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.
Artykuł metodologiczny
Wysokowydajny, mikroskalowy protokół analizy parametrów przetwarzania i wartości odżywczych kukurydzy (Zea mays L.)
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
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.
Wprowadzenie
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.
Protokół
1. Przygotowanie ugotowanych kaszy kukurydzianej
- Postaw garnek do konserwowania o pojemności 15 l na elektryczne płytkę grzewczą.
- Dodaj 1 l wody z kranu do garnka do konserwowania pod ciśnieniem i podgrzewaj do 100 °C.
- Podczas gdy woda się ogrzewa, umieść próbkę 100 g przemysłowych kruszywa do płatkowania lub materiału do płatkowania (zawartość wilgoci 12%, w podstawie wilgotnej)7 w słoiku konserwacyjnym o pojemności 1 kwarty
UWAGA: Reprezentatywne wyniki tej pracy oparte są na materiałach ściernych produkowanych przez firmę Macke i in.9 z zastosowaniem opisanego przez Rauscha protokołu mielenia suchego w skali laboratoryjnej i in.7 - Dodaj roztwór cukrowo-solny składający się z 200 mL wody destylowanej, 2 g soli, 6 g białego cukru kryształowego i 2 g płynnego ekstraktu słodowego.
UWAGA: Można analizować wiele próbek jednocześnie, choć dokładna liczba próbek zależy od wielkości garnka ciśnieniowego do konserwowania. - Wymieszaj roztwór z materiałem ściernym za pomocą szklanej bagietki.
- Po tym, jak wody w garnku ciśnieniowym do konserwowania zacznie wrzeć, dodaj 1 l wody z kranu, aby ochłodzić wodę w garnku ciśnieniowym do konserwowania.
- Umieść słoje w autoclawie do konserw tak, aby były równo oddalone od siebie i od ściany autoclawu.
Rysunek 1: Ustawienie słoików konserwowych w garnku ciśnieniowym do konserwowania. Słoiki konserwowe powinny być rozmieszczone w równych odległościach od siebie nawzajem i od ścianek garnka ciśnieniowego, aby zapewnić jednolite gotowanie oraz uniknąć uszkodzenia słoików. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
- Stwórz warunki, aby woda doszła do silnego wrzenia. Nałóż pokrywę na garnitur do konserwowania.
- Gotuj grubo mielone krupy lub materiał krupowy przez 1 h pod ciśnieniem 15 psi. Poczekaj, aż garnitur do konserwowania całkowicie się schłodzi i dekompresyjnuje, zanim go otworzysz.
- Ściągnij pokrywę z garnituru do konserwowania, używając rękawic odpornych na ciepło.
- Wyjmij słoiki z garnituru do konserwowania za pomocą szczypiec. Umieść słoiki na powierzchni odpornej na ciepło.
UWAGA: Produkt pośredni uzyskany w tym etapie to ugotowane krupy. - Jeśli stosuje się materiał krupowy przygotowany zgodnie z protokołem opisanym przez Rausch et al.7,, po ugotowaniu usuń materiał niebędący endospermem za pomocą szpatułki. Jeśli stosuje się przemysłowe krupy, pomij ten krok.
Rycina 2: Usunięcie materiału niebędącego endospermem. (a) Próbka ugotowanych krup przed usunięciem materiału niebędącego endospermem, który wypłynął na powierzchnię podczas gotowania. (b) Próbka ugotowanych krup po usunięciu materiału niebędącego endospermem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
- Umieść 30 g ugotowanych kaszy (na każdą próbkę) w misce wagowej i wysusz w piekarniku w temperaturze 65 °C przez 12 h. Po wysuszeniu zmiel próbkę ugotowanej kaszy na drobny proszek za pomocą młynka do kawy i przechowuj w chłodnym, suchym miejscu w celu analizy fenoli.
2. Przygotowanie pieczonych kasz kukurydzianych
- Umieść pozostałe ugotowane kasze na blasze pokrytej folią aluminiową.
- Aby poprawić przepustowość, piecz dwa próbki równocześnie. W tym celu przygotuj dwie foremki z folii aluminiowej na jednej blasze. Eliminuje to możliwość zanieczyszczenia krzyżowego między próbkami.
Rycina 3: Umieszczenie ugotowanych kaszy na blasze do pieczenia. Dwa różne próbki ugotowanej kaszy umieszcza się w oddzielnych foliowych łódkach na blasze do pieczenia przed poddaniem ich procesowi pieczenia. Łódki są oznaczone zieloną taśmą na zdjęciu. Pozwoliło to zwiększyć przepustowość protokołu, jednocześnie zapobiegając zanieczyszczeniu krzyżowemu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
- Umieść naczynie do pieczenia zawierające dwa próbki w nagrzanym wcześniej piekarniku konwekcyjnym w temperaturze 107,2 °C (225°F) na 50 min.
- Po 25 minutach pieczenia wymieszaj próbki, aby zapewnić równomierne wysuszenie.
- Po upływie 50 minut wyjmij naczynie do pieczenia zawierające pierwsze dwie próbki i pozostaw do ostygnięcia w temperaturze pokojowej przez 30 min.
- Po zakończeniu okresu chłodzenia pobierz próbkę 30 g wypieczonego półproduktu z krupy. Umieść tę próbkę w miseczce wagowej w piekarniku w temperaturze 65 °C na 12 h. Po wysuszeniu rozdrób próbkę wypieczonej krupy na drobny proszek za pomocą młynka do kawy i przechowuj ją do analizy fitochemicznej.
3. Otrzymanie gotowego produktu z prażonych płatków kukurydzianych
- Przeprowadź upieczone krupy przez prasę do tortill.
- Wyjmij pozostałe upieczone krupy z naczynia wyłożonego folią i umieść je na kawałku papieru pergaminowego o długości około 1 m.
UWAGA: Aby zwiększyć wydajność, warto złożyć papier pergaminowy wzdłużnie w formie torebki. Minimalizuje to ilość próbki traconej podczas kolejnego etapu przetaczania. - Stopniowo przeprowadź próbkę upieczonych kruszyn w torebce przez prasę do tortill. Uważaj, by nie przygnieść palców prasą.
- Wyjmij pozostałe upieczone krupy z naczynia wyłożonego folią i umieść je na kawałku papieru pergaminowego o długości około 1 m.
Rycina 4: Płatek papieru pergaminowego. (a) Papier pergaminowy jest zginany wzdłuż. (b) Długa, otwarta krawędź płatka jest zginana na wierzch. (c) Długa krawędź jest zginana ponownie pod kątem 10°. (d) Krótka, otwarta krawędź płatka jest zginana na wierzch. Będzie to strona płatka, która zostanie przepuszczona przez prasę do tortilli. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
- Pokrój upieczone zasmażane kasze na kawałki o wymiarach 2,5 cm x 2,5 cm (1 cal2kwadraty. Wykorzystaj narzędzie, takie jak rżnica do pizzy, aby przekroić/przesunąć po zrolowanym cieście przez papier pergaminowy.
Rysunek 5. Krojenie rozwałowanego ciasta na płatki. Rozwałowane ciasto nacina się przez papier pergaminowy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
- Otwórz papier pergaminowy i pozostaw wycięte, upieczone płatki krupy do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez 12 h.
- Aby zwiększyć wydajność, przechowuj wysuszone próbki w misce wagowej przykrytej folią aluminiową w temperaturze pokojowej, aż będzie gotowych kilka próbek (zwykle 24 lub więcej) do przypiekania.
- Wstępnie nagрей piekarnik konwekcyjny do temperatury 204,4 °C (400 °F). Umieść wysuszone, nieprzypieczone próbki płatków na płaskim blaszku do pieczenia. Rozłóż próbki tak, aby zachodziły na siebie jak najmniej. Zapewni to równomierne przypieczenie.
- Umieść próbkę w piekarniku na 60–90 s, aż osiągnie odpowiedni kolor (patrz Rycina 6).
Rysunek 6: Poprawny kolor gotowych prażonych płatków kukurydzianych. Płatki kukurydziane po lewej stronie zdjęcia zostały prażone odpowiednią ilość czasu. Płatki kukurydziane po prawej stronie zdjęcia zostały prażone zbyt długo. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
- Odłóż próbkę do ostygnięcia na około 5 min w temperaturze pokojowej. Otrzymano w ten sposób gotowe, prażone płatki kukurydziane.
- Zmiel ostygniętą próbkę płatków kukurydzianych na drobny proszek za pomocą młynka do kawy.
4. Analizy fitokhemii i analizy statystyczne
UWAGA: W zależności od konkretnego fitochemicznego związku oraz dostępnych w laboratorium urządzeń, protokoły analityczne mogą ulec zmianie.
- Określ zawartość fitochemikaliów, stosując protokół, taki jak opisany w pracy Butts-Wilmsmeyer et al.3. Postępuj zgodnie ze wszystkimi procedurami bezpieczeństwa podanymi w protokołach.
- Przeanalizuj dane, stosując odpowiedni model statystyczny.
UWAGA: Przykładowe dane zostały przeanalizowane za pomocą układu podpodziału w CRBD, gdzie jednostką główną była dółka polowa, z której zebrano ziarno, a jednostką podpodziału – etap przetwarzania. Analizy przeprowadzono w programie PROC MIXED pakietu SAS (wersja 9.3), a rysunki sporządzono w języku R.
Wyniki
Niniejszy protokół umożliwił pobieranie próbek i analizę żywieniową przetworzonego produktu spożywczego z kukurydzy, płatków kukurydzianych, począwszy od grubych kruchów do płatkowania, poprzez pośrednie etapy przetwarzania, aż do produktu końcowego. Protokół ten został powiązany z procedurą opisaną przez Rausch et al.7 w celu uzyskania komponentów kruchów do płatkowania z próbek ziarna hybrydowego. Przedstawiono zatem informacje dotyczące zawartości składników odżywczych w próbkach hybryd analizowanych na etapach: pełnego ziarna, grubych kruchów do płatkowania, kruchów gotowanych, kruchów pieczonych oraz prażonych płatków kukurydzianych. Niezależnie od ocenianej odmiany hybrydowej, większość nierozpuszczalnego kwasu ferulowego i p-kumarowego została usunięta podczas mielenia na sucho (Rysunek 7). Kolejny spadek zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego i p-kumarowego nastąpił podczas gotowania. Obserwowany podczas gotowania spadek zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego i p-kumarowego może wynikać z usunięcia niewielkiej ilości materiału niebędącego endospermą, który pozostał w materiale z grubych kruchów do płatkowania. Kontrasty wielostopniowe wykazały, że zawartość zarówno kwasu ferulowego, jak i p-kumarowego pozostała stabilna w dalszej części procesu przetwarzania, niezależnie od hybrydy (Tabela 1).
Ponadto pierwotna klasyfikacja odmian hybrydowych pod kątem zawartości nierozpuszczalnego kwasu ferulowego oraz kwasu p-kumarowego nie odzwierciedlała rankingu hybryd na końcowym etapie przetwarzania (Tabela 2 oraz Rycina 8). Innymi słowy, początkowa zawartość w całym ziarnie nie pozwalała przewidzieć, która hybryda będzie posiadać najwięcej nierozpuszczalnego kwasu ferulowego lub p-kumarowego po zakończeniu przetwarzania. W związku z tym, aby badać cechy genetyczne leżące u podstaw właściwości żywieniowych przetworzonych produktów spożywczych, do badania ziaren kukurydzy należy stosować procesy w skali mikro.
Rysunek 7: Zmiana zawartości kwasów fenolowych związanych z frakcją nierozpuszczalną w przebiegu przetwarzania. (a) Zmiana zawartości kwasu ferulowego związanego z frakcją nierozpuszczalną w trakcie przetwarzania. (b) Zmiana zawartości p-kumarowej kwasu związany w frakcji nierozpuszczalnej podczas przetwarzania. WK: całe ziarno, FG: kasza do płatkowania, CG: kasza gotowana, BG: kasza pieczona, TO: prażone płatki kukurydziane. Różne kolory punktów reprezentują różne hybrydy. Rysunek pierwotnie opublikowany w materiałach uzupełniających Butts-Wilmsmeyer i inni4 Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 8: Wykres interakcji dla oddziaływania hybrydy i etapu przetwarzania. (a) Wykres interakcji dla zawartości kwasu ferulowego związanego z frakcją nierozpuszczalną. (b) Wykres interakcji dla zawartości nierozpuszczalnej kwasu p-kumarowego. Przecinające się linie wskazują na interakcję ze zmianą rangi, co oznacza, że zawartości ani nierozpuszczalnego kwasu ferulowego, ani nierozpuszczalnego kwasu p-kumarowego w końcowym prażonym płatku kukurydzianym nie można przewidzieć na podstawie początkowej zawartości któregokolwiek z tych fitochemicznych związków w całym ziarnie. WK: Całe Ziarno (Whole Kernel), FG: Kasza Kukurydziana (Flaking Grit), TO: Prażony Płatek Kukurydziany (Toasted Cornflake). Rysunek pierwotnie opublikowany w materiałach uzupełniających Butts-Wilmsmeyer i in.4 Prosimy o kliknięcie tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.
| Kwas ferulowy | Kwas p-kumarowy | |||
| Hybryda | Fwartość p | pwartość p | Fwartość p | pwartość p |
| B73xMO17 | 0.07 | 0.93 | 0.34 | 0.72 |
| 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 wielostopniowe testujące różnice w zawartości nierozpuszczalnych kwasów fenolowych w gotowanej kaszy kukurydzianej, pieczonej kaszy kukurydzianej oraz prażonych płatkach kukurydzianych.
| Kwas ferulowy | Kwas p-kumarowy | |||
| Fwartość p | wartość p | Fwartość p | wartość p | |
| Hybrydy | 7.15 | 0.001 | 8.7 | <0.001 |
| Linie inbredowe | 4.07 | 0.007 | 6.57 | <0.001 |
| UWAGA: Wszystkie interakcje między rokiem, genotypem a etapem przetwórstwa były nieistotne statystycznie przy α = 0,05. | ||||
Tabela 2: Istotność interakcji genotyp × etap przetwarzania.
| Krok protokołu | Kluczowe informacje | Rozwiązywanie problemów | Rekomendacje wysokoprzepustowe |
| 1,2 i 1,6 | Połączenie tych dwóch kroków umożliwia podgrzewanie wody bez ryzyka stłuczenia słoików do konserwowania. | ND | Podgrzanie połowy wody przed dodaniem słoików do pasteryzacji zwiększa wydajność procesu. |
| 1.4 | ND | ND | Odważ i odmierz składniki. Podane ilości dotyczą jednego słoika, dlatego należy pomnożyć objętość lub masę potrzebnych składników przez liczbę słoików użytych w kroku 1.4.2. Rozdziel otrzymaną mieszaninę równomiernie pomiędzy słoiki do konserwowania. |
| 1.4 uwaga | Należy dopilnować, aby słoiki nie stykały się z krawędzią autoklawa ani ze sobą nawzajem. Mogą one pęknąć, co doprowadzi do utraty próbek. | N/D | Brak danych |
| 1,9 i 1,10 | Woda powinna osiągnąć wrzenie przed rozpoczęciem gotowania. | Jeśli kasza kukurydziana nie jest całkowicie ugotowana po 1 h, należy sprawdzić, czy ciężarek zaworu był ustawiony na 15 psi oraz czy woda osiągnęła pełny wrzątek przed zamknięciem pokrywy autoklawa i uruchomieniem czasomierza. | ND |
| 1.13 | Usuń materiał niebędący endospermą, który wypływa na powierzchnię podczas gotowania. Pozostawienie go w próbce zafałszowałoby wyniki analizy fitochemicznej. | Jeśli materiał niebędący endospermem nie wypłynie na powierzchnię podczas gotowania, oznacza to, że kasza nie została ugotowana dokładnie. Patrz informacje dotyczące kroków 1.9 i 1.10. | Brak danych |
| 1,15, 2,4 i 3,7 | Przetrzeć próbkę na drobny proszek. | Jeśli analizy fitochemiczne nie przynoszą oczekiwanych rezultatów, należy upewnić się, że próbka została zmielona na drobny proszek, aby zwiększyć powierzchnię kontaktu z rozpuszczalnikami. | ND |
| 2.1 | Należy dopilnować, aby próbki nie stykały się ze sobą, aby uniknąć kontaminacji krzyżowej. | ND | Wypiecz dwie próbki jednocześnie, przygotowując dla nich oddzielne łódeczki z folii aluminiowej na blaszce do pieczenia. |
| 2.2.1 | Zamieszać próbkę po 25 minutach, aby zapewnić równomierne wypiekanie. | Jeśli wydaje się, że próbka nie wypiekła się równomiernie, należy mieszać ją w krótszych odstępach czasu (np. co 15 min). | ND |
| 3.1 | Umieść wypieczone ciasto z gritu w kopercie z papieru pergaminowego. Zapobiega to utracie próbki podczas prasowania. | Jeśli próbka zacznie wysuwać się z końca koperty z papieru pergaminowego, należy wydłużyć kopertę. Ustalono, że długość 1 m wydaje się być wystarczająca. | NA |
| 3.2 | Pozostaw zamkniętą kopertę z papieru pergaminowego. | Jeśli narzędzie tnące przebije papier pergaminowy, należy użyć narzędzia o mniej ostrym zakończeniu. | Stwierdzono, że najlepszym narzędziem do krojenia upieczonej kaszki kukurydzianej w kwadraty okazał się krojacz do pizzy. Używając tego narzędzia nie przecięto papieru do pieczenia, a mimo to upieczoną kaszkę można było bardzo szybko pokroić w kwadraty. |
| 3.5 | Należy uważnie obserwować zmianę barwy i nie doprowadzić do zbyt długiego przypalenia. | Jeśli próbka stanie się zbyt ciemna, należy skrócić czas prażenia. | Przechowywać wiele wysuszonych próbek grit piekarniczego w oddzielnych, przykrytych folią łódkach wagowych, aż wszystkie próbki będą gotowe do wypalania. |
Tabela 3: Tabela kluczowych kroków, rozwiązywania problemów i zaleceń.
Dyskusja
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 rozmiarówpróbek6.
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.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy chcieliby podziękować Tomowi Pattersonowi i Zespołowi Technologii Analitycznych w Dow AgroSciences za korzystanie z ich urządzeń laboratoryjnych i za ich mentoring. Praca ta została częściowo sfinansowana z darowizn od Kellogg Company i Dow AgroSciences oraz z grantu USDA Hatch Grant, nagrody ILLU-802-354. Wsparcie studentów dla CJBW zostało zapewnione przez Illinois Distinguished Fellowship oraz William B. and Nancy L. Ambrose Fellowship in Crop Sciences.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 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 |
Bibliografia
- United States Department of Agriculture. National Agricultural Statistics Service. , (2017).
- USDA. ERS. , (2017).
- Butts-Wilmsmeyer, C. J., Mumm, R. H., Bohn, M. O. Concentration of Beneficial Phytochemicals in Harvested Grain of U.S. Yellow Dent Maize (Zea mays L.) Germplasm. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 65 (38), 8311-8318 (2017).
- Butts-Wilmsmeyer, C. J., et al. Changes in phenolic acid content in maize during food product processing. Journal of Agricultural and Food. , (2018).
- Dewanto, V., Wu, X. Z., Liu, R. H. Processed sweet corn has higher antioxidant activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (17), 4959-4964 (2002).
- Fast, R. B., Caldwell, E. F. Breakfast cereals and how they are made. Breakfast cereals and how they are made. , Ed. 2, (2000).
- Rausch, K. D., et al. Laboratory measurement of yield and composition of dry-milled corn fractions using a shortened, single-stage tempering procedure. Cereal Chemistry. 86 (4), 434-438 (2009).
- Kandhola, G. Processing and Genetic Effects on Resistant Starch in Corn Flakes. , University of Illinois at Urbana-Champaign. M.S. thesis (2015).
- Macke, J. A., Bohn, M. O., Rausch, K. D., Mumm, R. H. Genetic factors underlying dry-milling efficiency and flaking-grit yield examined in us maize germplasm. Crop Science. 56 (5), 2516-2526 (2016).
- Somavat, P., et al. A new lab scale corn dry milling protocol generating commercial sized flaking grits for quick estimation of coproduct yield and composition. Industrial Crops and Products. 109, 92-100 (2017).
- Adam, A., et al. The bioavailability of ferulic acid is governed primarily by the food matrix rather than its metabolism in intestine and liver in rats. Journal of Nutrition. 132 (7), 1962-1968 (2002).
- Rumpagapom, P. Structural Features of Cereal Bran Arabinoxylans Related to Colon Fermentation Rate. , Purdue University. PhD thesis (2011).
- Wong, J. M. W., de Souza, R., Kendall, C. W. C., Emam, A., Jenkins, D. J. A. Colonic health: Fermentation and short chain fatty acids. Journal of Clinical Gastroenterology. 40 (3), 235-243 (2006).
Przedruki i uprawnienia
