Реакция Майяра, также известная как карбонильно-аммиачная реакция или неферментативная реакция подрумянивания, - это реакция, которая происходит между аминосоединениями и карбонильными соединениями и является одним из основных источников получения аромата пищевых продуктов.

Реакция Майяра считается одной из самых важных химических реакций, происходящих при обработке пищевых продуктов. Она влияет на такие качественные характеристики продуктов, как цвет, вкус, пищевая ценность и физико-химические свойства пищевых ингредиентов.

Продукты реакции меларда (в основном меланоидины, восстановленные кетоны и гетероциклические соединения, содержащие N, S и O) являются основным источником аромата в мясных продуктах, а антиоксидантные свойства продуктов реакции меларда (ПРМ), которые используются в качестве заменителей фенольных пищевых антиоксидантов, привлекают все большее внимание.

Механизм реакции Майяра

Реакция Майяра - это неферментативная реакция подрумянивания, которая в основном представляет собой сложную реакцию между карбонильными соединениями (особенно восстанавливающими сахарами) и аминосоединениями (включая амины, аминокислоты, пептиды, белки и т.д.). Реакция Майяра используется в пищевой промышленности с тех пор, как люди начали готовить пищу на гриле. Реакция Майяра актуальна не только для производства традиционных продуктов питания, но и для современной пищевой промышленности, например, выпечки, кофе и т. д. Реакция Майяра придает продуктам восхитительный вкус и привлекательный цвет.

По мнению химика-пищевика HODGE, процесс реакции Майяра можно разделить на три стадии: начальную, промежуточную и конечную, каждая из которых может быть разделена на несколько реакций. Реакция является сложной, включает множество перекрестных реакций и реакций разложения, в результате которых образуется ряд ароматических соединений (включая кетоны, альдегиды, спирты, фураны и их производные, пирролы, пиридины, пиразины, тиофены, тиазолы, умизолы, елзолины и сульфиды) HJ. Среди них - гетероциклические соединения (S- и N-соединения пирролов, фуранов, тиофенов, тиазолинов и пиразинов), тиоловые соединения, восстановительные кетоны и, наконец, аналогичные черные кристаллы.

Факторы, влияющие на реакцию Мелада

Серия химических реакций, происходящих между восстанавливающими сахарами и аминокислотами во время обработки и хранения продуктов питания, известна как реакция Майяра. Основными факторами, влияющими на степень протекания реакции Майяра, являются температура и время обработки, а также pH, активность воды, тип и соотношение реактантов.

Однако состав реактивов может меняться в зависимости от обрабатываемого продукта и сырья. Понимание влияния этих факторов на реакцию Майяра помогает контролировать подрумянивание продуктов и имеет большое практическое значение для пищевой промышленности.

1) Субстрат для реакции

В реакции Майяра участвуют в основном восстанавливающие сахара, которые могут быть дисахаридами, пентозами и гексозами. Реакция протекает по схеме пентоза > гексоза > гексанон > дисахарид. Дисахариды дают плохой вкус, а самым быстрореагирующим и лучшим по вкусу из "сотенных" сахаров является рибоза, но она дорого стоит и ее трудно приобрести.

Учитывая стоимость сырья, обычно используются глюкоза и ксилоза. Реакция Майяра различается по вкусу и концентрации продуктов в зависимости от сахаров, участвующих в реакции. Среди них реакция с ксилозой является наилучшей.

Тип и концентрация аминокислот также оказывают очень важное влияние на тип и качество вкуса продукта реакции, и различные виды аминокислот могут образовывать различные вкусовые вещества в реакции Майяра. Среди них серосодержащие аминокислоты оказывают очень важное влияние на формирование мясного вкуса в реакции меламина.

На практике, поскольку цистеин трудно растворим, люди обычно используют соли цистеина (в основном гидрохлорид цистеина). Некоторые другие аминокислоты также незаменимы для формирования вкуса в реакции Майяра, они играют очень важную роль в усилении вкусовых характеристик продукта, что может помочь реакции Майяра сформировать более совершенный и мягкий мясной вкус.

2) Температура

На реакцию Майяра сильно влияет температура, каждые 10℃ изменения температуры, скорость подрумянивания будет отличаться в 3~5 раз, поэтому продукты, которые легко подрумяниваются, должны храниться при низкой температуре. Температура не только влияет на скорость реакции, но и влияет на аромат продукта, температура отличается, полученный аромат также отличается.

Некоторые ученые обнаружили, что с повышением температуры реакции увеличивается образование ароматических веществ в результате реакции Майяра. При производстве мясного аромата температура реакции обычно не превышает 180 ℃, для того чтобы получить больше мясных ароматических веществ, и соответствующего контроля за образованием аромата соуса, температура реакции 115 ℃ является подходящей.

3) pH и активность воды

В определенном диапазоне скорость реакции подрумянивания Майяра, активность воды и pH положительно коррелируют. В щелочных условиях легко образуются азотсодержащие летучие вещества (например, пиразин); обычно не более 8, поскольку при рН более 8 реакция протекает быстрее и ее трудно контролировать, аминоазот также значительно снижается, и образование аромата также относительно плохое.

Окраска по реакции Майяра образуется при pH>7,0, при производстве мясного аромата pH находится в диапазоне от 5,0 до 5,5, и чем выше pH, тем больше вырабатывается вкусовых веществ, а при разном pH компоненты вырабатываемых вкусовых веществ также отличаются.

Реакция Майяра наиболее легко протекает в продуктах с умеренной активностью воды. Если реакция Майяра используется для приготовления мясного аромата, то наиболее подходящей является активность влаги от 0,65 до 0,75, а при активности влаги менее 0,30 или более 0,75 реакция протекает медленно.

4) Время реакции

Время реакции оказывает значительное влияние на цвет продукта реакции Майяра и образование вкусовых соединений. Слишком короткое время может привести к тому, что реакция не будет завершена, полученный вкус не будет густым, насыщенным; слишком долгое время может сделать реакцию чрезмерной, что приведет к появлению жженого вкуса и некоторых канцерогенных веществ.

Влияние реакции Майяра на обработку пищевых продуктов

Реакция Майяра впервые привлекла внимание благодаря реакции глюкозы и глицина с образованием коричневых веществ, а коричневые вещества, образующиеся в результате реакции, являются одним из важных источников пищевого цвета.

Значительная часть золотисто-желтого вещества на поверхности хлебобулочных изделий, таких как хлеб, пирожные и кофейные зерна, появляется в результате реакции Майяра. Это то, чего мы ожидаем, но цвет, полученный в результате реакции Майяра, в продуктах питания не нужен, например, при стерилизации молочных продуктов, иногда неправильной стерилизации, причиной пожелтения молочных продуктов является реакция Майяра.

Поэтому в процессе обработки пищи необходимо контролировать условия ее реакции, чтобы реакция соответствовала ожиданиям людей.

(1) Влияние реакции Майяра на вкус и цвет продуктов питания

Длительное хранение продуктов или их высокотемпературное нагревание приводит к образованию конечного продукта реакции Майяра - коричневого пигмента, похожего на меланин.

Существует множество продуктов, содержащих меланоидины, например, соевый соус, соевые бобы, хлеб, мясо на гриле, рыба на гриле, ломтики хлеба на гриле, жареный арахис и кофе. Эти продукты обрабатываются для получения очень привлекательного золотисто-желтого или темно-коричневого цвета, который может вызвать у людей сильный интерес и повысить сенсорную ценность пищи.

Однако, поскольку большинство необходимых веществ для образования вкусовых веществ происходит из питательных веществ, содержащихся в пище, таких как сахара, белки, жиры и нуклеиновые кислоты, витамины и т.д., то с точки зрения питания и с некоторых технологических точек зрения рассматривать реакцию Майяра, происходящую при хранении и обработке пищи, и образование вкусовых веществ невыгодно.

Кроме того, поджаривание в определенной степени влияет на вкусовые качества некоторых продуктов (например, молока и молочных продуктов), поскольку приводит к изменению цвета белых продуктов и потемнению продуктов светлых оттенков.

(2) Влияние реакции Майяра на питательные свойства продуктов

Подрумянивание продуктов может привести к нежелательному снижению их питательной ценности. Во-первых, это связано с участием хлорогеновой кислоты и редуцирующих сахаров в реакции Майяра, что может привести к потере аминокислот и редуцирующих сахаров. Кроме того, было обнаружено, что эффективность минеральных элементов в продуктах также снижается после реакции Майяра.

3) Влияние реакции Майяра на белки в продуктах питания

Белково-моносахаридные ковалентные соединения, образующиеся в результате конденсации белков и сахаров с помощью карбониламмония, обладают лучшими функциональными свойствами, чем исходные белки, например, улучшенной эмульгируемостью, растворимостью и антимикробными свойствами. Это расширяет возможности использования белков в пищевой и фармацевтической промышленности.

Однако реакция Майяра также снижает питательные качества некоторых белков и подавляет активность трипсина. Для зерновых продуктов, реакция Майяра, несомненно, сделает его белка биомассы цена ниже. Некоторые ученые подтвердили, что 200 ℃ выпечки теста 15 мин, его белок PER значение от 3,6 до выпечки вниз до 2,4, если продолжать выпекать при 130 ℃ в течение 1 часа, будет еще больше снизилась до 0,8, что связано с уменьшением лизина вызвано.

4) Вредные вещества и эффекты, возникающие в результате реакции Майяра

Акриламид и AGE образуются в процессе обработки продуктов питания, таких как жарка, выпечка и т. д. Акриламид - это химическое сырье, используемое при производстве пластмасс, которое может вызвать повреждение нервов и является известным канцерогеном, поэтому проблема акриламида в продуктах питания привлекла внимание всего мира.

Реакция Майяра - конечная стадия сшивания белков, образование конечных продуктов гликозилирования (AGEs) - также крайне вредна для здоровья человека, отечественные и международные исследования подтвердили, что AGEs участвуют в старении, атеросклерозе, нефропатии и диабете, а также других заболеваниях, возникающих в процессе развития.

При обработке пищевых продуктов также образуется пировиноградный альдегид, который, как считают медики, может играть роль в вызывании мутаций в организме, однако пировиноградный альдегид - это лишь промежуточный продукт реакции, который является высокореактивным и быстро вступает в реакцию с другими веществами. В целом пировиноградный альдегид полезен в реакции, и его следует максимально контролировать, чтобы он протекал в благоприятном направлении в ходе реакции, снизить его токсичность и предотвратить накопление.

Реакция Майяра

Рациональный контроль в пищевой промышленности

Реакция Майяра широко распространена в процессе переработки и длительного хранения продуктов питания и является одним из основных источников получения пищевого аромата. При производстве продуктов питания реакция Майяра должна рационально контролироваться в зависимости от целей обработки и конкретных условий процесса.

(1) Контроль реакции Майяра при производстве фруктовых и овощных напитков

При переработке и производстве фруктовых и овощных напитков ферментное подрумянивание часто приводит к ухудшению качества продукта, хотя подрумянивание фруктов и овощей, в общем, является основной причиной ферментного подрумянивания, но для цитрусовых фруктов и овощей, из-за большего количества азотистых веществ, также часто легко происходит реакция Майяра и приводит к подрумяниванию продукции, при производстве следует обратить внимание на концентрацию PH и раствора сахара.

При переработке и производстве фруктовых и овощных напитков, исходя из соображений обеспечения нормального вкуса, значение PH должно быть максимально снижено, чтобы замедлить скорость реакции Майяра. При производстве фруктовых и овощных напитков концентрация исходного сиропа контролируется на уровне от 30% до 50%, чтобы сделать реакцию Майяра наиболее подходящей.

(2) Контроль реакции Майяра при производстве молочных продуктов

Молоко и молочные продукты при обработке казеина терминальными аминокислотами за счет амино лизина и лактозы (или других восстанавливающих сахаров) образуют глюкозамин, а затем перегруппировка Амадори, расщепление, дегидратация и другие процессы для образования коричневых веществ. Молоко и молочные продукты коричневеют, ухудшается вкус и внешний вид, снижаются физические свойства.

Из-за выделения большого количества углекислого газа в процессе подрумянивания возникает явление "расширения банки", когда сухое молоко и сгущенное молоко в герметичной упаковке подвергаются более серьезному подрумяниванию.

Методы борьбы с коричневым цветом молока и молочных продуктов включают: контроль температуры, использование сахаров с низким содержанием редуцирующих сахаров, выбор подходящих стабилизаторов, контроль pH сырого молока, контроль содержания воды в готовом продукте и добавление ингибиторов.

3) Контроль реакции Майяра в процессе приготовления

При выпечке, жарке, соте и других способах приготовления пищи высокая температура и длительный нагрев приводят к образованию продуктов реакции Мамарда - акриламида и AGEs.

Акриламид в основном поступает из жареных или печеных крахмалистых продуктов, и некоторые ученые доказали, что аспарагин является важным предшественником для образования акриламида. Степень протекания реакции Майяра во время приготовления пищи зависит от типа и количества сахаров и аминокислот в сырье, а также от метода приготовления.

Это касается обращения с огнем, количества бульона, размещения приправ и использования теплоносителей. В процессе приготовления пищи необходимо контролировать температуру нагрева и время нагрева, регулировать содержание аминосоединений и карбонильных соединений, разумно выбирать способы приготовления, предотвращать образование акриламида и AGE, чтобы способствовать формированию хорошего цвета и аромата блюд.

Применение мелада при обработке и хранении пищевых продуктов

1. Антиоксидантные свойства МРП

Начиная с 1980-х годов, исследования антиоксидантных свойств МРП постепенно привлекают внимание исследователей и становятся популярной темой в области пищевой диетологии и пищевой химии. Использование антиоксидантов, таких как BHA, BHT, TBHQ и т.д., которые широко применяются в пищевой промышленности, было запрещено в Европе и США из-за их возможной канцерогенности.

MRPS - это класс веществ, образующихся в процессе обработки и хранения продуктов питания, которые можно считать природными и которые, как ожидается, станут следующим поколением натуральных и нетоксичных антиоксидантов.

Продукты реакции Майяра (Maillard Reaction Products, MRPs), содержащиеся в классе черной эссенции, восстановленных кетонов и ряда азотсодержащих, серосодержащих летучих гетероциклических соединений, эти вещества обладают определенными антиоксидантными свойствами, и их антиоксидантные свойства используются для замены фенольных пищевых антиоксидантов, постепенно привлекают внимание людей.

Антиоксидантная сила некоторых из этих веществ даже сопоставима с антиоксидантами, обычно используемыми в пищевых продуктах. Крупномолекулярные вещества на конечной стадии реакции, такие как меланотропин-рилизинг-гормон, считаются основными антиоксидантами в МРП.

2.Применение реакции Майяра в производстве ароматизаторов

①Развитие внутреннего колорита

Индустрия мясных ароматизаторов в Китае зародилась поздно, одновременно с появлением индустрии лапши быстрого приготовления. Самые ранние методы производства ароматизаторов были рудиментарными, но хорошо впитали в себя производственный процесс традиционной китайской мясной кулинарии.

В настоящее время отечественные вкусовые компании и научно-исследовательские институты привержены термической реакции мясного вкуса исследования и разработки и применения его основного применения термической реакции вкуса сырья, таких как белок источник азота, углевод источник углерода для ферментативного гидролиза, контроль степени гидролиза, в соответствующих параметров путем разумной настройки и через процесс термической реакции в целях создания реалистичных, богато ароматизированных мясных вкусов. Эти продукты обладают хорошим вкусом и чистым ароматом, и могут упростить процедуры обработки пищевых продуктов, что способствует снижению производственных затрат.

В последние годы, с повышением уровня потребления, в Китае растет спрос на ароматизаторы, китайское производство ароматизаторов и вкусовых добавок в целом демонстрирует тенденцию к росту, и ожидается, что этот стремительный импульс развития сохранится еще довольно долгое время.

② Тенденция развития иностранных ароматов

С 1960 года британская компания MoIrton получила первый патент на приготовление мясных ароматизаторов по реакции Майяра, после чего мясные ароматизаторы стали быстро развиваться и выпускаться в промышленных масштабах. Сегодня ежегодный объем производства термически реагирующих мясных ароматизаторов в США и Европе превышает 30 000 тонн и широко используется в жидких супах, твердых супах, закусках, консервах, новых белковых продуктах, имитированных мясных продуктах и других продуктах питания.

В Европе и США производство термически обработанных мясных ароматизаторов составило более 65% от общего количества ароматизаторов. В последние годы исследователи в стране и за рубежом также нашли новый аминокислотный сырьевой материал дрожжевой экстракт, дрожжевой экстракт вместо части мясного экстракта, может сделать производимые мясные ароматизаторы аромат и вкус лучше.

Заключение

Исследование и применение реакции Майяра и ее продуктов стало важной и популярной темой в области пищевой химии и химии вкуса в стране и за рубежом в последние годы. Исследования продуктов реакции Майяра не ограничиваются только сырьем для ароматизаторов, но и все более углубленно изучают их функциональные свойства, такие как антиоксидантные, антимикробные, антимутагенные, эмульгирующие, улучшающие вкус модификации пищи, а также влияние биоактивных веществ.

Поскольку процесс реакции Майяра довольно сложный, с десятками, сотнями и даже тысячами продуктов, остается еще много пробелов, требующих дальнейшего изучения. В последние десятилетия с развитием анализа, технологии обнаружения и аналитических методов, таких как ВЭЖХ, ГХ, ГХ ~ МС, ГХ-О и других передовых средств исследования будут применяться для разделения, очистки и идентификации продуктов реакции Майяра.

Благодаря разнообразию и сложности продуктов Майяра, значительная их часть является полезной для пищевой промышленности, но, конечно, нельзя исключать и вредные компоненты, поэтому в будущих исследованиях необходимо максимально контролировать условия реакции, чтобы она развивалась в направлении, соответствующем ожиданиям людей. Предполагается, что при углубленном изучении механизма реакции и ее применения, применение реакции Майяра в сухой пищевой промышленности будет иметь более широкие перспективы.