Maillard-reaktionen, også kendt som carbonyl-ammoniak-reaktionen eller den ikke-enzymatiske bruningsreaktion, er en reaktion, der sker mellem aminoforbindelser og carbonylforbindelser, og er en af de vigtigste kilder til produktion af fødevaresmag.

Maillard-reaktionen anses for at være en af de vigtigste kemiske reaktioner, der opstår under fødevareforarbejdning. Den påvirker fødevarernes kvalitetsegenskaber såsom farve, smag, næringsværdi og fødevareingrediensernes fysisk-kemiske egenskaber.

Melardreaktionsprodukter (hovedsageligt melanoidiner, reducerede ketoner og heterocykliske forbindelser, der indeholder N, S og O) er den vigtigste kilde til smag i kødprodukter, og antioxidantegenskaberne i melardreaktionsprodukter (MRP'er), der bruges som erstatning for fenoliske fødevareantioxidanter, tiltrækker sig mere og mere opmærksomhed.

Maillard-reaktionens mekanisme

Maillard-reaktionen er en ikke-enzymatisk bruningsreaktion, som hovedsageligt er en kompleks reaktion mellem carbonylforbindelser (især reducerende sukkerarter) og aminoforbindelser (herunder aminer, aminosyrer, peptider, proteiner osv.). Maillard-reaktionen er ikke kun relevant for produktionen af traditionelle fødevarer, men også for den moderne fødevareindustri, f.eks. bagværk, kaffe osv. Maillard-reaktionen giver fødevarer en lækker smag og attraktiv farve.

Ifølge fødevarekemikeren HODGE kan Maillard-reaktionsprocessen opdeles i tre faser: indledende, mellemliggende og afsluttende, som hver især kan underopdeles i flere reaktioner. Reaktionen er kompleks og omfatter mange krydsreaktioner og nedbrydningsreaktioner, der producerer en række aromatiske forbindelser (herunder ketoner, aldehyder, alkoholer, furaner og deres derivater, pyrroler, pyridiner, pyraziner, thiophener, thiazoler, umizoler, yelzoliner og sulfider) HJ. Blandt disse er de heterocykliske forbindelser (S- og N-forbindelser af pyrroler, furaner, thiophener, thiazoliner og pyraziner), thiolforbindelserne, de reducerende ketoner og de endelig producerede analoge sorte krystaller.

Faktorer, der påvirker Melad-reaktionen

Den række af kemiske reaktioner, der opstår mellem reducerende sukkerarter og aminosyrer under forarbejdning og opbevaring af fødevarer, er kendt som Maillard-reaktionen. De vigtigste faktorer, der påvirker omfanget af Maillard-reaktionen, er temperaturen og tiden for forarbejdningen samt pH-værdien, vandaktiviteten og typen og andelen af reaktanter.

Reaktanterne kan dog ændres afhængigt af den fødevare og det råmateriale, der forarbejdes. At forstå disse faktorers indflydelse på Maillard-reaktionen hjælper os med at kontrollere bruningen af fødevarer og er af stor praktisk betydning for fødevareindustrien.

1) Reaktionssubstrat

I Maillard-reaktionen er de sukkerarter, der er involveret i reaktionen, hovedsageligt reducerende sukkerarter, som kan være disakkarider, pentoser og hexoser. Reaktionshastigheden er pentose > hexose > hexanon > disakkarid. Disakkarider giver dårlig smag, og den hurtigst reagerende og bedst smagende af de hundrede sukkerarter er Ribose, men den er dyr og vanskelig at købe.

I betragtning af prisen på råvarer bruges normalt glukose og xylose. Maillard-reaktionen varierer i smag og koncentration af produkterne afhængigt af de sukkerarter, der er involveret i reaktionen. Blandt dem er reaktionen med xylose den bedste.

Typen og koncentrationen af aminosyrer har også en meget vigtig effekt på typen og kvaliteten af reaktionsproduktets smag, og forskellige slags aminosyrer kan producere forskellige smagsstoffer i Maillard-reaktionen. Blandt dem har svovlholdige aminosyrer en meget vigtig indflydelse på dannelsen af kødsmag i melaminreaktionen.

I praksis bruger folk normalt salte af cystein (hovedsageligt cysteinhydrochlorid), fordi cystein er vanskeligt at opløse. Visse andre aminosyrer er også uundværlige for dannelsen af smag i Maillard-reaktionen, de spiller en meget vigtig rolle i forbedringen af produktets smagskarakteristika, hvilket kan hjælpe Maillard-reaktionen med at danne en mere perfekt og blødere kødsmag.

2) Temperatur

Maillard-reaktionen påvirkes i høj grad af temperaturen, for hver 10 ℃ temperaturændring vil bruningshastigheden være 3 ~ 5 gange anderledes, så den mad, der er let at brune, skal opbevares under lav temperatur. Temperaturen påvirker ikke kun reaktionshastigheden, men også produktets aroma. Hvis temperaturen er forskellig, er den resulterende aroma også forskellig.

Nogle forskere har fundet ud af, at når reaktionstemperaturen stiger, øges Maillard-reaktionens smagsstofgenerering. Ved fremstilling af kødsmagssmag er reaktionstemperaturen generelt ikke mere end 180 ℃, for at opnå flere kødsmagsstoffer og passende kontrol med dannelsen af sauce-smag er reaktionstemperaturen på 115 ℃ passende.

3) pH og vandaktivitet

Inden for et bestemt område er Maillard-bruningsreaktionshastighed og vandaktivitet og pH positivt korreleret. Alkaliske forhold er lette at generere nitrogenholdige flygtige stoffer (såsom pyrazin); generelt ikke mere end 8, fordi pH større end 8, reaktionen forløber hurtigere og vanskelig at kontrollere, aminokvælstoffet er også markant reduceret, og dannelsen af smag er også relativt dårlig.

Maillard-reaktionens farvedannelse ved pH>7,0, produktionen af kødsmag ved pH mellem 5,0 og 5,5, og jo højere pH, jo flere smagsstoffer produceres der, og med den forskellige pH er komponenterne i de producerede smagsstoffer også forskellige.

Maillard-reaktionen sker lettest i fødevarer med moderat vandaktivitet. Hvis Maillard-reaktionen bruges til at fremstille kødsmag, er en vandaktivitet på 0,65 til 0,75 den bedst egnede, og reaktionen er langsom, hvis vandaktiviteten er mindre end 0,30 eller mere end 0,75.

4) Reaktionstid

Reaktionstiden har en betydelig effekt på Maillard-reaktionsproduktets farve og dannelsen af smagsforbindelser. For kort tid kan gøre, at reaktionen ikke er fuldstændig, den resulterende smag er ikke tyk, rig; for lang og kan gøre reaktionen overdreven, hvilket resulterer i en brændt smag og nogle kræftfremkaldende stoffer.

Maillard-reaktionens effekt på fødevareforarbejdning

Maillard-reaktionen tiltrak sig først opmærksomhed på grund af reaktionen mellem glukose og glycin, der producerer brune stoffer, og de brune stoffer, der produceres ved reaktionen, er en af de vigtigste kilder til fødevarefarve.

En betydelig del af den gyldengule substans på overfladen af bagværk som brød, kager og kaffebønner kommer fra Maillard-reaktionen. Det er, hvad vi forventer, men den farve, der produceres af Maillard-reaktionen i maden, er der ikke behov for, som f.eks. ved sterilisering af mejeriprodukter, nogle gange forkert sterilisering, forårsaget af gulfarvning af mejeriprodukter er Maillard-reaktionen.

Derfor er det i fødevareforarbejdningsprocessen nødvendigt at kontrollere dens reaktionsbetingelser, så reaktionen er i retning af folks forventninger.

(1) Maillard-reaktionens effekt på fødevarers smag og farve

Langvarig opbevaring af fødevarer eller opvarmning af fødevarer ved høj temperatur vil producere slutproduktet af Maillard-reaktionen i form af et melaninlignende brunt pigment.

Der er mange fødevarer, der indeholder melanoidiner, f.eks. sojasauce, sojabønner, brød, grillet kød, grillet fisk, grillede brødskiver, stegte jordnødder og kaffe. Disse fødevarer behandles, så de får en meget attraktiv gyldengul eller mørkebrun farve, som kan vække folks stærke interesse og øge fødevarens sensoriske værdi.

Men da de fleste af de nødvendige stoffer til dannelse af smagsstoffer kommer fra næringsstofferne i fødevaren, såsom sukker, proteiner, fedtstoffer og nukleinsyrer, vitaminer osv., er det ugunstigt fra et ernæringsmæssigt synspunkt og fra visse teknologiske synspunkter at overveje Maillard-reaktionen, der opstår under opbevaring og forarbejdning af fødevarer og dannelse af smagsstoffer.

Derudover påvirker bruning den sensoriske kvalitet af nogle produkter (f.eks. mælk og mejeriprodukter) til en vis grad, da det får hvide produkter til at ændre farve og lyse produkter til at blive mørkere.

(2) Maillard-reaktionens effekt på fødevarers ernæringsmæssige egenskaber

Bruning af fødevarer kan medføre et uønsket fald i fødevarernes næringsværdi. For det første skyldes det, at klorogensyre og reducerende sukkerarter er involveret i Maillard-reaktionen, hvilket kan medføre tab af aminosyrer og reducerende sukkerarter. Derudover har det vist sig, at effektiviteten af mineralelementerne i maden også falder, når Maillard-reaktionen finder sted.

3) Maillard-reaktionens effekt på proteiner i fødevarer

De kovalente protein-monosakkaridforbindelser, der dannes ved kondensering af proteiner og sukkerarter gennem carbonylammoniak, har bedre funktionelle egenskaber end de oprindelige proteiner, f.eks. bedre emulgering, opløselighed og antimikrobielle egenskaber. Det øger mulighederne for at bruge proteiner i fødevarer og farmaceutiske anvendelser.

Men Maillard-reaktionen reducerer også den ernæringsmæssige kvalitet af nogle proteiner og hæmmer trypsinaktiviteten. For kornprodukter vil Maillard-reaktionen utvivlsomt gøre prisen på proteinbiomasse lavere. Nogle forskere har bekræftet, at 200 ℃ bagning af wienerbrød 15 minutter, dets protein PER-værdi fra 3,6 før bagning ned til 2,4, hvis det fortsætter med at bage ved 130 ℃ i 1 time, vil blive reduceret yderligere til 0,8, hvilket skyldes reduktionen af lysin forårsaget af.

4) Skadelige stoffer og effekter produceret af Maillard-reaktionen

Akrylamid og AGE'er produceres under fødevareforarbejdning som f.eks. stegning og bagning. Akrylamid er et kemisk råmateriale, der bruges til fremstilling af plast, som kan forårsage nerveskader og er et kendt kræftfremkaldende stof, så problemet med akrylamid i fødevarer har tiltrukket sig global opmærksomhed.

Maillard-reaktionens tværbinding af proteiner i slutstadiet, dannelsen af glykosyleringsslutprodukter (AGE'er), er også ekstremt skadelig for menneskers sundhed, og national og international forskning har bekræftet, at AGE'er er involveret i aldring, åreforkalkning, nefropati og diabetes samt andre sygdomme, der opstår i udviklingsprocessen.

Ved fødevareforarbejdning produceres også pyrodruealdehyd, som af lægerne anses for at have en mulig rolle i at fremkalde mutationer i organismen, men pyrodruealdehyd er kun et mellemprodukt i reaktionen, som er meget reaktivt og reagerer hurtigt med andre stoffer. Generelt er pyrodruealdehyd gavnligt i reaktionen, og det bør kontrolleres så meget som muligt for at fortsætte i en gunstig retning under reaktionen, for at reducere dets toksicitet og for at forhindre dets ophobning.

Maillard-reaktion

Rationel kontrol i fødevareforarbejdning

Maillard-reaktionen er udbredt i fødevareforarbejdning og langtidsopbevaring af fødevarer og er en af de vigtigste kilder til produktion af fødevaresmag. I fødevareproduktionen bør Maillard-reaktionen kontrolleres rationelt i henhold til forskellige forarbejdningsformål og specifikke procesbetingelser.

(1) Kontrol af Maillard-reaktionen i produktionen af frugt- og grøntsagsdrikke

Ved forarbejdning og produktion af frugt- og grøntsagsdrikke fører enzymbruning ofte til forringelse af produktkvaliteten, selvom bruning af frugt og grøntsager generelt er hovedårsagen til enzymbruning, men for citrusfrugter og grøntsager på grund af den højere mængde nitrogenholdige stoffer er det også ofte let at forekomme Maillard-reaktionen og føre til bruning af produktionen, bør produktionen af produktionen af koncentrationen af PH og sukkeropløsningen være opmærksom på.

Ved forarbejdning og produktion af frugt- og grøntsagsdrikke bør PH-værdien under forudsætning af at sikre normal smag reduceres så meget som muligt for at sænke hastigheden af Maillard-reaktionen. Ved produktion af frugt- og grøntsagsdrikke kontrolleres koncentrationen af den oprindelige sirup ved 30% til 50% for at opnå den mest hensigtsmæssige Melad-reaktion.

(2) Kontrol af Maillard-reaktionen i produktionen af mejeriprodukter

Mælk og mejeriprodukter i behandlingen af kaseinterminale aminosyrer på grund af en lysinamin og laktose (eller andre reducerende sukkerarter) for at generere glucosamin og derefter Amadori omlejring, spaltning, dehydrering og andre processer for at generere brune stoffer. Mælk og mælkeprodukter bliver brune, smagen og udseendet forringes, og de fysiske egenskaber reduceres.

På grund af produktionen af store mængder kuldioxid i bruningsprocessen opstår fænomenet "dåseudvidelse", når mælkepulver og kondenseret mælk i forseglet opbevaring gennemgår en mere alvorlig bruning.

Metoder til at kontrollere brunfarvning af mælk og mælkeprodukter omfatter: kontrol af temperaturen, brug af sukker med lavt indhold af reducerende sukker, valg af passende stabilisatorer, kontrol af pH-værdien i rå mælk, kontrol af vandindholdet i det færdige produkt og tilsætning af inhibitorer.

3) Kontrol af Maillard-reaktionen under tilberedningsprocessen

Ved bagning, stegning, sautering og andre tilberedningsmetoder vil høj temperatur og lang tids opvarmning føre til dannelse af Mamard-reaktionsprodukter som akrylamid og AGE'er.

Akrylamid kommer hovedsageligt fra stegte eller bagte stivelsesholdige fødevarer, og nogle forskere har bevist, at asparagin er en vigtig forløber for dannelsen af akrylamid. Omfanget af Maillard-reaktionen under tilberedning påvirkes af typen og mængden af sukker og aminosyrer i råmaterialet og er også relateret til tilberedningsmetoden.

Det drejer sig om håndteringen af ilden, mængden af fond, placeringen af krydderier og brugen af varmeoverførselsmedier. I tilberedningsprocessen for at kontrollere opvarmningstemperaturen og opvarmningstiden, regulere indholdet af aminoforbindelser og carbonylforbindelser, et rimeligt valg af tilberedningsmetoder, for at forhindre produktion af akrylamid og AGE'er, for at fremme dannelsen af god farve og aroma i retterne.

Anvendelse af Melad i fødevareforarbejdning og -opbevaring

1. Antioxidantegenskaber hos MRP'er

Siden 1980'erne har forskning i MRP'ers antioxidantegenskaber gradvist tiltrukket sig forskernes opmærksomhed og er blevet et populært emne inden for fødevareernæring og fødevarekemi. Brugen af antioxidanter som BHA, BHT, TBHQ osv., som er meget udbredt i fødevareindustrien, er blevet forbudt i Europa og USA på grund af deres mulige kræftfremkaldende egenskaber.

MRPS er en klasse af stoffer, der produceres under forarbejdning og opbevaring af fødevarer, og som kan betragtes som naturlige og forventes at blive den næste generation af naturlige og ugiftige antioxidanter.

Maillard-reaktionsprodukter (Maillard Reaction products, MRPs) indeholdt i klassen sort essens, reducerede ketoner og en række nitrogenholdige, svovlholdige flygtige heterocykliske forbindelser, disse stoffer har en vis antioxidantegenskaber, og deres antioxidantegenskaber bruges til at erstatte phenoliske fødevareantioxidanter, tiltrækker gradvist folks opmærksomhed.

Antioxidantstyrken i nogle af disse stoffer kan endda sammenlignes med antioxidanter, der almindeligvis anvendes i fødevarer. Stoffer med stor molekylvægt i reaktionens slutfase, som f.eks. melanotropinfrigørende hormon, anses for at være de vigtigste antioxidanter i MRP'er.

2. anvendelse af Maillard-reaktionen i aromaproduktion

①Udvikling af den hjemlige smag

Kinas kødsmagsindustri startede sent, ledsaget af fremkomsten af instant noodle-industrien. De tidligste smagsproduktionsmetoder er rudimentære, men absorberede godt produktionsprocessen i Kinas traditionelle kødtilberedning.

De nuværende indenlandske smagsvirksomheder og forskningsinstitutioner er forpligtet til den termiske reaktion af kødsmagsforskning og -udvikling og anvendelse af dens vigtigste anvendelse af termiske reaktionssmagsråmaterialer såsom proteinnitrogenkilde, kulhydratkulstofkilde til enzymatisk hydrolyse, kontrolhydrolysegrad, i de relevante parametre gennem den rimelige justering og gennem den termiske reaktionsproces for at generere realistisk, rig smagfuld kødsmag. Disse produkter har god smag og ren smag og kan forenkle fødevareforarbejdningsprocedurerne, hvilket bidrager til at reducere produktionsomkostningerne.

I de senere år, med forbedringen af forbrugsniveauet, er Kinas efterspørgsel efter smagsstoffer stigende, Kinas smags- og duftproduktion som helhed viser en voksende tendens, denne hurtige udviklingsmomentum forventes at fortsætte i ganske lang tid.

② Udviklingstendens for udenlandske smage

Siden 1960 har det britiske MoIrton opnået den første Maillard-reaktionspræparat af kødsmag siden patentet, kødsmag har været hurtig udvikling og kommerciel produktion. I dag har den årlige produktion af termisk reagerede kødaromaer i USA og Europa oversteget 30.000 tons og bruges i vid udstrækning i flydende supper, faste supper, snackfødevarer, dåsefødevarer, nye proteinfødevarer, simulerede kødprodukter og andre fødevarer.

I Europa og USA udgjorde produktionen af varmebehandlet kødsmag mere end 65% af den samlede mængde smagsstoffer. I de senere år har forskere i ind- og udland også fundet et nyt aminosyreråmateriale, en gærekstrakt, gærekstrakt i stedet for en del af kødekstrakten, kan gøre den producerede kødsmagssmagssmag og smag bedre.

Konklusion

Forskning og anvendelse af Maillard-reaktionen og dens produkter har været et vigtigt og populært emne inden for fødevarekemi og smagskemi i ind- og udland i de senere år. Folks forskning i Maillard-produkter er ikke kun begrænset til at være råmaterialet til smagsstoffer, men også mere og mere dybtgående forskning i dets funktionelle egenskaber såsom antioxidant, antimikrobiel, antimutagen, emulgering, forbedring af smagsmodifikation af fødevarer og indflydelse af bioaktive stoffer.

Da Maillard-reaktionsprocessen er ret kompleks med snesevis, hundreder eller endda tusinder af produkter, er der stadig mange huller, der skal undersøges yderligere. I de seneste årtier, med fremskridt inden for analyse, detektionsteknologi og analysemetoder, såsom HPLC, GC, GC ~ MS, GC-O og andre avancerede forskningsmidler, vil blive anvendt til Maillard-produktseparation, oprensning og identifikation.

På grund af Maillard-produkternes mangfoldighed og kompleksitet er en betydelig del af produkterne gavnlige for fødevareindustrien, men selvfølgelig kan de skadelige komponenter ikke udelukkes, og derfor bør reaktionsbetingelserne kontrolleres så meget som muligt i den fremtidige forskning, så reaktionen kan udvikles i retning af folks forventninger. Det antages, at med den dybdegående undersøgelse af reaktionsmekanisme og anvendelse vil anvendelsen af Maillard-reaktion til tør fødevareforarbejdningsindustri have et bredere perspektiv.