spożywczych.

Introduction

Kukurydza (Zea mays L.) jest najczęściej uprawianą rośliną zbożową w Stanach Zjednoczonych¹. W 2016 roku 71,12 miliarda kg (2,8 miliarda buszli) kukurydzy przeznaczono na konsumpcję przez ludzi², co wskazuje na znaczenie kukurydzy w diecie Amerykanów. Jedną z największych zalet ziarna kukurydzy jest to, że jest ono stosunkowo niedrogim towarem, ale zawiera również korzystne fitochemikalia, takie jak fenole, nienasycone kwasy tłuszczowe i białko³. W związku z tym produkty spożywcze na bazie kukurydzy mogą być stosunkowo niedrogim źródłem korzystnych dla ludzi fitochemikaliów.

Jednakże, kukurydza musi być przetworzona przed spożyciem przez ludzi. W rezultacie, czynności związane z przetwarzaniem często wpływają na wartość odżywczą końcowego przetworzonego produktu spożywczego⁴. Na przykład podczas produkcji przekąsek i gotowych do spożycia płatków śniadaniowych (tj. płatków śniadaniowych na zimno) ziarna kukurydzy są mielone na sucho w celu uzyskania dużej płatkowej gryszy. Podczas mielenia na sucho otręby i zarodki są fizycznie usuwane, pozostawiając tylko bielmo. Ponieważ wiele fitochemikaliów znajduje się głównie w otrębach lub zarodkach (np. odpowiednio fenole i nienasycone kwasy tłuszczowe), może to spowodować znaczny spadek wartości odżywczej przetworzonego produktu spożywczego⁴. I odwrotnie, dalsze etapy przetwarzania mogą poprawić wartość odżywczą. Na przykład wiele technik przetwarzania produktów spożywczych obejmuje gotowanie, pieczenie lub opiekanie. Naprężenia termiczne występujące podczas tych etapów mogą poprawić biodostępność korzystnych fitochemikaliów⁵.

Z punktu widzenia nauki o żywności i żywieniu człowieka, byłoby interesujące wiedzieć, jak przetwarzanie wpływa nie tylko na wartość odżywczą przetworzonych produktów spożywczych, ale także jak dostosowania parametrów przetwarzania mogą wpływać na inne cechy sensoryczne, w tym kolor, teksturę i smak. Protokół, który pozwala na monitorowanie takich cech przez cały okres przetwarzania, może być wykorzystany do selekcji odmian kukurydzy w celu ulepszenia końcowego przetworzonego produktu spożywczego z kukurydzy. Dwiema głównymi przeszkodami w analizowaniu takich cech w przeszłości była skala i przepustowość dostępnych protokołów. Na przykład, podczas produkcji płatków śniadaniowych do analizy laboratoryjnej, Fast i Caldwell⁶ zasugerowali użycie 45,4 kg dużej płatkowanej gryszy. Ta masa dużych płatków znacznie przewyższa ilość dużych płatków lub dużych materiałów do płatkowania⁷, które można uzyskać z prób polowych na małych poletkach, które są typowe dla programów hodowli roślin. W związku z tym opracowanie protokołu laboratoryjnego w mikroskali do produkcji przetworzonych produktów spożywczych mogłoby umożliwić (1) hodowcom roślin ulepszanie odmian kukurydzy pod kątem cech odżywczych i sensorycznych, które są ważne dla przetwórców żywności, oraz (2) przetwórcom skuteczne projektowanie i testowanie alternatywnych strategii przetwarzania.

W tym manuskrypcie opisujemy wysokoprzepustową modyfikację protokołu przetwarzania w mikroskali opisanego w Kandohla⁸, który był używany do produkcji prażonych płatków kukurydzianych z dużych płatków materiałów. Przedstawiamy wyniki przykładowego eksperymentu, w którym wykorzystano ten protokół przetwarzania do zbadania zmiany nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego w kukurydzy. Naszym celem w tym konkretnym badaniu było ustalenie (1) w jaki sposób zmieniała się zawartość kwasu fenolowego w kukurydzy podczas produkcji gotowych do spożycia płatków śniadaniowych, (2) na jakich etapach przetwarzania nastąpiły te zmiany oraz (3) czy którakolwiek z naszych eksperymentalnych hybryd zareagowała inaczej na stresy związane z przetwarzaniem Protokół ten można połączyć z wysokoprzepustowymi protokołami chemii analitycznej w celu skutecznej analizy cech odżywczych. Protokół ten można również dostosować tak, aby naśladował produkcję innych przetworzonych produktów spożywczych z kukurydzy lub przetworzonych produktów spożywczych, które są wytwarzane z innych zbóż.

Protocol

1. Produkuj gotowaną kaszę

1. Umieść szybkowar do konserw o pojemności 15 l na elektrycznej płycie grzejnej.
2. Wlej 1 l wody z kranu do szybkowaru do puszkowania i podgrzej do 100 °C.
3. Gdy woda się nagrzewa, umieść 100 g próbki przemysłowego grysu płatkowego lub materiału do płatkowania (12% wilgotności, mokra podstawa)⁷ w słoiku do konserw o pojemności 1 litra.
   UWAGA: Reprezentatywne wyniki tego badania opierają się na materiałach z łuszczącym się ziarnem wyprodukowanym przez Macke i wsp.⁹ przy użyciu protokołu mielenia na sucho w skali laboratoryjnej opisanego przez Rausch et al.⁷
4. Dodać roztwór cukru i soli składający się z 200 ml wody destylowanej, 2 g soli, 6 g granulowanego białego cukru i 2 g płynnego ekstraktu słodowego.
   UWAGA: Wiele próbek może być analizowanych jednocześnie, chociaż dokładna liczba próbek będzie zależeć od wielkości szybkowaru do konserw.
5. Wymieszać roztwór z płatkowym ziarnem za pomocą szklanego pręta do mieszania.
6. Gdy woda w szybkowarze do konserw zacznie wrzeć, dodaj 1 l wody z kranu, aby schłodzić wodę w szybkowarze do konserw
.
7. Umieść słoiki do konserw w szybkowarze do konserw tak, aby były w równej odległości od siebie i od ścianki szybkowaru do konserw
.

Rysunek 1: Umieszczenie słoików do konserw w szybkowarze do konserw. Słoiki do konserwowania należy umieszczać w równej odległości od siebie i od boków szybkowaru, aby zapewnić równomierne gotowanie i uniknąć uszkodzenia słoików do konserw. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

8. Pozwól, aby woda się zagotowała. Umieść pokrywkę na szybkowarze do konserw.
9. Gotuj dużą łuszczącą się kaszę lub płatkowany materiał w temperaturze 15 psi przez jedną godzinę. Przed otwarciem poczekaj, aż szybkowar do konserw ostygnie i całkowicie się rozhermetyzuje.
10. Zdejmij pokrywę z szybkowaru do konserw w rękawicach żaroodpornych.
11. Wyjmij słoiki z puszkami z szybkowaru za pomocą szczypiec. Umieść słoiki na powierzchni odpornej na ciepło.
    UWAGA: Powstałym produktem pośrednim w tym momencie jest ugotowana kasza.
12. W przypadku stosowania materiałów z grysem płatkowym, wyprodukowanych przy użyciu protokołu opisanego przez Rausch i wsp.⁷, po ugotowaniu usuń materiał niebielniskowy szpatułką. Jeśli używasz przemysłowego grysu płatkowego, pomiń ten krok.

Rycina 2: Usunięcie materiału innego niż bielmo. a) Próbka grysu gotowanego przed usunięciem materiału innego niż bielmo, który uniósł się do góry podczas gotowania. b) Próbka grysu gotowanego po usunięciu materiału innego niż bielmo. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

13. Umieścić 30 g ugotowanego kaszu (na przetworzoną próbkę) w łódce do ważenia i suszyć w piecu w temperaturze 65 °C przez 12 godzin. Po wysuszeniu zmielić ugotowaną próbkę ziarna na drobny proszek za pomocą młynka do kawy i przechowywać w chłodnym, suchym miejscu do analizy fenoli.

2. Produkuj pieczoną kaszę

1. Pozostałą ugotowaną kaszę ułożyć na blasze wyłożonej folią.
   1. Aby zwiększyć przepustowość, należy jednocześnie wypiekać dwie próbki. Aby to zrobić, utwórz dwie foliowe łódeczki na blasze do pieczenia. Eliminuje to możliwość zanieczyszczenia krzyżowego między próbkami.

Rysunek 3: Umieszczenie ugotowanej kaszy na blasze do pieczenia. Dwie różne próbki ugotowanego ziarna umieszcza się w oddzielnych foliowych torebkach na blasze do pieczenia przed pieczeniem. Na zdjęciu łodzie są oznaczone zieloną taśmą. Zwiększyło to przepustowość protokołu, a jednocześnie zapewniło, że nie dojdzie do zanieczyszczenia krzyżowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Umieść naczynie do pieczenia zawierające dwie próbki w piecu konwekcyjnym nagrzanym do 107.2 °C (225°F) na 50 minut.
   1. Wymieszaj próbki po 25 minutach pieczenia, aby zapewnić równomierne pieczenie.
3. Po upływie 50 minut wyjąć naczynie do pieczenia zawierające pierwsze dwie próbki i pozostawić do ostygnięcia w temperaturze pokojowej na 30 minut.
4. Pod koniec okresu chłodzenia pobrać 30 g próbki z produktu pośredniego pieczonej gryszy. Umieścić tę próbkę w łódce wagowej w piecu w temperaturze 65 °C na 12 godzin. Po wysuszeniu zmielić upieczoną próbkę grysu na drobny proszek za pomocą młynka do kawy i przechowywać do analizy fitochemicznej.

3. Wyprodukuj końcowy produkt z prażonych płatków kukurydzianych

1. Upieczoną kaszę przetoczyć przez prasę do tortilli.
   1. Usuń pozostałą upieczoną kaszę z wyłożonego folią naczynia do pieczenia i ułóż je na kawałku pergaminu o długości około 1 m.
      UWAGA: Aby zwiększyć przepustowość, pomocne jest złożenie papieru pergaminowego wzdłuż do woreczka. Minimalizuje to ilość próbki traconej podczas następnego etapu walcowania.
   2. Powoli przełóż próbkę upieczonego ziarna w torebce przez prasę do tortilli. Uważaj, aby nie przyciąć palców w prasie.

Rysunek 4: Woreczek z papieru pergaminowego. a) Papier pergaminowy jest składany wzdłuż. b) Długa, otwarta strona torebki jest zagięta. c) Dłuższy bok jest ponownie zagięty pod kątem 10°. d) Krótsza, otwarta strona torebki jest zagięta. Będzie to strona torebki, która jest podawana przez prasę do tortilli. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Rozwałkowaną upieczoną kaszę pokroić w kwadraty o wymiarach 2,5 cm x 2,5 cm (1 na²). Użyj narzędzia, takiego jak nóż do pizzy, aby pokroić/naciąć rozwałkowane ciasto przez pergamin.

Rysunek 5. Krojenie rozwałkowanego ciasta na płatki. Rozwałkowane ciasto nacina się przez pergamin. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

3. Otwórz papier do pieczenia i pozostaw zwiniętą, pokrojoną, upieczoną kaszę do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez 12 godzin.
   1. Aby zwiększyć przepustowość, należy przechowywać wysuszoną próbkę w pokrytej folią łódce o temperaturze pokojowej do czasu, aż wiele próbek (zwykle 24 lub więcej) będzie gotowych do opiekania.
4. Rozgrzej piec konwekcyjny do 204.4 °C (400 °F). Umieść wysuszoną, nieprażoną próbkę płatków na płaskiej blasze do pieczenia. Rozprowadzić próbkę tak, aby minimalnie nakładała się na próbkę. Zapewnia to równomierne opiekanie.
5. Umieść próbkę w piecu na 60–90 s, aż osiągnie odpowiedni kolor (patrz Rysunek 6).

Rysunek 6: Prawidłowy kolor końcowych prażonych płatków kukurydzianych. Płatki kukurydziane po lewej stronie obrazka były opiekane przez odpowiedni czas. Płatki kukurydziane po prawej stronie obrazka były opiekane zbyt długo. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

6. Pozostawić próbkę do ostygnięcia przez około 5 minut w temperaturze pokojowej. W ten sposób uzyskuje się końcowy prażony płatek kukurydziany.
7. Zmiel próbkę prażonych płatków kukurydzianych na drobny proszek za pomocą młynka do kawy.

4. Analizy fitochemiczne i statystyczne

UWAGA: W zależności od dokładnej ilości interesującego produktu fitochemicznego i sprzętu laboratoryjnego dostępnego dla badaczy, te protokoły analityczne mogą ulec zmianie.

1. Określ zawartość fitochemiczną za pomocą protokołu, takiego jak ten opisany w Butts-Wilmsmeyer i wsp.³ Przestrzegaj wszystkich procedur bezpieczeństwa zawartych w protokołach.
2. Analizuj dane przy użyciu odpowiedniego modelu statystycznego.
   UWAGA: Te przykładowe dane zostały przeanalizowane przy użyciu podzielonego wykresu w RCBD, gdzie cała jednostka działki była działką polową, z której zebrano ziarno, a jednostka poddziałka była etapem przetwarzania. Analizy przeprowadzono w PROC MIXED of SAS (wersja 9.3), a rysunki sporządzono w języku R.

Results

Ten protokół pozwolił na pobieranie próbek i analizę wartości odżywczych przetworzonego produktu spożywczego z kukurydzy, płatków kukurydzianych, zaczynając od dużych płatków i przechodząc przez pośrednie etapy przetwarzania do produktu końcowego. Protokół ten został sprzężony z protokołem nakreślonym przez Rauscha i wsp.⁷ do produkcji składników łuszczącego się ziarna z próbek ziarna hybrydowego. W ten sposób przedstawiono informacje dotyczące zawartości składników odżywczych w próbkach hybrydowych analizowanych na etapie przetwarzania całego ziarna, dużego ziarna płatkowego, grysu gotowanego, grysu pieczonego i prażonych płatków kukurydzianych. Niezależnie od ocenianej odmiany hybrydowej, większość nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego została usunięta podczas mielenia na sucho (Rysunek 7). Kolejny spadek nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego nastąpił podczas gotowania. Spadek zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego obserwowany podczas gotowania może być spowodowany usunięciem niewielkiej ilości materiału niebielma, który pozostał w materiale o dużym płatkowym ziarnie. Kontrasty o wielu stopniach swobody wykazały, że zarówno zawartość kwasu ferulowego, jak i kwasu p-kumarowego pozostała stabilna przez pozostałą część przetwarzania, niezależnie od hybrydy (tabela 1).

Ponadto, początkowy ranking odmian hybrydowych pod względem zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego nie wskazywał na ranking hybryd na końcowym etapie przetwarzania (Tabela 2 i Rysunek 8). Innymi słowy, początkowa zawartość w całym ziarnie nie wskazywała na to, która hybryda będzie posiadała najbardziej nierozpuszczalny kwas ferulowy lub kwas p-kumarowy pod koniec przetwarzania. W związku z tym, aby zbadać cechy genetyczne leżące u podstaw cech odżywczych przetworzonych produktów spożywczych, do badania ziarna kukurydzy należy wykorzystać procesy w mikroskali.

Rysunek 7: Zmiana zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu fenolowego podczas przetwarzania. a) Zmiana zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego w trakcie przetwarzania. b) Zmiana zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu p-kumarowego podczas przetwarzania. WK: Całe ziarno, FG: Płatki grysu, CG: Grys gotowany, BG: Grys pieczony, DO: Prażony płatek kukurydziany. Różne punkty kolorystyczne reprezentują różne hybrydy. Rysunek pierwotnie opublikowany w informacjach uzupełniających Butts-Wilmsmeyer et al.⁴ Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 8: Wykres interakcji na etapie hybrydowym przez przetwarzanie. a) Wykres interakcji dla zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego. b) Wykres interakcji dla zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu p-kumarowego. Przecinające się linie wskazują na interakcję zmiany rangi, co oznacza, że ani nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego, ani nierozpuszczalnego związanego kwasu p-kumarowego w końcowych prażonych płatkach kukurydzianych nie można przewidzieć na podstawie początkowej zawartości któregokolwiek z tych fitochemikaliów w całym ziarnie. WK: Całe jądro, FG: Płatki płatkowe, DO: Prażony płatek kukurydziany. Rysunek pierwotnie opublikowany w informacjach uzupełniających Butts-Wilmsmeyer et al.⁴ Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

	Kwas ferulowy		p-Kwas kumarowy
hybryda	Wartość F	wartość p	Wartość F	wartość p
Zobacz materiał B73xMO17	0.07	0.93	0.34	0.72
Zobacz materiał B73xPHG47	0.02	0.98	0.61	0.55
LH1xMO17	0.08	0.93	0.14	0.87
PHJ40xLH123HT	0.32	0.73	0.74	0.48
PH207xPHG47	0.15	0.86	0.24	0.79
PHJ40xMO17	0.01	0.99	0.31	0.74
PHG39xPHZ51	0.06	0.94	0.07	0.93

Tabela 1: Kontrasty o wielu stopniach swobody testujące różnicę w zawartości nierozpuszczalnego związanego kwasu fenolowego w gotowanej kaszy, pieczonej kaszy i prażonych płatkach kukurydzianych.

	Kwas ferulowy		p-Kwas kumarowy
	Wartość F	wartość p	Wartość F	wartość p
Hybrydy	7.15	0.001	8.7	<0.001
Wsobne	4.07	0.007	6.57	<0.001
UWAGA: Wszystkie interakcje na etapie genotypu i przetwarzania były nieistotne przy α = 0,05.

Tabela 2: Znaczenie interakcji między genotypem a etapem przetwarzania.

Krok protokołu	Kluczowe informacje	Rozwiązywanie problemów	Zalecenia dotyczące wysokiej przepustowości
1.2 oraz 1.6	Połączenie tych dwóch kroków umożliwia podgrzanie wody bez rozbijania słoików do konserw.	NA	Podgrzanie połowy wody przed dodaniem słoików do konserw zwiększa przepustowość.
1.4	NA	NA	Wstępnie odmierz składniki. Podana ilość dotyczy jednego słoika, więc pomnóż objętość lub masę potrzebnych składników przez liczbę słoików użytych w kroku 1.4.2. Podziel powstałą mieszaninę równo między słoiki do konserw.
1.4 Uwaga	Nie pozwól, aby słoiki stykały się z krawędzią szybkowaru do puszkowania lub ze sobą. Pękną, a próbka zostanie utracona.	NA	NA
1.9 oraz 1.10	Woda powinna osiągnąć wrzask przed gotowaniem.	Jeśli kasza nie zostanie dokładnie ugotowana po jednej godzinie, sprawdź, czy ciśnienie zostało ustawione na 15 psi i czy woda osiąga pełne wrzenie, zanim pokrywka zostanie umieszczona na szybkowarze do konserw i ustawiony jest timer.	NA
1.13	Usuń materiał bez bielma, który unosi się na wierzchu podczas gotowania. Spowoduje to zniekształcenie wszelkich wyników fitochemicznych, jeśli zostaną pozostawione w próbce.	Jeśli materiał bez bielma nie unosi się do góry podczas gotowania, to kasza nie ugotowała się dokładnie. Zobacz informacje dotyczące kroków 1.9 i 1.10.	NA
1.15, 2.4 i 3.7	Zmiel próbkę na drobny proszek.	Jeśli analizy fitochemiczne nie działają, upewnij się, że próbka została zmielona na drobny proszek, tak aby większa powierzchnia była wystawiona na działanie rozpuszczalników.	NA
2.1	Nie pozwól, aby próbki stykały się ze sobą. Zostaną one skażone krzyżowo.	NA	Upiecz dwie próbki jednocześnie, tworząc dla nich indywidualne foliowe łódeczki na blasze do gotowania.
2.2.1	Wymieszaj próbkę po 25 minutach, aby zapewnić równomierne pieczenie.	Jeśli próbka nie wydaje się być równomiernie upieczona, mieszaj w częstszych odstępach czasu (np. co 15 minut).	NA
3.1	Umieść upieczone ciasto na kaszę w woreczku z pergaminu. Gwarantuje to, że próbka nie zostanie utracona podczas prasowania.	Jeśli próbka zacznie wychodzić z końca torebki z pergaminem, wydłuż torebkę. Okazało się, że 1 m wydaje się wystarczające.	NA
3.2	Pozostaw torebkę z pergaminem zamkniętą.	Jeśli narzędzie tnące przecina pergamin, użyj bardziej narzędzia.	Stwierdziliśmy, że nóż do pizzy jest najlepszym narzędziem do krojenia upieczonej kaszy na kwadraty. Nie przecięliśmy pergaminu za pomocą tego narzędzia, ale upieczone ziarna nadal można było bardzo szybko pokroić na kwadraty.
3.5	Poczuj się bardzo komfortowo z kolorem i nie opiekaj zbyt długo.	Jeśli próbka stanie się zbyt ciemna, skróć czas potrzebny na opiekanie.	Przechowuj wiele próbek suszonego ziarna do pieczenia w osobnych, pokrytych folią łodziach wagowych, aż wiele próbek będzie gotowych do opiekania.

Tabela 3: Tabela krytycznych kroków, kroków rozwiązywania problemów i zaleceń.

Discussion

Zmiany w zawartości składników odżywczych w produktach spożywczych na bazie kukurydzy w trakcie przetwarzania są prawdopodobnie spowodowane usunięciem składników wzmacniających i stresem termicznym ^5,10. Jednak dokładny wpływ przetwarzania na różne składniki odżywcze był badany stosunkowo mało szczegółowo przed opracowaniem tego protokołu ^4,8. Ponadto, ze względu na dużą skalę większości protokołów przetwarzania laboratoryjnego, często niemożliwe było zbadanie genetycznych podstaw cech sensorycznych i odżywczych ziarna kukurydzy⁸. W artykule przedstawiamy metodę laboratoryjną w mikroskali do badania cech odżywczych i sensorycznych kukurydzy w procesie przetwarzania produktów spożywczych.

Protokół ten umożliwiał pobieranie próbek na etapie płatkowania, po ugotowaniu, po upieczeniu i po siłach ścinających napotkanych podczas walcowania. W związku z tym, dzięki dodatkowej analizie zebranego ziarna kukurydzy, protokół ułatwia analizę podłoża na etapie początkowym, a także końcowego produktu spożywczego i pośrednich etapów przetwarzania w celu wyjaśnienia zmian w składzie związanym z odżywianiem. Ta kluczowa cecha protokołu umożliwia analizę cech odżywczych i sensorycznych w trakcie przetwarzania, a jednocześnie umożliwia badaczowi wybór protokołów chemii analitycznej, które zostaną użyte do tych konkretnych analiz. Kolejną kluczową cechą tego protokołu jest wydajność tego protokołu w mikroskali. Po pierwsze, w protokole tym wykorzystuje się małą próbkę, która jest odpowiednia w warunkach hodowli roślin (tabela 3). Jeden kg ziarna miał tendencję do wytwarzania około 0,3 kg dużych składników ziarna płatkowego, a około jedna trzecia wyprodukowanych składników dużej ziarnistości płatkowej była potrzebna do przetworzenia. Po drugie, protokół ten pozwalał na laboratoryjne przetwarzanie około 16 próbek dziennie, co jest znacznie bardziej wydajne niż poprzedni protokół, który wymagał dużych rozmiarów^próbek6.

Protokół ten można łatwo zmodyfikować, aby naśladować produkcję innych przetworzonych produktów spożywczych z kukurydzy. Na przykład duże płatki grysu są wykorzystywane do produkcji różnych przekąsek, a także gotowych do spożycia płatków śniadaniowych⁹. Protokół laboratoryjny dotyczący produkcji tych przekąsek może z pewnością obejmować dostosowanie czasów gotowania i roztworów do gotowania lub dostosowanie czasu pieczenia. Możliwe jest również, że zaadaptowana wersja tego protokołu może zostać wykorzystana do badania innych zbóż i ich odpowiednich produktów przetworzonych. Przetworzone produkty zbożowe często obejmują etapy gotowania, pieczenia lub opiekania, które można naśladować za pomocą zaadaptowanej wersji przedstawionego tutaj protokołu.

Istotnym ograniczeniem tego protokołu jest to, że ma on bardzo mało punktów zatrzymania, tj. po rozpoczęciu etapu przetwarzania należy go zakończyć wraz z kolejnymi krokami (tabela 3). Po wyprodukowaniu ugotowanej kaszy z płatków występuje jeden punkt zatrzymania. Tylko w razie potrzeby ugotowaną kaszę można umieścić w szczelnie zamkniętym pojemniku (np. szczelnie zamkniętym słoiku do konserw) i przechowywać w lodówce przez maksymalnie dwa dni. Jednak przechowywanie ugotowanej kaszy przez dłuższy czas wydaje się zmieniać próbkę. Co więcej, po rozpoczęciu pieczenia nie ma punktów zatrzymania, dopóki upieczone ciasto nie zostanie rozwałkowane, pokrojone i wysuszone.

Konkluzja

Dzięki tym przykładowym wynikom (patrz Butts-Wilmsmeyer i wsp.⁴ Aby uzyskać więcej informacji), wykazaliśmy, że zawartość składników odżywczych może być monitorowana przez cały okres przetwarzania. Ponadto zidentyfikowano kluczowe etapy przetwarzania, na których zaszły zmiany żywieniowe. Dodatkowo, mała wielkość próby wymagana dla tego protokołu przetwarzania umożliwiła badanie wielu hybryd w kontekście programu hodowli roślin. Korzystając z tych hybryd, zidentyfikowaliśmy, który zestaw hybryd utrzymywał najwyższe stężenia nierozpuszczalnego związanego kwasu ferulowego i kwasu p-kumarowego podczas przetwarzania. Cechy te są ważnymi wskaźnikami potencjału prebiotycznego końcowych prażonych płatków kukurydzianych. 11,12,13 Wyniki te mogą być bezpośrednio wykorzystane do pomocy hodowcom roślin w tworzeniu populacji hodowlanych w celu zwiększenia potencjału prebiotycznego przetworzonych produktów kukurydzianych.

Jedną z głównych zalet tego protokołu przetwarzania jest to, że nie ogranicza on analiz żywieniowych, które można przeprowadzić. Jeśli istnieje protokół fitochemiczny do analizy ziarna, można go wykorzystać do badania przetworzonych produktów. Ponadto, ponieważ ten protokół przetwarzania umożliwia niezależne przeprowadzanie przetwarzania żywności na skalę laboratoryjną i analiz żywieniowych, można badać wiele fitochemikaliów. W protokołach analitycznych do badania zawartości fitochemicznej należy stosować małe rozmiary próbek, jednak ze względu na niewielką ilość pośrednich i końcowych produktów przetwarzania wytworzonych przy użyciu protokołu przetwarzania na skalę laboratoryjną.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Szybkowar do konserw	Wisconsin Aluminium Foundry Co.	Model 921	Można użyć dowolnego, ale powinien być wystarczająco duży, aby pomieścić wiele słoików do konserw
Pojedynczy palnik lub duża płyta grzewcza	Waring Professional	Model SB30	Można użyć dowolnego, ale powinien być na tyle duży, aby szybkowar do konserw można było bezpiecznie umieścić na palniku lub płycie grzejnej
1 litr słoików do konserw z szerokimi ustami	Kula	1440096258	Można użyć dowolnego, ale powinny to być litrowe słoiki z szerokimi ustami
1 l Zlewka	Fisher Scientific	09-841-104
Talerz mieszający	Corning	6796420D
Mieszadło magnetyczne	Fisher Scientific	14-513-67
1 L Cylinder z podziałką	Kimble	20027500
Szpatułka	Wal-Mart	552145280
Gorące podkładki	Wal-Mart	556501140
Scale	Dowolna	Ameryka Północna	Mettler Toledo Model MS105DU lub podobne
łodzie wagowe	Fisher Scientific	08-732-113
Cukier	Wal-Mart	9259244
Salt	Morton (zakupiony w Wal-Mart 9244849
Płynny ekstrakt słodowy	By the Cup (zakupiony na Amazon)	NA	https://www.amazon.com/Barley-Malt-Extract-Syrup-Bottle/dp/B01N4SK72C
Taśma do etykietowania	Fisher Scientific	15966
Marker permanentny	Wal-Mart	55529894
Piec konwekcyjny	Wal-Mart	1598495
Forma do pieczenia (zwykle dołączona do piekarnika)	Wal-Mart	1598495
Folia do gotowania	Wal-Mart	564264789
Prasa do tortilli	E& Hotel & Wyposażenie i zaopatrzenie restauracji	CTM-2000
Papier pergaminowy	Reynolds (zakupiony w Wal-Mart)	551219672
Nóż do pizzy	Farberware (zakupiony w Wal-Mart)
Stojaki chłodzące	Flytt (zakupione na Amazon)	NA	https://www.amazon.com/dp/B075HQY627/ref=sspa_dk_detail_7?psc=1&pd_rd_i=B075HQY627&pd_rd_wg=WaJol&pd_rd_r=SF07KCHMP753WAPG6ED4&pd_rd_w=2BOwf
SAS wersja 9.4	SAS Institute	wersja 9.4
R	R Foundation for Statistical	Computing Version 3.4.0