Phản ứng của Maillard: Các giai đoạn và sự xuống cấp của Strecker

Phản ứng Maillard là tên được đặt cho các phản ứng hóa học giữa các axit amin và đường khử làm che khuất thức ăn trong quá trình rang, nướng, rang và chiên. Các hợp chất màu nâu được hình thành chịu trách nhiệm cho màu sắc và mùi thơm của các sản phẩm như vỏ bánh mì, thịt bò nướng, khoai tây chiên và bánh quy nướng.

Phản ứng được ưa thích bởi nhiệt (nhiệt độ từ 140 đến 165 ˚C), mặc dù nó cũng xảy ra ở tốc độ thấp hơn, ở nhiệt độ phòng. Chính bác sĩ và nhà hóa học người Pháp Louis-Camille Maillard đã mô tả nó vào năm 1912.

Sự tối màu xảy ra mà không có tác động của enzyme, cũng như caramel hóa; do đó cả hai được gọi là phản ứng của màu nâu nonenzymatic.

Tuy nhiên, chúng khác nhau ở chỗ trong caramel hóa chỉ có carbohydrate được làm nóng, trong khi đó đối với protein xảy ra hoặc Maillard cũng phải có mặt protein hoặc axit amin.

Các pha của phản ứng

Mặc dù có vẻ dễ dàng đạt được màu vàng trong thực phẩm bằng kỹ thuật nấu ăn, hóa học liên quan đến phản ứng Maillard rất phức tạp. Năm 1953, John Hodge đã công bố sơ đồ của phản ứng vẫn được thừa nhận một cách chung chung.

Ở bước đầu tiên, một loại đường khử như glucose được ngưng tụ với một hợp chất có chứa một nhóm amin tự do, như axit amin, để tạo ra một sản phẩm bổ sung được chuyển thành glycosylamine thay thế N.

Sau khi sắp xếp phân tử được gọi là sắp xếp lại Amadori, một phân tử loại 1-amino-deoxy-2-ketose (còn được gọi là hợp chất Amadori).

Khi hợp chất này được hình thành, hai tuyến phản ứng có thể xảy ra:

- Có thể có sự phân tách hoặc phá vỡ các phân tử trong các hợp chất carbonyl thiếu nitơ, chẳng hạn như acetol, pyruvaldehyd, diacetyl.

- Có thể xảy ra tình trạng mất nước dữ dội dẫn đến các chất như furfural và dehydrofurfural. Những chất này được sản xuất bằng cách đun nóng và phân hủy carbohydrate. Một số có vị đắng nhẹ và mùi thơm của đường bị cháy.

Suy thoái stecker

Có một cách phản ứng thứ ba: sự xuống cấp của Strecker. Điều này bao gồm mất nước vừa phải tạo ra các chất khử.

Khi các chất này phản ứng với các axit amin không thay đổi, chúng được chuyển thành aldehyd điển hình của các axit amin liên quan. Theo phản ứng này, các sản phẩm như pyrazine được hình thành, tạo ra mùi thơm đặc trưng cho khoai tây chiên.

Khi một axit amin can thiệp vào các quá trình này, phân tử bị mất từ quan điểm dinh dưỡng. Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp các axit amin thiết yếu, chẳng hạn như lysine.

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng

Bản chất của axit amin và carbohydrate của nguyên liệu thô

Ở trạng thái tự do hầu như tất cả các axit amin đều có trạng thái đồng nhất. Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng trong số các axit amin có trong chuỗi polypeptide, những chất cơ bản - đặc biệt là lysine - có khả năng phản ứng cao.

Loại axit amin tham gia vào phản ứng xác định mùi vị thu được. Các loại đường phải được khử (nghĩa là chúng phải có nhóm carbonyl tự do và phản ứng như các nhà tài trợ điện tử).

Trong carbohydrate, người ta đã phát hiện ra rằng pentose có phản ứng mạnh hơn hexose. Đó là, glucose ít phản ứng hơn so với fructose và, ngược lại, hơn mannose. Ba hexose là một trong số ít phản ứng nhất; tiếp theo là pentose, arabinose, xyloza và ribose, theo thứ tự tăng dần khả năng phản ứng.

Disacarit, chẳng hạn như đường sữa hoặc maltose, thậm chí ít phản ứng hơn so với hexose. Sucrose, vì nó không có chức năng khử tự do, không can thiệp vào phản ứng; nó chỉ làm như vậy nếu nó có trong thực phẩm có tính axit và sau đó bị thủy phân thành glucose và fructose.

Nhiệt độ

Phản ứng có thể phát triển trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng. Vì lý do này, nó được coi là nhiệt không phải là điều kiện không thể thiếu để nó xảy ra; Tuy nhiên, nhiệt độ cao làm tăng tốc nó.

Vì lý do này, phản ứng xảy ra chủ yếu trong các hoạt động nấu ăn, thanh trùng, khử trùng và khử nước.

Khi tăng độ pH, cường độ tăng

Nếu độ pH tăng, cường độ của phản ứng cũng tăng. Tuy nhiên, độ pH giữa 6 và 8 được coi là thuận lợi nhất.

Việc giảm độ pH làm cho nó có thể làm giảm màu nâu trong khi mất nước, nhưng không thuận lợi làm thay đổi các đặc tính của cơ quan.

Độ ẩm

Tốc độ của phản ứng Maillard thể hiện tối đa từ 0, 55 đến 0, 75 về hoạt động của nước. Do đó, thực phẩm mất nước là ổn định nhất, miễn là chúng tránh xa độ ẩm và ở nhiệt độ vừa phải.

Sự hiện diện của kim loại

Một số cation kim loại xúc tác cho nó, chẳng hạn như Cu + 2 và Fe + 3. Những người khác như Mn + 2 và Sn + 2 ức chế phản ứng.

Tác động tiêu cực

Mặc dù phản ứng thường được coi là mong muốn trong khi nấu, nhưng nó thể hiện một nhược điểm từ quan điểm dinh dưỡng. Nếu thực phẩm có hàm lượng nước thấp và sự hiện diện của đường khử và protein (như ngũ cốc hoặc sữa bột) được làm nóng, phản ứng Maillard sẽ dẫn đến mất axit amin.

Các phản ứng mạnh nhất theo thứ tự giảm là lysine, arginine, tryptophan và histidine. Trong những trường hợp này, điều quan trọng là trì hoãn sự khởi đầu của phản ứng. Ngoại trừ arginine, ba loại còn lại là các axit amin thiết yếu; nghĩa là, chúng phải được đóng góp bằng cách cho ăn.

Nếu một số lượng lớn axit amin của protein được tìm thấy liên quan đến dư lượng đường do phản ứng Maillard, cơ thể không thể sử dụng axit amin. Các enzyme phân giải protein của ruột không thể thủy phân chúng.

Một nhược điểm khác được lưu ý là, ở nhiệt độ cao, một chất có khả năng gây ung thư như acrylamide có thể được hình thành.