Reakcja Maillarda

Louis Camille Maillard

Wieprzowina zrumieniona w reakcji Maillarda

jajka sadzone

Podczas produkcji frytek reakcja Maillarda może prowadzić do powstania akryloamidu .

Reakcji Maillarda (na cześć francuskiego przyrodnika Louis Camille Maillarda [ majaʁ ]), jest nie- enzymatyczny brązowienia reakcji , które można zaobserwować, na przykład, podczas smażenia i smażeniu potraw. Tutaj związki aminowe (takie jak aminokwasy , peptydy i białka ) są przekształcane w nowe związki ze związkami redukującymi pod wpływem ciepła . Nie należy jej mylić z karmelizacją , ale obie reakcje mogą zachodzić razem.

W przeciwieństwie do tego co zwykle sugeruje nazwa reakcje , nie jest to pojedyncza specyficzna reakcja chemiczna , ale złożony zestaw wielu reakcji , które zachodzą obok siebie , jak również jedna po drugiej , co prowadzi do dużej liczby produktów reakcji . , z których wiele nie zostało jeszcze dokładnie zidentyfikowanych.

historia

W 1913 Louis Camille Maillard opublikował dokument opisujący reakcję aminokwasów z glikozydami w podwyższonych temperaturach. Jednak to amerykański chemik John E. Hodge pracował w Departamencie Rolnictwa Stanów Zjednoczonych w Peoria w stanie Illinois i opublikował w 1953 roku dokument opisujący mechanizm reakcji reakcji Maillarda.

Podstawy chemiczne

Reakcja Maillarda jest ważna dla gotowania i przemysłu spożywczego , ponieważ końcowe produkty brunatne , zwane melanoidynami , mają intensywny smak i odpowiadają za typowy zapach i kolor pieczonych , pieczonych i smażonych potraw o wysokiej zawartości białka. Reakcja opóźnia również psucie się, ponieważ melanoidy / melanoidyny, podobnie jak pronylo-lizyna, wiążą tlen w powietrzu. Naukowcy ustalili również słabe działanie przeciwbakteryjne (hamujące rozwój zarazków). Jednak reakcja Maillarda może również powodować niepożądane zmiany smaku , na przykład podczas sterylizacji mięsa lub produktów mlecznych , i może wystąpić nawet bez ekspozycji na ciepło, gdy żywność zawierająca białko jest przechowywana przez długi czas. Reakcja Maillarda może zmniejszyć zawartość aminokwasów w pożywieniu nawet o 20%, co można uznać za upośledzenie .

W reakcji wieloetapowej , od ok. 140°C, najpierw łączy się aminokwas z cukrami redukującymi takimi jak aldozy (np. glukoza ) lub acyloiny (np. fruktoza ) z eliminacją wody . Powstaje baza Schiffa , którą w kilku krokach przestawia się. Amadori przegrupowanie ma miejsce w przypadku reakcji z aldoz , a Heyns przegrupowania w przypadku acyloins . Produkty Amadori i Heyns dają wysoce reaktywne związki alfa-dikarbonylowe, takie jak 1-, 3- i 4-deoksydikarbonyle znane jako deoksyosony i wiele innych z nich. Czasami powstają związki cykliczne i związki heterocykliczne . 1-Deoksyozon może m.in. B. na Nor furaneol ( zapach karmelu) lub maltol (zapach prażony) reagują, natomiast z 3-Deoxyosonen z. B. furfural (z pentoz ) lub 5-hydroksymetylofurfural (z heksoz ) oraz z 4-Deoksyosonen z. B. powstaje maltol lub acetyloformoina . Dalsze reakcje ze związkami aminowymi prowadzą do z. B. pirole i pirydyny . Degradacja Streckera wytwarza również aldehydy o intensywnym zapachu, takie jak metional, fenyloacetaldehyd , 3- i 2-metylobutanal oraz 3- i 2-metylopropanal, a także związki barwne znane jako melanoidyny. Ponadto z aminokwasem cysteiną cykliczne produkty reakcji zawierające siarkę o charakterystycznym zapachu, np. B. disiarczek bis-2-metylo-3-furylu. W warunkach bezwodnego ciepła, które sprzyjają reakcji Maillarda, karmelizacja węglowodanów zawartych w pożywieniu zachodzi również równolegle do reakcji Maillarda . Od 180 ° C zaczyna się również Verkohlungsprozesse .

Tworzenie akrylamidu

Reakcja Maillarda (schemat) od glukozy i asparaginy do akryloamidu

Przykładem niepożądanej reakcji Maillarda jest zwiększone tworzenie się akryloamidu z aminokwasów asparaginy i glutaminy (np. w produktach ziemniaczanych i zbożowych) w temperaturach powyżej 170-190 °C. Tę reakcję można zmniejszyć, kontrolując temperaturę poniżej temperatury krytycznej. Ograniczenie powstawania akryloamidu w ziemniakach jest również możliwe poprzez przechowywanie ich w ciemnym i chłodnym miejscu (6–10 °C) oraz używanie ziemniaków już ugotowanych.

Niepożądane reakcje Maillarda prowadzą do wielu innych potencjalnie mutagennych lub rakotwórczych związków. Niektóre połączenia są nadal niejasne.

W produkcji żywności

Reakcja Maillarda wpływa na smak, konsystencję i zapach wielu produktów spożywczych, w tym:

• Produkty takie jak prażone ziarna kawy , ziarna kakaowego , słód lub cebuli
• smażone potrawy, takie jak frytki
• Wypieki takie jak chleb , tosty czy ciasteczka
• smażone potrawy, takie jak stek

Wiele smaków jest wytwarzanych przemysłowo za pomocą reakcji Maillarda (smaki reakcji ). Szeroka gama smaków jest wytwarzana z różnych aminokwasów i rodzajów cukru w ​​kombinacji czasu trwania i rodzaju ogrzewania. Połączenie aminokwasu cysteiny z cukrem glukozowym tworzy aromat smażonej cebuli przy długim podgrzewaniu oraz aromat pieczeni przy krótkim podgrzewaniu.

Wpływanie na reakcję Maillarda

Szereg czynników wpływa na reakcję Maillarda (szybkość tworzenia, udział związków Maillarda w produkcie końcowym) w produkcji żywności. Spadek zawartości wody, a także wzrost zawartości białka, cukrów redukujących, energii cieplnej, wartości pH i/lub czasu reakcji mają korzystny wpływ na reakcję Maillarda.

Przykłady zastosowań:

• Podwyższenie wartości pH przez ług w produkcji ciastek z ługiem .
• Zmniejszenie zawartości wody w skórce chleba poprzez suche ciepło.
• Przed pieczeniem posmaruj biszkopty lub bułki białkiem jaja lub roztworem cukru.

Aspekty medyczne

Reakcja Maillarda odgrywa rolę w pewnych procesach starzenia się organizmu człowieka oraz w cukrzycy . Tutaj reakcje oksydacyjne prowadzą do uszkodzenia tkanki ciała. Jednak latem 2004 r. na konferencji w Hamburgu zaprezentowano zaskakujące śródokresowe wyniki badania UE (od 1998 r.), które również demonstruje działanie przeciwutleniające produktów Maillarda. Grupa włoskich naukowców kierowana przez Vincenzo Fogliano z Uniwersytetu w Neapolu również odkryła, że ​​melanoidyny mogą przeciwdziałać powstawaniu przerzutów .

Produkty Maillarda wytwarzane w laboratorium blokują pewne białka , lektyny , które spajają komórki rakowe i w ten sposób przyspieszają powstawanie przerzutów. Z drugiej strony pacjenci z cukrzycą lub dysfunkcją nerek mają podwyższony poziom melanoidyny . Tutaj dokładne powiązania są nadal niejasne.

literatura

• M. Angrick , D. Rewicki : Reakcja Maillarda . W: Chemia naszych czasów , 14 rok 1980, nr 5, s. 149–157, doi : 10.1002 / ciuz.19800140503 .
• Franz Ledl, Erwin Schleicher: Reakcja Maillarda w żywności iw organizmie człowieka - nowe wyniki w chemii, biochemii i medycynie . W: Angewandte Chemie . taśma 102 , nie. 6 , 1990, s. 597-626 , doi : 10.1002 / anie.19901020604 . 
• Monika Pischetsrieder : Reakcja Maillarda disacharydów i polisacharydów oraz reakcje glukozy w roztworach stężonych. Monachium 1994.
• Bernd Schäfer: Substancje naturalne w przemyśle chemicznym , spektrum Akademischer Verlag, 2007, s. 168-173, ISBN 978-3-8274-1614-8 .

linki internetowe

• Angelika Bierhaus, Peter Nawroth: Hipoteza RAGE – klucz do zrozumienia chorób przewlekłych . Klinika i Poliklinika Uniwersytetu Medycznego w Heidelbergu, 2002 r.
• Eksperyment „szybka cebula” . ( Pamiątka z 12.07.2013 w Internet Archive ) Wyjaśnienie przyspieszenia reakcji Maillarda przy prażeniu cebuli
• Prof. Dr. Dr. Thomas Henle: Starzenie się człowieka – proces pieczenia? O znaczeniu reakcji Maillarda w żywności i in vivo , 11.07.2013 , Food & Health Academy ( SoSe 13), Uni Hamburg Lecture2Go

Indywidualne dowody

1. ^ ^B Hans-Dieter Belitz , Werner Grosch, Peter Schieberle : chemii spożywczej . Springer, Berlin 2009. ISBN 978-3-540-69935-4 . s. 270-289.
2. ^ LC Maillard : Tworzenie melanoidyn w sposób metodyczny. . W: komp. Rozdzierać. . 154, 1912, s. 66.
3. ^ CO Chichester (red.): Postępy w badaniach żywności - Postępy w badaniach żywności i żywienia , tom 30. Academic Press, Boston 1986, ISBN 0-12-016430-2 , s. 79.
4. ^ JE Hodge: Odwodniona żywność, chemia reakcji brązowienia w systemach modelowych . W: Journal of Agricultural and Food Chemistry . 1, nr 15, 1953, s. 928-43. doi : 10.1021/jf60015a004 .
5. ↑ Sarah Everts: Reakcja Maillarda kończy 100 lat . W: Wiadomości chemiczne i inżynieryjne . 90, nr 40, 1 października 2012, s. 58-60.
6. ↑ Shigeru Hiramoto i wsp.: Melanoidyna, zaawansowany produkt reakcji Maillarda pochodzący z białka spożywczego, hamuje Helicobacter pylori in vitro i in vivo . W: Helicobacter , październik 2004, 9 (5), str. 429-435, PMID 15361082 .
7. ^ ^{B c} Nathan Myhrvold , Chris Young, Maxime Bilet: modernistycznym Kuchnia: The Art and Science of Cooking . Laboratorium gotowania 2011. ISBN 978-0-9827610-0-7 . Tom 3, s. 89 n.
8. ↑ Wpis dotyczący reakcji Maillarda. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 1 września 2011 r.
9. ↑ Wpis dotyczący akrylamidu. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 1 września 2011 r.
10. ↑ Czynniki wpływające na plon i składniki ziemniaka. (PDF) Źródło 8 października 2017 . 
11. ↑ Patricia Ziegler: Reakcja z okazji urodzin Maillarda! . Koncentracja na żywności. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 12 lipca 2013 r. Pobrano 25 października 2012 r.
12. ↑ Patricia Ziegler: Eksperyment „Szybka cebula”. Food Focus, zarchiwizowane od oryginału w dniu 12 lipca 2013 r .; Źródło 25 października 2012 . 
13. ↑ Ralf Liedke: Powstawanie związków dikarbonylowych podczas rozkładu produktów przegrupowania Amadoriego. Rozprawa inauguracyjna, 1999, s. 1-16.
14. ↑ E. Schleicher: Znaczenie reakcji Maillarda w fizjologii człowieka . (PDF) W: Journal of Nutritional Science , tom 30, numer 1, 1991.
15. ↑ Vincenzo Fogliano: Biochimica degli alimenti ( pamiątka z 10 maja 2006 r. w archiwum internetowym ) (PDF).
16. ↑ Caffé e antiossidanti: segreti per una buona salute nascosti w una tazzina? Encanta.it
17. ↑ Uta Bilow: Czy kiełbasa jest zdrowsza niż jej reputacja? W: Frankfurter Allgemeine Zeitung , 29 września 2004.