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美拉德反应究竟是什么意思

发布时间:2022-09-26

1912年法国化学家发现了美拉德反应(Maillardreaction)。近几十年来,美拉德反应(Maillardreaction)一直是食品化学、食品工艺学、营养学、香料化学等领域的研究热点。

美拉德反应是加工食品中色泽和浓郁芳香的各种风味的主要来源,特别是对于一些传统的加工工艺过程,如对咖啡、可可豆的焙炒,饼干、面包的烘烤以及肉类食品的蒸煮中形成良好风味所不可缺少的化学反应。

但同时由于生成这些风味物的前提物质大多来自食品中的营养成分,如糖类、蛋白质、脂肪以及核酸、维生素等,从营养学角度来说,食品在贮藏加工过程中发生风味物质的反应是不利的。

反应不但使食品的营养成分受到损失,尤其是那些人体需要而自身不能合成或合成量远远不能满足人体需要的氨基酸、脂肪酸和维生素等得不到充分利用。当这些反应控制不当时,甚至还会生成抗营养的或有毒性的物质,如黑色素、稠环化合物等。

因此对美拉德反应的机理进行深入的研究,有利于在食品贮藏与加工的过程中,控制食品的色泽、香味的变化或使其反应向着有利于色泽、香味生成的方向进行,减少营养价值的损失,增加有益产物的积累,从而提高食品的品质。

一.美拉德反应化学

美拉德反应按其本质而言是氨羰间的加缩反应,它可以在醛、酮、还原糖及脂肪氧化生成的羰基化合物与胺、氨基酸、肽、蛋白质甚至氨之间发生反应,其化学过程十分复杂。关于美拉德反应的反应过程,食品化学家Hodge 在早年作出了初步的解释,认为美拉德反应可分成三个反应阶段[1]。

1、起始反应阶段

美拉德反应初期阶段反应包括还原糖的羰基碳首先遭到氨基氮上孤对电子的亲核加成,接着失去水和闭环二形成葡基胺,如果还有过量的还原糖存在,就能进一步形成二葡基胺。葡基胺再经过Amadori重排而生成1-氨基-2-酮糖。美拉德反应初级阶段不引起褐变,也不产生香味,但其产物是产生极重要的不挥发性香味物质的前驱物。

2、中间反应阶段

在氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不挥发性香味前驱物形成之后,美拉德反应变得更为复杂,Amadori重排产物经过-消去机理脱水,在经过脱水脱掉氨基而生成3-脱氧己糖醛酮、奥苏烯糖和HMF 等,这些不同的化合物依次反应,开始形成无氮及含氮褐色可溶性化合物。

3、最终反应阶段

高级美拉德反应阶段形成的众多活性中间体如葡萄糖酮醛、3-脱氧、3,4-二脱氧、HMF、二还原酮类、不饱和醛亚胺等等,又可继续与氨基酸反应,最终生成类黑精色素---褐色含氮色素,吡嗪和咪唑环等风味物质。此过程包括醇醛缩合、醛氨聚合、环化合反应等。

影响美拉德反应的因素有pH、温度、反应时间、水分活度、金属离子、糖结构等[2]。pH 对美拉德反应褐变的影响是显著的,如果溶液的pH 为6或低于6,那么即使反应发生,反应程度也是低的。在pH 为7∙8~9∙2范围内,随着pH的增加出现了氨基。

在温度较高的条件下利于美拉德反应中生成的一些低分子量的杂环化合物的形成。吡喃环对热敏感,开环后使产物结合增加,然后再环化,从而形成新的碳环或杂环化合物,大多数是含有5、6、7个原子的芳香族化合物如苯、呋喃、噻唑、咪咯、吡咯、吡啶等风味物质。烯醇胺或a-氨基酸在高温下也可缩合成吡嗪类风味化合物。

同时在温度较高的条件下,斯特勒克(Strecker)降解经常伴随美拉德反应进行,它也是食品风味物形成的一个重要反应。反应物包括邻二羰基物和氨基酸,直接产物包括二氧化碳、邻氨基醛(或酮)糖和醛类,间接产物包括吡嗪类风味物质。其中醛和吡嗪都对食品风味有很大的影响,例如商业上利用斯特勒克可降解产生巧克力、蜂蜜、槭糖和面包的风味。

水分活度对美拉德反应的影响也很明显,当水分活度为0∙3~0∙7时,美拉德反应的速率较快。不同食品体系中水分活度活水含量及参与美拉德反应的物质不同,所以这一影响的程度在不同食品体系中有所区别。

铜和铁能促进美拉德反应,Fe3+比Fe2+更为有效,钠粒子对反应基本没有影响。另外,不同种类的糖与氨基酸作用时,其降解也不同。此外,反应时间对美拉德反应的速率以及最终产物的组成有着重要的影响。