Высок объём, микромасштабной протокол для анализа обработки параметров и питательными качествами в кукурузы (Zea mays L.)
Summary
Здесь мы представляем микромасштабной протокол для обработки проб зерна и включения такой подход микромасштабной в конвейере аналитических высок объём. Это выше пропускная способность адаптации имеющихся в настоящее время протоколов.
Abstract
Кукуруза является важным зерновых культур в Соединенных Штатах и во всем мире. Однако кукурузные зерна должны быть обработаны до потребления человеком. Кроме того целые зерна состав и обработки характеристики варьируются среди гибриды кукурузы и может повлиять на качество конечного продукта переработки. Таким образом чтобы производить здоровую обработанные пищевые продукты из кукурузы, необходимо знать, как оптимизировать параметры обработки для конкретных наборов зародышевой плазмы для учета эти различия в характеристиках композиции и обработки зерна. Это включает в себя лучше понять, как текущих методов обработки воздействие питательные качества окончательного обработанных пищевых продуктов. Здесь мы описываем микромасштабной протокол, который имитирует конвейер обработки производить хлопья от больших шелушение крупы и позволяет одновременно для обработки нескольких образцов зерна. Отслаивание крупы, промежуточных товаров, или конечный продукт переработки, а также зерна кукурузы, сам, могут быть проанализированы для питания содержание как часть аналитических конвейера высокой пропускной способности. Эта процедура была разработана специально для включения в программу исследования кукурузы размножения, и он может быть изменен для других зерновых культур. Мы предоставляем пример анализа нерастворимые привязкой гидроксилимонная кислота и p кумариновая кислоты содержания в кукурузе. Образцы были взяты на пять этапов обработки. Мы демонстрируем, что выборки может происходить на нескольких этапах в ходе микромасштабной обработки, что метод обработки могут быть использованы в контексте специализированных кукурузы, разведение программы, и что, в нашем примере, большую часть питания содержание было потеряно во время обработки продуктов питания.
Introduction
Кукурузы (Zea mays L.) является наиболее широко культивируемых зерновых культур в Соединенных Штатах1. В 2016 году были посвящены 71.12 млрд кг (2,8 миллиардов бушелей) кукурузы для потребления человеком2, указывая значение кукурузы в американской диете. Одним из больших преимуществ кукурузного зерна является, что это относительно недорогой товар, но он также содержит выгодно фитохимические как фенолы, ненасыщенных жирных кислот и белка3. Таким образом на основе кукурузы пищевых продуктов может быть относительно недорогих источников полезных фитохимические для людей.
Однако кукуруза должны быть обработаны до потребления человеком. В результате обработки деятельности часто воздействие питательную ценность окончательного обработанных пищевых продуктов4. Например при производстве закуски и завтрак, готовые к употреблению зерновых (т.е., холодный зерновых), кукурузы ядра сухой молотые производить большое шелушение крупы. Во время сухого помола, физически удаляются отруби и зародыша, оставив только эндосперма материал. Поскольку многие фитохимические расположены преимущественно в отрубей или зародышей (например, фенольных и ненасыщенных жирных кислот, соответственно), это может привести к значительному снижению в питательную ценность продуктов переработанных продуктов питания4. И наоборот глубокой переработкой шаги могут улучшить питательную ценность. Например многие методы обработки продуктов питания включают приготовление пищи, выпечки или тостов. Термических напряжений, возникающих в ходе этих этапов может повысить биодоступность выгодно фитохимические5.
С точки зрения питания человека и пищевой науки было бы интересно знать, как обработка влияет не только питательная ценность переработанных продуктов питания, но, предусматриваемой, также как корректировки параметров обработки могут повлиять другие сенсорные качества, включая цвет, текстуру и вкус. Протокол, который позволяет такие качества контролироваться на протяжении обработки могут использоваться для выбора сорта кукурузы для улучшения окончательной переработки кукурузы пищевой продукт. Две из основных препятствий для анализа таких характеристик в прошлом были масштаба и пропускной способности имеющихся протоколов. Например в процессе производства зерновых завтраков для лабораторного анализа, быстрый и Колдуэлл6 предложил использовать 45.4 кг большое шелушение крупы. Эта масса крупных шелушение крупы намного превышает количество больших шелушение крупы или большое шелушение Грит материалы7 , могут быть изготовлены из небольшой участок полевых испытаний, которые являются типичными в селекции программы. Таким образом разработка протокола микромасштабной лаборатории для производства переработанных продуктов питания может позволить (1) селекционеров для повышения сорта кукурузы для питания и сенсорные черты, которые имеют важное значение для пищевой промышленности и (2) процессоров эффективно разрабатывать и тестировать стратегии альтернативной обработки.
В этой рукописи мы описываем высок объём модификация микромасштабной обработки протокола, описано в Kandohla8 , который был использован для производства поджаренного кукурузные хлопья из больших шелушения зерна материалов. Мы представляем результаты эксперимента пример, который используется этот протокол обработки для изучения изменений в нерастворимые привязкой гидроксилимонная кислота и p кумариновая кислоты в кукурузы. Наши цели в конкретные исследования было определить (1) как фенольные кислоты содержание кукурузы изменилась во время производства готовых к употреблению Завтрак мюсли, (2) на стадии обработки произошли эти изменения, и (3) ли какие-либо из наших экспериментальных гибриды по-разному отреагировали на обработке подчеркивает, что этот протокол может использоваться в сочетании с высокой пропускной способностью аналитической химии протоколы для эффективного анализа питания черты. Этот протокол также может быть скорректирована для имитации производство других продуктов переработки кукурузы питания или обработанные пищевые продукты, которые изготавливаются из других зерновых.
Protocol
Representative Results
Discussion
Изменения в питании содержание продуктов питания на основе кукурузы всей обработки, вероятно, из-за удаления компонентов усиления и тепловой стресс5,10. Однако именно как обработка влияет на различные питательные вещества подробно изучен относительно мало до разработки этого протокола4,8. Кроме того из-за больших масштабах большинства Лаборатория обработки протоколов, зачастую было невозможно для изучения генетической основы сенсорной и питательных характеристик в Кукуруза зерно8. Здесь мы представляем микромасштабной лабораторный метод для изучения питания и сенсорные черты в кукурузы на протяжении пищевой продукт.
Этот протокол позволяет выборки занять место на стадии шелушения зерна, после приготовления, после выпечки и после сдвига сил, возникающих во время прокатки. Таким образом с дополнительный анализ собранного зерно, протокол облегчает анализ начальной стадии субстрата, а также окончательного пищевой продукт и посредника этапы обработки для выяснения изменений в составе связанных с питанием. Это ключевая особенность протокола позволяет питания и сенсорные черты для анализа всей обработки, позволяя при этом исследователь выбрать какие протоколы аналитической химии для этих конкретных анализов. Еще одной ключевой особенностью настоящего Протокола является эффективность этого протокола микромасштабной. Во-первых этот протокол использует небольшой образец, который подходит в селекции параметр (Таблица 3). 1 кг зерна, как правило, производят около 0,3 кг крупных шелушения зерна составляющих и примерно одна треть большое шелушение зернистости, составляющих производства были необходимы для обработки. Во-вторых этот протокол позволил Лаборатория обработки приблизительно 16 образцов в день, который является гораздо более эффективным, чем предыдущий протокол, требующий большой выборки размеров6.
Этот протокол можно легко изменить для имитации производство других продуктов переработки кукурузы питания. Например большое шелушение круп используются в производстве различных закускы Помимо завтрака, готовые к употреблению зерновых9. Протокол лаборатории для производства этих продуктов Снэк предусматриваемой может включать корректировки время приготовления пищи и приготовления пищи решения или корректировки для выпечки раз. Это также возможно, что адаптированный вариант этого протокола может использоваться для изучения других зерновых культур и их соответствующих продуктов их переработки. Обработанные зерна продукты часто включают в себя приготовления пищи, выпечки или тостов стадий обработки, которые могут имитировать с помощью адаптированную версию протокола, представленные здесь.
Важное ограничение этого протокола, что она имеет очень мало точек остановки, т.е. после того, как начинается обработка шаг, он и последующие шаги должны быть завершены (Таблица 3). Существует один остановочный пункт после производства вареных крупу от шелушения крупы. Только в случае необходимости, вареные крупы можно в запечатанном контейнере (например запечатанном консервной банки) и не более двух дней в холодильнике. Однако хранение вареные крупы для более длительных периодов времени появился изменить образец. Кроме того после начала выпечки, есть нет точек остановки до после проката, вырезать и сушат запеченные Грит тесто.
Заключение
Через эти результаты пример (см. прикладами-Wilmsmeyer и др. 4 для получения дополнительной информации), мы показали, что содержание питания может контролироваться всей обработки. Кроме того были определены этапы ключа обработки, где произошли изменения питания. Кроме того небольшого размера выборки для этого протокола обработки включено изучение нескольких гибридов в контексте программы разведения растений. С помощью этих гибридов, мы определили, какой набор гибридов поддерживали высокие концентрации нерастворимого привязкой гидроксилимонная кислота и p кумариновая кислоты всей обработки. Эти черты являются важными показателями окончательный кукурузных хлопьев поджаренный пребиотик потенциала. 11 , 12 , 13 эти результаты могут использоваться непосредственно для того, чтобы помочь создать размножения популяций для улучшения пребиотик потенциал продукции переработки кукурузы селекционеров.
Одним из основных преимуществ этой обработки протокола является, что она не ограничивает питания анализа, которые могут проводиться. Если фитохимических протокол для анализа зерна, оно может использоваться для изучения переработанной продукции. Кроме того поскольку этот протокол обработки позволяет лабораторных пищевых продуктов и питания анализа проводиться самостоятельно, могут быть изучены несколько фитохимические. Аналитических протоколов для изучения фитохимических содержание следует использовать небольшие размеры выборки, однако, из-за малого количества промежуточной и окончательной обработки продуктов, создаваемых с помощью лабораторных обработки протокола.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Tom Паттерсон и аналитических технологий команда в Доу агросайенс для использования их лабораторных объектов и их наставничества. Эта работа частично финансируется через подарки от компании “Келлогг” и агросайенс Доу и USDA Люк Грант, награда ИЛЛЮ-802-354. Иллинойс уважаемого стипендий и Уильяма б. и Нэнси л Амвросий стипендии наук урожая была оказана поддержка студента для CJBW.
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).
