La réaction de Maillard, également connue sous le nom de réaction carbonyle-ammoniaque ou de réaction de brunissement non enzymatique, est une réaction qui se produit entre les composés aminés et les composés carbonylés et constitue l'une des principales sources de production d'arômes alimentaires.

La réaction de Maillard est considérée comme l'une des réactions chimiques les plus importantes au cours de la transformation des aliments. Elle affecte les caractéristiques de qualité des aliments telles que la couleur, la saveur, la valeur nutritionnelle et les propriétés physico-chimiques des ingrédients alimentaires.

Les produits de réaction du mélard (principalement les mélanoïdines, les cétones réduites et les composés hétérocycliques contenant N, S et O) sont la principale source d'arôme dans les produits carnés. Les propriétés antioxydantes des produits de réaction du mélard (PRM), qui sont utilisés comme substituts des antioxydants alimentaires phénoliques, attirent de plus en plus l'attention.

Mécanisme de la réaction de Maillard

La réaction de Maillard est une réaction de brunissement non enzymatique, qui est principalement une réaction complexe entre les composés carbonylés (en particulier les sucres réducteurs) et les composés aminés (y compris les amines, les acides aminés, les peptides, les protéines, etc.) L'industrie alimentaire utilise la réaction de Maillard depuis que l'homme a commencé à griller des aliments.La réaction de Maillard ne concerne pas seulement la production d'aliments traditionnels, mais aussi l'industrie alimentaire moderne, comme les produits de boulangerie, le café, etc.La réaction de Maillard donne aux aliments une saveur délicieuse et une couleur attrayante.

Selon le chimiste alimentaire HODGE, le processus de la réaction de Maillard peut être divisé en trois étapes : initiale, intermédiaire et finale, chacune pouvant être subdivisée en plusieurs réactions. La réaction est complexe et comprend de nombreuses réactions croisées et de décomposition, produisant une série de composés aromatiques (notamment des cétones, des aldéhydes, des alcools, des furanes et leurs dérivés, des pyrroles, des pyridines, des pyrazines, des thiophènes, des thiazoles, des umizoles, des yelzolines et des sulfures) HJ. Parmi ceux-ci figurent les composés hétérocycliques (composés S et N des pyrroles, furannes, thiophènes, thiazolines et pyrazines), les composés thiols, les cétones réductrices et les cristaux noirs analogues finalement produits.

Facteurs affectant la réaction de Melad

La série de réactions chimiques qui se produisent entre les sucres réducteurs et les acides aminés au cours de la transformation et du stockage des aliments est connue sous le nom de réaction de Maillard. Les principaux facteurs qui influencent l'ampleur de la réaction de Maillard sont la température et la durée des conditions de transformation, ainsi que le pH, l'activité de l'eau, le type et la proportion des réactifs.

Toutefois, les réactifs peuvent être modifiés en fonction de l'aliment et de la matière première traités. Comprendre l'influence de ces facteurs sur la réaction de Maillard nous aide à contrôler le brunissement des aliments et revêt une grande importance pratique pour l'industrie alimentaire.

1) Substrat de réaction

Dans la réaction de Maillard, les sucres impliqués dans la réaction sont principalement des sucres réducteurs, qui peuvent être des disaccharides, des pentoses et des hexoses. La vitesse de réaction est la suivante : pentose > hexose > hexanone > disaccharide. Les disaccharides produisent une saveur médiocre. Le Ribose est le sucre qui réagit le plus rapidement et qui a la meilleure saveur parmi les centièmes sucres, mais il est coûteux et difficile à acheter.

Compte tenu du prix des matières premières, le glucose et le xylose sont généralement utilisés. La réaction de Maillard varie en termes de saveur et de concentration des produits en fonction des sucres impliqués dans la réaction. Parmi eux, la réaction du xylose est la meilleure.

Le type et la concentration des acides aminés ont également un effet très important sur le type et la qualité de la saveur du produit de la réaction, et différents types d'acides aminés peuvent produire différentes substances aromatiques dans la réaction de Maillard. Parmi eux, les acides aminés contenant du soufre ont une influence très importante sur la formation de la saveur de viande dans la réaction de la mélamine.

Dans la pratique, la cystéine étant difficile à dissoudre, on utilise généralement les sels de cystéine (principalement le chlorhydrate de cystéine). Certains autres acides aminés sont également indispensables à la formation de la saveur dans la réaction de Maillard, ils jouent un rôle très important dans l'amélioration des caractéristiques de la saveur du produit, ce qui peut aider la réaction de Maillard à former une saveur de viande plus parfaite et plus douce.

2) Température

La réaction de Maillard est fortement influencée par la température, chaque variation de 10℃ de la température entraîne une variation de 3 à 5 fois de la vitesse de brunissement ; les aliments faciles à brunir doivent donc être conservés à basse température. La température affecte non seulement la vitesse de la réaction, mais aussi l'arôme du produit, la température est différente, l'arôme résultant est également différent.

Certains chercheurs ont constaté qu'à mesure que la température de réaction augmente, la production de substances aromatiques par la réaction de Maillard augmente. Dans la production d'arômes de viande, la température de réaction ne dépasse généralement pas 180 ℃ ; afin d'obtenir davantage de substances aromatiques de viande et de contrôler correctement la formation d'arômes de sauce, une température de réaction de 115 ℃ est appropriée.

3) pH et activité de l'eau

Dans une certaine fourchette, la vitesse de la réaction de brunissement de Maillard, l'activité de l'eau et le pH sont positivement corrélés. Les conditions alcalines permettent de générer facilement des substances volatiles contenant de l'azote (telles que la pyrazine) ; en général, le pH ne dépasse pas 8, car si le pH est supérieur à 8, la réaction se déroule plus rapidement et est difficile à contrôler ; l'azote aminé est également réduit de manière significative, et la formation d'arômes est relativement faible.

La formation de la couleur de la réaction de Maillard a un pH > 7,0, la production d'arômes de viande a un pH compris entre 5,0 et 5,5, et plus le pH est élevé, plus les substances aromatiques produites sont nombreuses, et avec des pH différents, les composants des substances aromatiques produites sont également différents.

La réaction de Maillard se produit plus facilement dans les aliments dont l'activité de l'eau est modérée. Si la réaction de Maillard est utilisée pour préparer un arôme de viande, une activité de l'eau comprise entre 0,65 et 0,75 est la plus appropriée, et la réaction est lente si l'activité de l'eau est inférieure à 0,30 ou supérieure à 0,75.

4) Temps de réaction

Le temps de réaction a un effet significatif sur la couleur du produit de la réaction de Maillard et sur la génération de composés aromatiques. Un temps trop court peut rendre la réaction incomplète, la saveur résultante n'est pas épaisse et riche ; un temps trop long peut rendre la réaction excessive, ce qui donne un goût de brûlé et certaines substances cancérigènes.

Effet de la réaction de Maillard sur la transformation des aliments

La réaction de Maillard a attiré l'attention pour la première fois en raison de la réaction du glucose et de la glycine qui produit des substances brunes. Les substances brunes produites par la réaction sont l'une des sources importantes de la couleur des aliments.

Une grande partie de la substance jaune d'or à la surface des produits de boulangerie tels que le pain, les pâtisseries et les grains de café provient de la réaction de Maillard. C'est ce que nous attendons, mais la couleur produite par la réaction de Maillard dans les aliments n'est pas nécessaire, comme dans la stérilisation des produits laitiers, parfois une stérilisation incorrecte, causée par le jaunissement des produits laitiers est la réaction de Maillard.

Par conséquent, dans le processus de transformation des aliments, il est nécessaire de contrôler les conditions de réaction, de manière à ce que la réaction corresponde aux attentes de la population.

(1) L'effet de la réaction de Maillard sur la saveur et la couleur des aliments

Le stockage à long terme des aliments ou leur chauffage à haute température produisent le produit final de la réaction de Maillard, à savoir un pigment brun semblable à la mélanine.

Il existe de nombreux aliments contenant des mélanoïdines, tels que la sauce soja, les graines de soja, le pain, la viande grillée, le poisson grillé, les tranches de pain grillées, les cacahuètes frites et le café. Ces aliments sont transformés pour obtenir une couleur jaune d'or ou brun foncé très attrayante, qui peut susciter un vif intérêt et augmenter la valeur sensorielle de l'aliment.

Toutefois, étant donné que la plupart des substances nécessaires à la production de substances aromatiques proviennent des nutriments contenus dans les aliments, tels que les sucres, les protéines, les graisses, les acides nucléiques, les vitamines, etc., il n'est pas souhaitable, d'un point de vue nutritionnel et de certains points de vue technologiques, d'envisager la réaction de Maillard qui se produit pendant le stockage et la transformation des aliments et la production de substances aromatiques.

En outre, le brunissement affecte dans une certaine mesure la qualité sensorielle de certains produits (par exemple, le lait et les produits laitiers), car il entraîne un changement de couleur des produits blancs et un assombrissement des produits clairs.

(2) Effet de la réaction de Maillard sur les propriétés nutritionnelles des aliments

Le brunissement des aliments peut entraîner une diminution indésirable de leur valeur nutritionnelle. Tout d'abord, cela est dû à l'implication de l'acide chlorogénique et des sucres réducteurs dans la réaction de Maillard, qui peut entraîner la perte d'acides aminés et de sucres réducteurs. En outre, il a été constaté que l'efficacité des éléments minéraux contenus dans les aliments diminue également lorsque la réaction de Maillard se produit.

3) Effet de la réaction de Maillard sur les protéines dans les aliments

Les composés covalents protéine-monosaccharide générés par la condensation de protéines et de sucres par carbonylammoniaque possèdent de meilleures propriétés fonctionnelles que les protéines d'origine, telles qu'une émulsification, une solubilité et des propriétés antimicrobiennes améliorées. Cela élargit les possibilités d'utilisation des protéines dans les applications alimentaires et pharmaceutiques.

Cependant, la réaction de Maillard réduit également la qualité nutritionnelle de certaines protéines et inhibe l'activité de la trypsine. Pour les produits céréaliers, la réaction de Maillard entraînera sans aucun doute une baisse du prix de la biomasse protéique. Certains scientifiques ont confirmé qu'une pâte cuite à 200 ℃ pendant 15 minutes, sa valeur PER de protéine de 3,6 avant la cuisson est tombée à 2,4, et si elle continue à cuire à 130 ℃ pendant 1 heure, elle sera encore réduite à 0,8, ce qui est dû à la réduction de la lysine causée par la réaction de Maillard.

4) Substances nocives et effets produits par la réaction de Maillard

L'acrylamide et les AGE sont produits au cours de la transformation des aliments, comme la friture et la cuisson, etc. L'acrylamide est une matière première chimique utilisée dans la fabrication des plastiques, qui peut provoquer des lésions nerveuses et est un agent cancérigène connu, de sorte que le problème de l'acrylamide dans les aliments a attiré l'attention du monde entier.

Les recherches nationales et internationales ont confirmé que les AGE sont impliqués dans le vieillissement, l'athérosclérose, la néphropathie et le diabète, ainsi que dans d'autres maladies survenant au cours du processus de développement.

La transformation des aliments produit également de l'aldéhyde pyruvique, qui est considéré par le corps médical comme pouvant jouer un rôle dans l'induction de mutations dans l'organisme, mais l'aldéhyde pyruvique n'est qu'un produit intermédiaire de la réaction, qui est très réactif et réagit rapidement avec d'autres substances. En général, l'aldéhyde pyruvique est bénéfique dans la réaction, et il doit être contrôlé autant que possible pour évoluer dans une direction favorable au cours de la réaction, pour réduire sa toxicité et pour empêcher son accumulation.

Réaction de Maillard

Contrôle rationnel dans la transformation des aliments

La réaction de Maillard est largement répandue dans la transformation et le stockage à long terme des aliments, et constitue l'une des principales sources de production d'arômes alimentaires. Dans la production alimentaire, la réaction de Maillard doit être contrôlée de manière rationnelle en fonction des différents objectifs de la transformation et des conditions spécifiques du processus.

(1) Contrôle de la réaction de Maillard dans la production de boissons à base de fruits et légumes

Dans la transformation et la production de boissons à base de fruits et de légumes, le brunissement enzymatique entraîne souvent une détérioration de la qualité du produit, bien que le brunissement des fruits et des légumes soit généralement dû au brunissement enzymatique, mais pour les agrumes et les légumes, en raison de la quantité plus élevée de substances azotées, il est souvent facile de provoquer la réaction de Maillard et d'entraîner le brunissement de la production, il convient de prêter attention à la concentration du pH et de la solution sucrée.

Lors de la transformation et de la production de boissons à base de fruits et de légumes, afin de garantir un goût normal, la valeur PH doit être réduite autant que possible pour ralentir la vitesse de la réaction de Maillard. Lors de la production de boissons à base de fruits et de légumes, la concentration du sirop d'origine est contrôlée entre 30% et 50%, afin d'obtenir la réaction de Maillard la plus appropriée.

(2) Contrôle de la réaction de Maillard dans la production de produits laitiers

Le lait et les produits laitiers dans la transformation des acides aminés terminaux de la caséine en raison d'une lysine aminée et du lactose (ou d'autres sucres réducteurs) pour générer de la glucosamine, puis le réarrangement d'Amadori, le clivage, la déshydratation et d'autres processus pour générer des substances brunes. Le lait et les produits laitiers brunissent, la saveur et l'apparence se détériorent, les propriétés physiques diminuent.

En raison de la production de grandes quantités de dioxyde de carbone au cours du processus de brunissement, le phénomène d'"expansion de la boîte" se produit lorsque le lait en poudre et le lait concentré stockés de manière hermétique subissent un brunissement plus important.

Les méthodes de contrôle du brunissement du lait et des produits laitiers comprennent : le contrôle de la température, l'utilisation de sucres à faible teneur en sucres réducteurs, le choix de stabilisants appropriés, le contrôle du pH du lait cru, le contrôle de la teneur en eau du produit fini et l'ajout d'inhibiteurs.

3) Contrôle de la réaction de Maillard pendant le processus de cuisson

Lors de la cuisson, de la friture, de la sauteuse et d'autres méthodes de cuisson, la température élevée et le chauffage prolongé entraînent la génération de produits de réaction de Mamard, tels que l'acrylamide et les AGE.

L'acrylamide provient principalement des aliments amylacés frits ou cuits au four, et certains chercheurs ont prouvé que l'asparagine est un précurseur important pour la formation de l'acrylamide. L'ampleur de la réaction de Maillard pendant la cuisson est influencée par le type et la quantité de sucres et d'acides aminés dans la matière première, et est également liée à la méthode de cuisson.

Cela concerne la gestion du feu, la quantité de bouillon, la mise en place des assaisonnements et l'utilisation de moyens de transmission de la chaleur. Dans le processus de cuisson, il s'agit de contrôler la température et le temps de chauffage, de réguler la teneur en composés aminés et en composés carbonylés, de choisir raisonnablement les méthodes de cuisson, d'empêcher la production d'acrylamide et d'AGE, afin de favoriser la formation d'une bonne couleur et d'un bon arôme dans les plats.

Application du Melad dans la transformation et le stockage des aliments

1. Propriétés antioxydantes des PRM

Depuis les années 1980, la recherche sur les propriétés antioxydantes des PRM a progressivement attiré l'attention des chercheurs et est devenue un sujet populaire dans les domaines de la nutrition et de la chimie alimentaire. L'utilisation d'antioxydants tels que le BHA, le BHT, le TBHQ, etc., qui sont largement utilisés dans l'industrie alimentaire, a été interdite en Europe et aux États-Unis en raison de leur éventuelle cancérogénicité.

Les MRPS sont une classe de substances produites au cours de la transformation et du stockage des aliments, qui peuvent être considérées comme naturelles et devraient devenir la prochaine génération d'antioxydants naturels et non toxiques.

Les produits de la réaction de Maillard (produits de la réaction de Maillard, PRM) contenus dans la classe des essences noires, des cétones réduites et une série de composés hétérocycliques volatils contenant de l'azote et du soufre, ces substances possèdent certaines propriétés antioxydantes, et leurs propriétés antioxydantes sont utilisées pour remplacer les antioxydants alimentaires phénoliques, ce qui attire progressivement l'attention du public.

Le pouvoir antioxydant de certaines de ces substances est même comparable à celui des antioxydants couramment utilisés dans l'alimentation. Les substances de grand poids moléculaire à la fin de la réaction, telles que l'hormone de libération de la mélanotropine, sont considérées comme les principaux antioxydants des PRM.

2. application de la réaction de Maillard à la production d'arômes

①Développement de la saveur domestique

L'industrie chinoise des arômes de viande a démarré tardivement, parallèlement à l'émergence de l'industrie des nouilles instantanées. Les premières méthodes de production d'arômes sont rudimentaires, mais elles ont bien intégré le processus de production de la cuisine traditionnelle chinoise à base de viande.

Les entreprises et les instituts de recherche nationaux se consacrent actuellement à la recherche, au développement et à l'application de la réaction thermique des arômes de viande. Les matières premières utilisées pour la réaction thermique des arômes, telles que la source d'azote des protéines, la source de carbone des hydrates de carbone pour l'hydrolyse enzymatique, contrôlent le degré d'hydrolyse, dans les paramètres pertinents par le biais d'un ajustement raisonnable et du processus de réaction thermique afin de générer des arômes de viande réalistes et richement aromatisés. Ces produits ont un bon goût et une saveur pure, et peuvent simplifier les procédures de transformation des aliments, ce qui permet de réduire les coûts de production.

Ces dernières années, avec l'amélioration du niveau de consommation, la demande d'arômes en Chine augmente, la production d'arômes et de parfums de la Chine dans son ensemble affiche une tendance à la hausse, et cette dynamique de développement rapide devrait se poursuivre pendant une longue période.

② Tendance au développement des arômes étrangers

Depuis 1960, le MoIrton britannique a obtenu le premier brevet de préparation d'arômes de viande par réaction de Maillard, les arômes de viande ont connu un développement rapide et une production commerciale. Aujourd'hui, la production annuelle d'arômes de viande par réaction thermique aux États-Unis et en Europe dépasse les 30 000 tonnes et est largement utilisée dans les soupes liquides, les soupes solides, les snacks, les aliments en conserve, les nouveaux aliments protéinés, les produits à base de viande simulée et d'autres aliments.

En Europe et aux États-Unis, la production d'arômes de viande traités à la chaleur représente plus de 65% de la quantité totale d'arômes. Ces dernières années, les chercheurs du pays et de l'étranger ont également trouvé une nouvelle matière première d'acide aminé, l'extrait de levure, qui remplace une partie de l'extrait de viande et peut améliorer la saveur et le goût de l'arôme de viande produit.

Conclusion

Ces dernières années, la recherche et l'application de la réaction de Maillard et de ses produits ont constitué un sujet important et populaire dans les domaines de la chimie alimentaire et de la chimie des arômes, tant au niveau national qu'international. Les recherches sur les produits de Maillard ne se limitent pas à la matière première des arômes, mais portent également de plus en plus sur leurs propriétés fonctionnelles, telles que les propriétés antioxydantes, antimicrobiennes et antimutagènes, l'émulsification, l'amélioration de la modification de la saveur des aliments et l'influence des bioactifs.

Le processus de la réaction de Maillard étant assez complexe, avec des dizaines, des centaines, voire des milliers de produits, il reste encore de nombreuses lacunes à étudier. Au cours des dernières décennies, avec les progrès de l'analyse, de la technologie de détection et des méthodes analytiques, telles que HPLC, GC, GC ~ MS, GC-O et d'autres moyens de recherche avancés seront appliqués à la séparation, à la purification et à l'identification des produits de Maillard.

En raison de la variété et de la complexité des produits de Maillard, une grande partie des produits sont bénéfiques pour l'industrie alimentaire, mais les composants nocifs ne peuvent bien sûr pas être exclus. Par conséquent, les conditions de réaction devraient être contrôlées autant que possible dans les recherches futures, afin que la réaction puisse être développée dans le sens des attentes des gens. On pense qu'avec l'étude approfondie du mécanisme de réaction et de l'application, l'application de la réaction de Maillard à l'industrie de la transformation des aliments secs aura des perspectives plus larges.