الفائق، بروتوكول Microscale لتحليل المعالجة البارامترات والصفات الغذائية في الذرة (ميس زيا ل.)
Summary
نقدم هنا، بروتوكول عبارة لتجهيز عينات الحبوب وإدماج هذا النهج microscale في خط أنابيب تحليلية الفائق. وهذا تكيف إنتاجية أعلى من البروتوكولات المتوفرة حاليا.
Abstract
تعد الذرة محاصيل الحبوب هامة في الولايات المتحدة وفي جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، يجب معالجة حبوب الذرة قبل الاستهلاك البشري. وعلاوة على ذلك، تختلف بين هجن الذرة خصائص تكوين وتجهيز الحبوب الكاملة ويمكن أن يؤثر على نوعية المنتج النهائي المجهزة. ولذلك، من أجل إنتاج المنتجات الغذائية المجهزة أكثر صحة من الذرة، من الضروري معرفة كيفية تحسين معالجة معلمات لمجموعات خاصة من المواد الوراثية لمراعاة هذه الفروق في خصائص تكوين وتجهيز الحبوب. وهذا يشمل أفضل فهم لتقنيات المعالجة الحالية كيف تؤثر الجودة التغذوية للمنتجات الغذائية المجهزة الختامي. هنا، يمكننا وصف بروتوكول microscale يحاكي خط أنابيب المعالجة لإنتاج رقائق الذرة من الحصى يتساقط كبيرة ويسمح لتجهيز عينات الحبوب متعددة في وقت واحد. يمكن تحليلها الحصى يتساقط، والمنتجات المصنعة الوسيطة، أو المنتجات المجهزة الختامي، فضلا عن الحبوب الذرة نفسها، للمحتوى الغذائي كجزء من خط أنابيب التحليلية الفائق. هذا الإجراء قد وضعت خصيصا لإدراجها في برنامج بحوث تربية ذرة، وأنه يمكن تعديلها لمحاصيل الحبوب الأخرى. نحن نقدم مثالاً لتحليل حمض فيروليك غير قابلة للذوبان زمنياً ومحتوى حمض فكوماريك في الذرة. وأخذت العينات في خمس مراحل التجهيز المختلفة. نظهر أن أخذ العينات يمكن أن يحدث في مراحل متعددة خلال microscale التجهيز، أن أسلوب المعالجة يمكن أن تستخدم في سياق الذرة المتخصصة تربية البرنامج، وأنه في المثال الخاص بنا، وانقطع معظم المحتوى الغذائي أثناء تجهيز المنتجات الغذائية.
Introduction
الذرة (ميس زيا L.) من محاصيل الحبوب المزروعة على نطاق واسع في الولايات المتحدة1. في عام 2016، كرست 71.12 بیلیون كجم (2.8 بیلیون بوشل) من الذرة للاستهلاك البشري2، مما يشير إلى أهمية الذرة في النظام الغذائي الأميركي. واحدة من فوائد كبيرة من حبوب الذرة هو أنها سلعة غير مكلفة نسبيا، ولكن كما أنه يحتوي على المواد الكيميائية النباتية المفيدة مثل phenolics، والأحماض الدهنية غير المشبعة، والبروتين3. على هذا النحو، قد تكون المنتجات الغذائية القائمة على الذرة مصادر رخيصة نسبيا من المواد الكيميائية النباتية المفيدة للبشر.
ومع ذلك، يجب معالجة الذرة قبل الاستهلاك البشري. نتيجة لذلك تأثير أنشطة تجهيز غالباً القيمة التغذوية ل المنتجات الغذائية المجهزة الختامي4. على سبيل المثال، أثناء إنتاج الأغذية الخفيفة وحبوب الإفطار الجاهزة للأكل (أي الحبوب الباردة)، حبات الذرة جافة ناعم لإنتاج الحصى يتساقط كبيرة. أثناء الطحن الجاف، النخالة والجرثومية هي فعلياً إزالة، تاركاً فقط السويداء المواد. حيث توجد العديد من المواد الكيميائية النباتية غالباً في النخالة أو الجرثومية (مثلاً، فينوليكس، والأحماض الدهنية غير المشبعة، على التوالي)، قد يؤدي هذا إلى انخفاض كبير في القيمة التغذوية ل المنتجات الغذائية المجهزة4. وفي المقابل، خطوات التجهيز النهائي قد تحسين القيمة الغذائية. على سبيل المثال، تتضمن العديد من تقنيات تجهيز المنتجات الغذائية الطبخ أو الخبز، أو شرب نخب. قد واجهت خلال هذه المراحل الحرارية وتشدد على تحسين التوافر البيولوجي للمواد الكيميائية النباتية المفيدة5.
من منظور الإنسان التغذية وعلوم الأغذية، سيكون للاهتمام أن نعرف كيف يؤثر معالجة ليس فقط القيمة التغذوية للمنتجات الغذائية المجهزة ولكن، على المدى المنظور، أيضا كيف قد تؤثر التعديلات إلى المعالجة البارامترات الأخرى الحسية الصفات، بما في ذلك اللون والملمس والمذاق. يمكن استخدام بروتوكول يسمح لمثل هذه الصفات التي يتعين رصدها في جميع أنحاء التجهيز لتحديد أصناف الذرة لتحسين المنتج النهائي تجهيز الأغذية الذرة. اثنان من العقبات الرئيسية أمام تحليل مثل هذه الخصائص في الماضي أن حجم وسرعة النقل من البروتوكولات المتوفرة. على سبيل المثال، أثناء إنتاج حبوب الإفطار للتحليلات المختبرية، سريعة وكالدويل6 اقترح استخدام 45.4 كجم من الحصى يتساقط كبيرة. هذه الكتلة من الحصى يتساقط كبير يفوق بكثير كمية كبيرة من الحصى يتساقط أو كبيرة يتساقط حصى المواد7 التي يمكن أن تنتج من التجارب الميدانية قطعة الأرض الصغيرة التي نموذجية في برامج تربية النباتات. وهكذا، يمكن وضع بروتوكول عبارة مختبر لإنتاج المنتجات الغذائية المجهزة مربي النباتات (1) لتحسين أصناف الذرة للصفات الحسية والغذائية ذات أهمية بالنسبة لمجهزي الأغذية والمعالجات (2) إلى كفاءة تصميم واختبار استراتيجيات المعالجة البديلة.
في هذه المخطوطة، يصف لنا تعديل الفائق microscale معالجة البروتوكول المذكورة في كاندوهلا8 الذي تم استخدامه لإنتاج رقائق الذرة المحمصة من مواد الحصباء يتساقط كبيرة. نقدم نتائج التجربة المثال التي تستخدم هذا البروتوكول التجهيز لدراسة التغير في حمض فيروليك غير قابلة للذوبان زمنياً وحمض فكوماريك في الذرة. كانت أهدافنا في تلك الدراسة محددة لتحديد (1) كيفية تغيير محتوى الأحماض الفينولية الذرة أثناء إنتاج حبوب الإفطار الجاهزة للأكل، (2) في مراحل التجهيز التي حدثت هذه التغييرات، و (3) إذا كان أي من موقعنا التجريبي ورد الهجينة بشكل مختلف على تجهيز تؤكد هذا البروتوكول يمكن أن يقترن بالبروتوكولات الفائق الكيمياء التحليلية لتحليل كفاءة الصفات التغذوية. ويمكن أيضا تعديل هذا البروتوكول لتقليد إنتاج المنتجات الغذائية المجهزة الذرة الأخرى أو المنتجات الغذائية المجهزة التي يتم إنتاجها من الحبوب الأخرى.
Protocol
Representative Results
Discussion
التغييرات في المحتوى الغذائي للمنتجات الغذائية القائمة على الذرة في جميع أنحاء تجهيز من المرجح نتيجة لإزالة مكونات الربح والإجهاد الحراري5،10. ومع ذلك، بالضبط كيف يؤثر تجهيز المواد الغذائية المختلفة قد درست في تفاصيل قليلة نسبيا قبل وضع هذا البروتوكول4،8. وعلاوة على ذلك، نظراً لضخامة حجم معظم تجهيز مختبر البروتوكولات، كثيرا ما استحال إلى دراسة الأساس الجيني للخصائص الحسية والتغذية في حبوب الذرة8. نقدم هنا، أسلوب microscale مختبر لدراسة الصفات الحسية والغذائية في الذرة في جميع أنحاء تجهيز المنتجات الغذائية.
ويسمح هذا البروتوكول أخذ العينات أن تجري في مرحلة يتساقط حصى، بعد الطهي وبعد الخبز وبعد قوي القص أثناء المتداول. وهكذا، مع إجراء تحليل إضافي لحصاد الذرة الحبوب، يسهل البروتوكول تحليل الركيزة المرحلة الأولية وكذلك الغذاء النهائي المنتج والوسيط مراحل التجهيز لتوضيح التغييرات في تكوين ذات الصلة بالتغذية. تمكن هذه الميزة الرئيسية للبروتوكول الصفات التغذوية وحسية يتم تحليلها في جميع أنحاء تجهيز حين تمكن الباحث لاختيار برتوكولات الكيمياء التحليلية لاستخدام لتلك التحليلات محددة أيضا. هناك سمة رئيسية أخرى من هذا البروتوكول هو كفاءة هذا البروتوكول microscale. أولاً، يستخدم هذا البروتوكول عينة صغيرة، ومناسبة في محطة لتربية إعداد (الجدول 3). كيلوغرام واحد من الحبوب تميل إلى إنتاج حوالي 0.3 كجم من مكونات الحصباء يتساقط كبيرة، وتقريبا ثلث حصى يتساقط كبيرة المكونات المنتجة اللازمة لتجهيز. ثانيا، يسمح هذا البروتوكول لتجهيز المختبر حوالي 16 عينات يوميا، وأكثر فاعلية من البروتوكول السابق الذي يتطلب أحجام العينات كبيرة6.
ويمكن بسهولة تعديل هذا البروتوكول لتقليد إنتاج المنتجات الغذائية المجهزة الذرة الأخرى. على سبيل المثال، تستخدم الحصى يتساقط الكبيرة في إنتاج مختلف الأطعمة الوجبات الخفيفة بالإضافة إلى وجبة إفطار جاهزة للأكل الحبوب9. يمكن أن يشمل البروتوكول معمل لإنتاج هذه الأغذية الخفيفة المدى المنظور تعديلات على أوقات الطبخ والطهي الحلول أو إدخال تعديلات عليها مرات الخبز. من الممكن أيضا أن صيغة معدلة لهذا البروتوكول يمكن أن تستخدم لدراسة أخرى الحبوب ومنتجاتها المصنعة منها. غالباً ما تتضمن منتجات الحبوب المجهزة الطبخ أو الخبز، أو شرب نخب مراحل المعالجة التي يمكن أن تحاكي باستخدام صيغة معدلة للبروتوكول المعروضة هنا.
قيداً هاما من هذا البروتوكول هو أن لديها نقاط التوقف قليلة جداً، يجب أن يكون أي حالما يبدأ خطوة تجهيز، والخطوات اللاحقة أكمل (الجدول 3). هناك نقطة توقف واحدة بعد إنتاج الحصى مطبوخة من الحصى يتساقط. إلا في حالة الضرورة، يمكن وضعها في حاوية محكمة الإغلاق (مثل جرة تعليب مختومة) الحصى المطبوخة والمبردة لمدة يومين على الأكثر. ومع ذلك، تخزين الحصى المطبوخة لفترات زمنية أطول فيما يبدو تغيير العينة. وعلاوة على ذلك، حالما يبدأ الخبز، هناك أية نقاط التوقف حتى بعد العجين المخبوزة الحصباء قد تم توالت وقص، والمجففة.
الاستنتاج
من خلال هذه النتائج مثال (انظر بوتس-ويلمسمييير et al. 4 لمزيد من المعلومات)، واثبتنا أنه يمكن رصد المحتوى الغذائي في جميع أنحاء تجهيز. وعلاوة على ذلك، تم تحديد مراحل التجهيز الرئيسية التي حدثت فيها تغييرات التغذوية. بالإضافة إلى ذلك، مكن صغر حجم العينة المطلوبة لهذا البروتوكول تجهيز دراسة الهجينة متعددة في سياق برنامج تربية النباتات. باستخدام هذه الهجينة، حددنا مجموعة الهجينة التي تحتفظ أعلى تركيزات حمض فيروليك غير قابلة للذوبان زمنياً وحمض فكوماريك في جميع أنحاء التجهيز. هذه الصفات مؤشرات هامة من إمكانات بربيوتيك رقائق الذرة المحمصة النهائي. 11 , 12 , 13 ويمكن استخدام هذه النتائج مباشرة إلى مساعدة مربي النباتات إقامة السكان تربية لتحسين إمكانات بربيوتيك من منتجات الذرة المعالجة.
واحدة من المزايا الرئيسية لهذا البروتوكول المعالجة هو أن لا يقصر التحليلات الغذائية التي يمكن إجراؤها. في حالة وجود بروتوكول تستنزف لتحليل الحبوب، ثم يمكن استخدامه لدراسة المنتجات المجهزة. وعلاوة على ذلك، لأنه يتيح هذا البروتوكول تجهيز تجهيز الأغذية على نطاق المختبرات والتحاليل الغذائية تجري بشكل مستقل، يمكن دراسة المواد الكيميائية النباتية متعددة. يجب استخدام البروتوكولات التحليلية لدراسة محتوى تستنزف أحجام عينة صغيرة، ومع ذلك، نظراً لكمية صغيرة من المنتجات المعالجة الوسيطة والنهائية التي تم إنشاؤها باستخدام بروتوكول المعالجة على نطاق المختبر.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يود أن يشكر باترسون توم وفريق التقنيات التحليلية في “مؤشر داو جونز أجروسسيينسيس” لاستخدام مرافق المختبرات وعلى الإرشاد. تم تمويل هذا العمل في جزء منه عن طريق الهدايا من شركة كيلوغ وداو أجروسسيينسيس و “منحة هاتش وزارة الزراعة”، وجائزة بيتللو-802-354. دعم الطلاب كيبو قدمت الزمالة الموقر، إلينوي، وويليام ب ونانسي لام أمبروز الزمالة في “علوم المحاصيل”.
Materials
| Canning pressure cooker | Wisconsin Aluminum Foundry Co. | Model 921 | Any can be used, but it should be large enough to accommodate multiple canning jars |
| Single burner or large hot plate | Waring Professional | Model SB30 | Any can be used, but it should be large enough so that canning pressure cooker can securely be placed on burner or hot plate |
| 1 quart wide mouth canning jars | Ball | 1440096258 | Any can be used, but they should be wide mouthed quart jars |
| 1 L Beaker | Fisher Scientific | 09-841-104 | |
| Stir plate | Corning | 6796420D | |
| Magnetic stir bar | Fisher Scientific | 14-513-67 | |
| 1 L Graduated cylinder | Kimble | 20027500 | |
| Spatula | Wal-Mart | 552145280 | |
| Hot pads | Wal-Mart | 556501140 | |
| Scale | Any | NA | Mettler Toledo Model MS105DU or Similar |
| Weigh boats | Fisher Scientific | 08-732-113 | |
| Sugar | Wal-Mart | 9259244 | |
| Salt | Morton (Purchased at Wal-Mart) | 9244849 | |
| Liquid malt extract | By the Cup (Purchased on Amazon) | NA | https://www.amazon.com/Barley-Malt-Extract-Syrup-Bottle/dp/B01N4SK72C |
| Labeling tape | Fisher Scientific | 15966 | |
| Permanent marker | Wal-Mart | 55529894 | |
| Convection oven | Wal-Mart | 1598495 | |
| Baking pan (usually included with oven) | Wal-Mart | 1598495 | |
| Cooking foil | Wal-Mart | 564264789 | |
| Tortilla press | E&A Hotel & Restaurant Equipment and Supplies | CTM-2000 | |
| Parchment paper | Reynolds (Purchased at Wal-Mart) | 551219672 | |
| Pizza cutter | Farberware (Purchased at Wal-Mart) | 553012200 | |
| Cooling racks | Flytt (Purchased on 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 Version 9.4 | SAS Institute | Version 9.4 | |
| R | R Foundation for Statistical Computing | Version 3.4.0 |
References
- 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. , (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. , (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. , (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).
