Reakcja Maillarda

Reakcja Maillarda – seria reakcji chemicznych, które zachodzą najczęściej pod wpływem ciepła, pomiędzy aminokwasami a cukrami redukującymi.

Podstawowe informacje

Generalnie, reakcje Maillarda występują przy smażeniu i ogrzewaniu prawie każdego rodzaju produktu żywnościowego. Odpowiadają (częściowo) za zapach piwa, czekolady, prażonej kukurydzy, chleba, ciastek, mięsa, i gotowanego ryżu.
Alkohole cukrowe lub poliole (sorbitol, ksylitol) nie uczestniczą w reakcji Maillarda.

Podobnie jak karmelizacja, reakcja Maillarda należy do reakcji typu brązowienia nieenzymatycznego.

Nazwa reakcji pochodzi od nazwiska francuskiego chemika Louis-Camille Maillarda, który badał ją w 1912 w ramach pracy doktorskiej wydanej w 1913 roku. Jest to jeden z najważniejszych procesów chemicznych wykorzystywanych w przemyśle spożywczym.

Pomimo że reakcję Maillarda bada się od prawie stu lat, jej złożony charakter powoduje, iż wiele cząstkowych reakcji nie zostało jeszcze poznanych. Na zapach i barwę ostatecznego produktu ma wpływ wiele czynników. Należą do nich: pH, rodzaj aminokwasu i cukru, temperatura, czas, obecność tlenu, zawartość wody, aktywność wody i inne składniki żywności.

W wielu produktach, na przykład w kawie, aromat tworzy mieszanina produktów reakcji Maillarda i karmelizacji. Jednakże, karmelizacja zachodzi w temperaturze powyżej 120-150 °C, podczas gdy reakcja Maillarda już w temperaturze pokojowej.

Przebieg reakcji

Reakcja węglowodanu z aminokwasem

Grupa karbonylowa węglowodanu reaguje z grupą aminową aminokwasu tworząc wodę i związki typu N-podstawionej glukozyloaminy, która następnie, w warunkach reakcji, rozpada się do mniejszych cząsteczek, zawierających reaktywne ugrupowanie O=C-C-N. Powstałe związki nazywają się Amadori.

Im większa jest cząsteczka cukru, tym wolniej zachodzi reakcja z aminokwasem. Dla przykładu pentozy (np. ryboza) szybciej przereagują niż dwucukry (sacharoza, laktoza).

Azoty i węgle karbonylowe tych cząsteczek mogą się następnie wzajemnie sprzęgać, tworząc związki heterocykliczne, np. z wbudowanym azotem – pirazyny, najczęściej obdarzone intensywnym, charakterystycznym zapachem, np. krakersów, chleba, orzeszków, sera, itp.

2 Faza

Przebieg kolejnych faz reakcji zależy od izomerycznej postaci produktu Amadori. Istnieją 2 możliwości:

• Następuje oderwanie grupy aminokwasowej i powstanie reaktywnych związków, które w końcu rozpadają się do ważnych składników zapachowych jak furfural i hydroksymetylofurfural (HMS)
• Przegrupowanie Amadori, które jest początkiem głównych reakcji brązowienia.

Charakterystyczna ciemna barwa produktów reakcji Maillarda pochodzi od nagromadzenia dużych cząsteczek, powstających w biegnących równolegle reakcjach kondensacji.

Reakcja Maillarda. Konwersja asparaginy w akrylamid

3 Faza

Może to być

• Odwadnianie,
• Rozpad, gdy tworzą się krótkołańcuchowe produkty hydrolizy, na przykład diacetyl i metyloglioksal,
• “ Degradacje Strekera” aminokwasów lub ich kondensacja do aldoli.

Produkty końcowe

• związki zapachowe
• melanoidyny

Zastosowanie w przemyśle spożywczym

Reakcja Maillarda zachodzi powszechnie w trakcie termicznej obróbki pożywienia (pieczenie, smażenie). Wiele potraw (chleb czy inne wypieki, smażone mięsa, słodycze jak krówki, toffi, kajmak) dzięki niej uzyskuje swoje charakterystyczne cechy – barwę, smak i aromat. Powstające melanoidyny posiadają korzystne właściwości przeciwutleniające.

Niestety, produkty tracą cześć węglowodanów i aminokwasów, przez co są mniej wartościowe dla człowieka. Czasami produkty tej reakcji są toksyczne lub rakotwórcze. Przykładowo akrylamid, związek potencjalnie toksyczny, tworzy się w temperaturze powyżej 180 °C, szczególnie w produktach pieczonych lub smażonych (np. frytki ziemniaczane).

Linki zewnętrzne

• Informacja w serwisie www.chemcos.org
• Informacja w serwisie www.gdch.de
• Informacja w serwisie www.food-info.net (po polsku)

Bibliografia

• Hervé This. Kuchnia i nauka, Warszawa 1998 (tyt. oryginału Les secrets de la casserole)
• Réaction générale des acides aminés sur les sucres. Journal de Physiologie, 1912 tome 14 page 813
• Action des acides aminés sur les sucres: formation des mélanoïdines par voie méthodique. Compte-rendu de l'Académie des sciences, 1912 tome 154, page 66-68.
• Réaction générale des acides aminés sur les sucres: ses conséquences biologiques. Compte-rendu Société de Biologie, 1912, tome 72 (LXXII), page 599 à 601 (559-561)
• Thèse présentée à la Fac des Sciences de Paris. Action de la glycérine et des sucres sur les acides x-aminés : cyclo-glycil-glycines & polypeptides; mélanoïdines et matières humiques. Laval . Imp. De L. Barnéoud 1913. In 8° XV 425 pages . Bibliothèque Nationale 4° R 489. 1508.série A n° 738 & n° 1508
• Owen R. Fennema, Food Chemistry, 3rd Edition, 1996