Reakcja Maillarda: etapy i degradacja Streckera

Reakcja Maillarda to nazwa reakcji chemicznych między aminokwasami i cukrami redukującymi, które zasłaniają żywność podczas pieczenia, pieczenia, pieczenia i smażenia. Powstają brązowe związki odpowiedzialne za kolor i aromat produktów takich jak skórka chleba, pieczeń wołowa, frytki i pieczone ciasteczka.

Reakcja jest uprzywilejowana przez ciepło (temperatury od 140 do 165 ° C), chociaż występuje również przy niższej prędkości, w temperaturze pokojowej. To francuski lekarz i chemik Louis-Camille Maillard opisał to w 1912 roku.

Ciemnienie występuje bez działania enzymów, a także karmelizacji; dlatego oba są nazywane reakcjami nieenzymatycznego brązowienia.

Różnią się jednak tym, że w karmelizacji podgrzewają się tylko węglowodany, podczas gdy w przypadku białek lub Maillard muszą również występować białka lub aminokwasy.

Fazy reakcji

Chociaż uzyskanie złotego koloru w żywności za pomocą technik kulinarnych wydaje się łatwe, chemia zaangażowana w reakcję Maillarda jest bardzo złożona. W 1953 r. John Hodge opublikował schemat reakcji, który nadal jest ogólnie przyjęty.

W pierwszym etapie cukier redukujący, taki jak glukoza, jest kondensowany ze związkiem zawierającym wolną grupę aminową, taką jak aminokwas, w celu uzyskania produktu addycyjnego, który przekształca się w N-podstawioną glikozylaminę.

Po układzie molekularnym zwanym przegrupowaniem Amadori, otrzymuje się cząsteczkę typu 1-amino-deoksy-2-ketozy (znaną również jako związek Amadori).

Po utworzeniu tego związku możliwe są dwie drogi reakcji:

- W związkach karbonylowych pozbawionych azotu może występować podział lub pękanie cząsteczek, takich jak acetol, pirogaldehyd, diacetyl.

- Możliwe jest intensywne odwodnienie, które powoduje powstawanie substancji takich jak furfural i dehydrofurfural. Substancje te są wytwarzane przez ogrzewanie i rozkład węglowodanów. Niektóre mają lekki gorzki smak i aromat spalonego cukru.

Degradacja Steckera

Istnieje trzeci sposób reakcji: degradacja Streckera. Polega to na umiarkowanym odwodnieniu, które generuje substancje redukujące.

Gdy te substancje reagują z niezmienionymi aminokwasami, przekształcają się w aldehydy typowe dla zaangażowanych aminokwasów. Dzięki tej reakcji powstają produkty takie jak pirazyna, które nadają charakterystycznym aromatom chipsy ziemniaczane.

Kiedy aminokwas interweniuje w tych procesach, cząsteczka jest tracona z żywieniowego punktu widzenia. Jest to szczególnie ważne w przypadku aminokwasów niezbędnych, takich jak lizyna.

Czynniki wpływające na reakcję

Charakter aminokwasów i węglowodanów surowca

W stanie wolnym prawie wszystkie aminokwasy mają jednolite zachowanie. Wykazano jednak, że wśród aminokwasów zawartych w łańcuchu polipeptydowym podstawowe - zwłaszcza lizyna - wykazują wysoką reaktywność.

Rodzaj aminokwasu biorącego udział w reakcji określa wynikowy smak. Cukry muszą być redukujące (to znaczy muszą mieć wolną grupę karbonylową i reagować jako donory elektronów).

W węglowodanach stwierdzono, że pentozy są bardziej reaktywne niż heksozy. Oznacza to, że glukoza jest mniej reaktywna niż fruktoza i z kolei niż mannoza. Te trzy heksozy należą do najmniej reaktywnych; następnie pentoza, arabinoza, ksyloza i ryboza, w rosnącej kolejności reaktywności.

Disacharydy, takie jak laktoza lub maltoza, są nawet mniej reaktywne niż heksozy. Sacharoza, ponieważ nie ma wolnej funkcji redukującej, nie ingeruje w reakcję; robi to tylko wtedy, gdy jest obecny w kwaśnym pożywieniu, a następnie jest hydrolizowany do glukozy i fruktozy.

Temperatura

Reakcja może rozwinąć się podczas przechowywania w temperaturze pokojowej. Z tego powodu uważa się, że ciepło nie jest niezbędnym warunkiem jego wystąpienia; jednak wysokie temperatury przyspieszają to.

Z tego powodu reakcja zachodzi głównie w operacjach gotowania, pasteryzacji, sterylizacji i odwadniania.

Przy zwiększaniu pH intensywność wzrasta

Jeśli pH wzrasta, wzrasta intensywność reakcji. Jednak pH pomiędzy 6 a 8 jest uważane za najkorzystniejsze.

Zmniejszenie pH umożliwia złagodzenie brązowienia podczas odwodnienia, ale niekorzystnie zmienia właściwości organoleptyczne.

Wilgotność

Szybkość reakcji Maillarda wynosi maksymalnie 0, 55 do 0, 75 pod względem aktywności wody. Dlatego odwodnione produkty spożywcze są najbardziej stabilne, pod warunkiem, że są trzymane z dala od wilgoci i umiarkowanej temperatury.

Obecność metali

Niektóre kationy metali katalizują go, takie jak Cu + 2 i Fe + 3. Inne, takie jak Mn + 2 i Sn + 2 hamują reakcję.

Negatywne skutki

Chociaż reakcja jest ogólnie uważana za pożądaną podczas gotowania, ma ona wadę z żywieniowego punktu widzenia. Jeśli żywność o niskiej zawartości wody i obecności cukrów redukujących i białek (takich jak zboża lub mleko w proszku) jest podgrzewana, reakcja Maillarda doprowadzi do utraty aminokwasów.

Najbardziej reaktywne w kolejności malejącej są lizyna, arginina, tryptofan i histydyna. W tych przypadkach ważne jest opóźnienie początku reakcji. Z wyjątkiem argininy, pozostałe trzy są niezbędnymi aminokwasami; to znaczy, muszą być karmione.

Jeśli w wyniku reakcji Maillarda zostanie wykryta duża liczba aminokwasów białka związanych z resztami cukru, organizm nie może stosować aminokwasów. Enzymy proteolityczne jelita nie mogą ich hydrolizować.

Inną wadą jest to, że w wysokich temperaturach może powstać potencjalnie rakotwórcza substancja, taka jak akryloamid.