在这里, 我们提出了处理谷物样品的微型协议, 并将这种微型方法纳入高通量分析管道。这是对当前可用协议的更高吞吐量适应性。
玉米是美国和世界上重要的粮食作物。然而, 在人类消费之前必须处理玉米谷物。此外, 玉米杂交种的整体籽粒组成和加工特性各不相同, 对最终加工产品的质量有影响。因此, 要想从玉米生产出更健康的加工食品, 就必须知道如何优化特定种质资源的加工参数, 以此来解释籽粒组成和加工特性的差异。这包括更好地了解当前的加工技术如何影响最终加工食品的营养质量。在这里, 我们描述了一个微型协议, 既模拟处理管道生产玉米片从大的剥落颗粒, 并允许处理多个谷物样品同时。作为高通量分析管道的一部分, 可对薄片颗粒、中间加工产品或最终加工产品以及玉米籽粒本身进行营养成分分析。本程序是专门为纳入玉米育种研究项目而开发的, 可用于其他粮食作物的改造。为分析玉米中不溶性阿魏酸和香豆酸含量提供了一个实例。样品在五个不同的加工阶段被采取了。我们证明, 在微型加工过程中, 取样可以在多个阶段进行, 这种加工技术可以在专门的玉米育种项目的背景下使用, 在我们的例子中, 大部分的营养成分都丢失了。在食品加工过程中。
玉米 (玉蜀黍) 是美国最广泛栽培的粮食作物1。在 2016年, 711.2亿公斤 (28亿蒲式耳) 玉米用于人类消费2, 表明玉米在美国饮食中的重要性。玉米谷物的最大好处之一是它是一种相对廉价的商品, 但它也含有有益的植物化学物质, 如酚类物质、不饱和脂肪酸和蛋白质3。因此, 以玉米为基础的食品可能是人类有益植物化学物质的相对廉价来源。
然而, 玉米必须在人类消费之前进行加工。因此, 加工活动往往影响最终加工食品4的营养价值。例如, 在生产快餐食品和即食早餐谷物 (即冷谷物) 的过程中, 玉米籽粒是干磨的, 以生产大型剥落的面粉。在干磨过程中, 麸皮和胚芽被物理去除, 只留下胚乳物质。由于许多植物化学物质主要位于麸皮或胚芽 (例如酚类和不饱和脂肪酸) 中, 这可能导致加工食品4的营养价值显著下降。反之, 下游加工步骤可提高营养价值。例如, 许多食品加工技术包括烹调、烘烤或烘烤。在这些阶段所遇到的热应力可以提高有益植物化学物质的生物利用度5。
从食品科学和人类营养的角度来看, 知道加工如何影响到加工食品的营养价值, 可以预见, 以及如何调整加工参数可能会影响其他感官, 这将是有趣的。品质, 包括颜色, 质地和味道。一项允许在整个加工过程中监测这种品质的协议, 可用于选择玉米品种, 以改善最终加工的玉米食品产品。过去分析这些特征的两个主要障碍是可用协议的规模和吞吐量。例如, 在生产用于实验室分析的早餐谷物时, 快速和考德威尔6建议使用45.4 公斤大的剥落的面粉。这种大量的大剥落的粒度远远超过了大量的大型剥落的面粉或大型剥落砂砾材料7 , 可以生产的小地块现场试验, 是典型的植物育种项目。因此, 制定加工食品生产的微型实验室协议, 可使 (1) 植物育种者改善对食品加工者具有重要意义的营养和感官特性的玉米品种, (2) 加工者有效地设计和测试替代处理策略。
在这篇手稿中, 我们描述了一个高通量修改 Kandohla8所描述的微型处理协议, 用于生产烤玉米片从大的剥落砂砾材料。本文给出了用该处理协议研究玉米中不溶性阿魏酸和对香豆酸变化的实例实验结果。我们在这项具体研究中的目标是确定 (1) 玉米的酚酸含量如何在生产即食早餐谷物时发生变化, (2) 在哪些加工阶段发生这些变化, (3) 是否我们的实验杂交种对加工应力反应不同, 该协议可与高通量分析化学协议结合, 有效地分析营养性状。该议定书还可进行调整, 以模仿其他谷物生产的其他加工玉米食品或加工食品产品。
在整个加工过程中, 玉米基食品的营养含量的变化很可能是由于去除了增益成分和热应力5,10。然而, 在本议定书4、8的发展之前, 对处理如何影响各种营养素的确切方法进行了比较详细的研究。此外, 由于大多数实验室处理方案的规模较大, 对玉米籽粒感官和营养特性的遗传基础的研究往往是不可能的.8。在这里, 我们提出了一个微型实验室方法来研究玉米的营养和感官性状在整个食品加工。
该协议允许取样发生在剥落的砂砾阶段, 烹调后, 烘烤后, 并在轧制过程中遇到的剪切力。因此, 通过对收获玉米籽粒的补充分析, 该议定书有利于分析初始阶段基质, 以及最终的食品和加工中间阶段, 以阐明与营养成分的变化。该协议的这一关键功能使营养和感官特征在整个处理过程中得到分析, 同时也使研究人员能够选择用于这些特定分析的分析化学协议。该协议的另一个主要特点是这种微型协议的效率。首先, 这个协议使用一个小样本, 这是适当的植物育种设置 (表 3)。一公斤谷物往往产生约0.3 公斤大的剥落砂砾成分, 大约有三个大的剥落砂成分生产需要处理。其次, 该协议允许实验室处理每天约16个样本, 这比以前的要求大样本量6的协议效率高得多。
该协议可以很容易地修改, 以模仿其他加工的玉米食品产品的生产。例如, 除了即食早餐谷物9, 大型剥落的面粉还用于生产各种快餐食品。生产这些快餐食品的实验室协议可以可以预见包括调整烹调时间和烹调方法或调整烘烤时间。还有可能将本议定书的修改版本用于研究其他谷物及其各自加工的产品。加工过的谷物产品通常包括烹调、烘烤或烘烤加工阶段, 可以使用此处介绍的协议修改版本进行模仿。
此协议的一个重要限制是它的停止点很少,即一旦处理步骤开始, 它和后续步骤必须完成 (表 3)。有一个单一的停止点后, 生产的熟粒从剥落的面粉。只有在必要的时候, 熟的面粉可以放在一个密封的容器 (如密封罐) 和冷藏至多两天。然而, 储存熟的面粉较长的时间内似乎改变样品。此外, 一旦烘焙开始, 就没有停止点, 直到烤砂面团已轧制, 切割和干燥。
结论
通过这些例子结果 (见 Wilmsmeyer等。4有关更多信息), 我们证明在整个加工过程中可以监测营养成分。此外, 确定了营养变化发生的关键处理阶段。此外, 该处理协议所需的小样本大小使得在植物育种计划的范围内对多种混合动力进行了研究。利用这些杂交种, 我们确定了在整个加工过程中, 哪组混合体保持了最高浓度的不溶性的阿魏酸和 p-香豆酸。这些特征是最终烤玉米片生命起源前潜力的重要标志。11,12,13这些结果可直接用于帮助植物育种者建立繁殖种群, 以改善加工玉米产品的生命起源前潜力。
这种处理协议的主要优点之一是它不限制可以进行的营养分析。如果植物协议存在于谷物分析中, 则可用于对加工产品进行研究。此外, 由于这种处理协议能够独立进行实验室规模的食品加工和营养分析, 因此可以研究多种植物化学物质。然而, 由于使用实验室尺度处理协议产生的中间和最终加工产品很少, 因此研究植物含量的分析协议应该使用小样本量。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢汤姆帕特森和陶氏 AgroSciences 的分析技术小组使用他们的实验室设施和他们的导师。这项工作的资金部分是通过凯洛格公司和陶氏 AgroSciences 的礼物, 并通过美国农业部舱口赠款, ILLU-802-354 奖。学生支持 CJBW 是由伊利诺伊州杰出的奖学金和威廉 B 和南茜·刘汉铨的作物科学奖学金。
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 |