Nous présentons ici un protocole de micro-échelle pour le traitement des échantillons de grain et permettant d’intégrer cette approche microscopique dans un pipeline analytique de haut débit. Il s’agit d’une adaptation de débit plus élevée de protocoles actuellement disponibles.
Le maïs est une céréale importante aux États-Unis et dans le monde entier. Cependant, les grains de maïs doivent être traitées avant la consommation humaine. En outre, les caractéristiques de composition et de traitement de grains entiers varient selon les hybrides de maïs et peuvent influer sur la qualité du produit final transformé. Par conséquent, afin de produire des produits alimentaires transformés plus sains à partir de maïs, il est nécessaire de savoir comment optimiser les paramètres de traitement pour des ensembles particuliers de matériel génétique pour tenir compte de ces différences dans les caractéristiques de composition et de traitement de grain. Il s’agit d’une meilleure compréhension des techniques actuelles de traitement impact sur la qualité nutritionnelle des produits alimentaires transformés final. Nous décrivons ici un protocole microscale qui simule le pipeline de traitement pour produire des corn flakes de gros grains qui s’écaillent et permet le traitement des échantillons de grains multiples simultanément. Les grains qui s’écaillent, les produits transformés intermédiaires, ou final produit transformé, ainsi que le grain de maïs lui-même, peut être analysé pour leur contenu nutritionnel dans le cadre d’un pipeline analytique de haut débit. Cette procédure a été développée spécifiquement pour l’incorporation dans un programme de recherche de sélection maïs, et celui-ci peut être modifié pour les autres céréales. Nous fournissons un exemple de l’analyse de liaison insoluble dans l’acide férulique et de la teneur en acide p-coumarique dans le maïs. Échantillons ont été prélevés à cinq différentes étapes de transformation. Nous démontrons que le prélèvement peut avoir lieu à plusieurs stades pendant microscale traitement, que la technique de traitement peut être utilisée dans le cadre d’une programme de reproduction à maïs spécialisés, et que, dans notre exemple, la plupart de la valeur nutritive a été perdu au cours de la transformation des produits alimentaires.
Maïs (Zea mays L.) est la céréale plus largement cultivés dans les États-Unis1. En 2016, 71,12 milliards kg (2,8 milliards de boisseaux) de maïs ont été consacrées à la consommation humaine2, qui indique l’importance du maïs dans le régime américain. Un des grands avantages du maïs-grain est que c’est un produit relativement peu coûteux, mais il contient également les phytochimiques bénéfiques telles que les phénols, les acides gras insaturés et protéine3. Par conséquent, les produits alimentaires à base de maïs peuvent être des sources relativement peu coûteux de phytochimiques bénéfiques pour les humains.
Toutefois, le maïs doit être traitée avant la consommation humaine. Ainsi, des activités de traitement souvent impact sur la valeur nutritionnelle des aliments transformés final produit4. Par exemple, lors de la production d’aliments de collation et de céréales pour petit déjeuner prêt-à-manger (c.-à-d., les céréales froides), grains de maïs sont secs moulu pour produire de gros grains qui s’écaillent. Au cours du broyage à sec, le son et le germe sont physiquement supprimées, laissant uniquement des matières de l’endosperme. Étant donné que de nombreux composés phytochimiques sont principalement situés dans le son ou le germe (par exemple, composés phénoliques et acides gras insaturés, respectivement), il peut en résulter une diminution significative de la valeur nutritive des aliments transformés produit4. À l’inverse, les étapes de traitement en aval peuvent améliorer la valeur nutritionnelle. Par exemple, les nombreuses techniques de transformation des produits alimentaires comprennent cuisson, cuire ou griller. Les contraintes thermiques rencontrés au cours de ces étapes peuvent améliorer la biodisponibilité de composés phytochimiques bénéfiques5.
Sciences de l’alimentation et la nutrition humaine, il pourrait être intéressant de savoir comment le traitement affecte non seulement la valeur nutritive des produits alimentaires transformés mais, vraisemblablement, aussi comment les ajustements aux paramètres de transformation peuvent avoir une incidence autre sensorielle qualités, y compris la couleur, la texture et goût. Un protocole qui permet de telles qualités à surveiller tout au long du traitement pourrait servir à sélectionner des variétés de maïs pour l’amélioration du produit alimentaire final de maïs transformés. Deux des principaux obstacles à l’analyse de ces caractéristiques dans le passé étaient l’ampleur et le débit de protocoles disponibles. Par exemple, lors de la production de céréales de petit déjeuner pour analyse en laboratoire, rapide et Caldwell6 a suggéré l’utilisation de 45,4 kg de gros grains qui s’écaillent. Cette masse de gros grains qui s’écaillent dépasse largement la quantité de gros grains qui s’écaillent ou de gros de matériaux de grain qui s’écaillent7 qui peut être produit à partir des essais de terrain petite parcelle qui sont typiques dans les programmes de sélection végétale. Ainsi, l’élaboration d’un protocole en laboratoire pour la production de produits alimentaires transformés micro-échelle pourrait permettre de protection des obtentions végétales (1) améliorer les variétés de maïs pour nutritionnelles et sensorielles des traits qui sont d’importance pour les transformateurs de produits alimentaires et (2) processeurs à efficacement concevoir et tester des stratégies alternatives de traitement.
Dans ce manuscrit, les auteurs décrivent une modification de haut débit de la micro-échelle traitement protocole décrit dans Kandohla8 qui a été utilisé pour produire des flocons de maïs grillés de gros matériaux de grain qui s’écaillent. Nous présentons les résultats d’une expérience d’exemple qui utilise ce protocole de traitement pour étudier le changement lié aux insolubles dans l’acide férulique et acide p-coumarique dans le maïs. Nos objectifs dans cette étude étaient de déterminer (1) Comment la teneur en acide phénolique du maïs a changé au cours de la production de céréales pour petit déjeuner prêt-à-manger, (2) à quels stades de traitement, ces changements se sont produits, et (3) si l’un de nos expérimentale hybrides ont réagi différemment au traitement souligne que ce protocole peut être couplé avec des protocoles haut débit chimie analytique pour l’analyse efficace des caractéristiques nutritionnelles. Ce protocole peut également être ajusté pour imiter la production d’autres produits alimentaires transformés de maïs ou de produits alimentaires transformés qui sont produites à partir d’autres grains.
Changements dans la valeur nutritive des produits alimentaires à base de maïs tout au long du traitement sont probables dues à la suppression de composants de gain et de stress thermique5,10. Cependant, exactement comment le traitement affecte divers nutriments avait été étudiée relativement peu de détails avant l’élaboration de ce protocole4,8. En outre, en raison de l’ampleur de la plupart des protocoles de traitement en laboratoire, il a souvent été impossible d’étudier les bases génétiques des caractéristiques sensorielles et nutritionnelles dans le maïs-grain8. Nous présentons ici une méthode de laboratoire de microscale pour étudier les caractéristiques nutritionnelles et sensorielles dans le maïs tout au long de la transformation des produits alimentaires.
Ce protocole a permis d’échantillonnage se dérouler au stade grain qui s’écaillent, après la cuisson, après cuisson et après que les forces de cisaillement rencontrées pendant le laminage. Ainsi, l’analyse supplémentaire du grain de maïs récolté, le protocole facilite l’analyse du substrat stade initial et ainsi que les étapes de produit alimentaire final produit et intermédiaire de traitement afin d’élucider les changements dans la composition liées à la nutrition. Cette fonctionnalité clée du protocole permet aux caractéristiques nutritionnelles et sensorielles à analyser tout au long du traitement tout en permettant au chercheur de choisir quels protocoles de chimie analytique à utiliser pour ces analyses spécifiques. Une autre caractéristique essentielle de ce protocole est l’efficacité de ce protocole de microscale. Ce protocole utilise tout d’abord, un petit échantillon, qui se trouve dans un phytobiologie de réglage (tableau 3). Un kg de grain ont tendance à produire environ 0,3 kg de grand électeurs de grain qui s’écaillent et environ un tiers du gros grain qui s’écaillent constituants produites étaient nécessaires pour le traitement. Deuxièmement, ce protocole a permis le traitement en laboratoire d’environ 16 échantillons par jour, ce qui est beaucoup plus efficace que le protocole précédent nécessitant une vaste échantillon de tailles6.
Ce protocole peut facilement être modifié pour imiter la production d’autres produits alimentaires transformés de maïs. Par exemple, les gros grains qui s’écaillent sont utilisés dans la production de divers aliments de collation en plus de céréales de petit déjeuner prêt-à-manger9. Le protocole de laboratoire pour la production de ces aliments à grignoter pourrait inclure vraisemblablement ajustements au temps de cuisson et cuisson des solutions ou des ajustements aux temps de cuisson. Il est également possible qu’une version adaptée de ce protocole pourrait être utilisée pour l’étude des autres céréales et leurs produits transformés respectifs. Produits céréaliers transformés comprennent souvent la cuisson, cuire ou griller des étapes de traitement qui peuvent être imités en utilisant une version adaptée du protocole présenté ici.
Une limitation importante du présent protocole est qu’il a très peu les points d’arrêt, c’est-à-dire une fois qu’une étape de traitement commence, elle et les étapes suivantes doivent être complété (tableau 3). Il y a un point d’arrêt unique après la production de la gruau cuit depuis les grains qui s’écaillent. Seulement si nécessaire, le gruau cuit pourrait être placé dans un contenant scellé (par exemple un bocal de conserve hermétique) et réfrigéré pendant au plus deux jours. Toutefois, stocker les grains cuits plus longtemps semblé modifier l’échantillon. En outre, une fois que le début de cuisson, il n’y a aucun point d’arrêt jusqu’après que la pâte cuite grit a été roulée, coupée et séchée.
Conclusion
Grâce à ces résultats d’exemple (voir Butts-Wilmsmeyer et al. 4 pour plus d’informations), nous avons démontré que le contenu nutritionnel peut être surveillé tout au long du traitement. En outre, les étapes de transformation clés où s’est produits des changements nutritionnels ont été identifiés. En outre, le petit échantillon requis pour ce protocole de traitement a permis l’étude de plusieurs hybrides dans le cadre d’un programme de sélection végétale. À l’aide de ces hybrides, nous avons identifié quel ensemble d’hybrides maintenu les plus fortes concentrations de liaison insoluble dans l’acide férulique et l’acide p-coumarique tout au long du traitement. Ces traits sont importantes indications du potentiel prébiotique la finale grillée des cornflakes. 11 , 12 , 13 ces résultats pourraient être utilisés directement pour aider les sélectionneurs à établir des populations reproductrices d’amélioration potentiel prébiotique de maïs transformés.
Un des avantages majeurs de ce protocole de traitement est qu’il ne limite pas les analyses nutritionnelles qui peuvent être menées. Si un protocole phytochimique existe pour l’analyse du grain, alors il peut être utilisé pour étudier les produits transformés. En outre, parce que ce protocole de traitement permet la transformation des aliments laboratoire et analyses nutritionnelles se fasse indépendamment, plusieurs composés phytochimiques peuvent être étudiés. Les protocoles analytiques pour l’étude de phytochemical content doivent utiliser des échantillons de petite taille, cependant, en raison de la faible quantité de produits intermédiaire et final généré à l’aide du protocole de traitement de laboratoire.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs tiens à remercier Tom Patterson et l’équipe de Technologies analytiques à Dow AgroSciences pour l’utilisation de leurs installations de laboratoire et leur encadrement. Ce travail a été financé en partie par le biais de dons provenant de la Kellogg Company et Dow AgroSciences et USDA Hatch Grant, récompense ILLU-802-354. Aide aux étudiants pour CJBW a été fourni par la bourse distingué de l’Illinois et William B. et Nancy L. Ambrose bourses en Sciences de la culture.
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 |