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梅納反應

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由於梅納反應,大多數麵包的結皮都是金棕色的,如這種布莉歐(甜點包)

梅納反應Maillard reaction),又稱梅納反應梅拉德反應梅納反應羰胺反應,是廣泛分布於食品工業非酶褐變反應,指的是食物中的還原糖碳水化合物)與胺基酸蛋白質在常溫或加熱時發生的一系列複雜反應,其結果是生成了棕黑色的大分子物質類黑精或稱擬黑素。除產生類黑精外,反應過程中還會產生成百上千個有不同氣味的中間體分子,包括還原雜環化合物,這些物質為食品提供了宜人可口的風味和誘人的色澤。它以法國化學家路易斯·卡米拉·美拉德英語Louis Camille Maillard(Louis-Camille Maillard)命名,他在1912年首次描述它,同時試圖重現生物蛋白質合成[1][2]。 「梅納反應」的產物中,包含顏色的變黃變深變黑、香氣的產生、以及味道上的轉變,例如甜味的產生。

美拉德反應一種普遍的非酶褐變現象,將它應用於食品香精生產應用之中,國外研究比較多,國內研究應用很少,該技術在肉類香精及菸草香精中有非常好的應用。所形成的香精具天然肉類香精的逼真效果,具有調配技術無法比擬的作用。美拉德反應技術在香精領域中的應用打破了傳統的香精調配和生產工藝的範疇,是一全新的香精香料生產應用技術,值得大力研究和推廣,尤其在調味品行業。


該反應是一種非酶促褐變的形式,其通常快速從約140℃至170℃(280°F至340°F)中進行。在較高的溫度下,焦糖化英語Caramelization和隨後的裂解變得更加明顯。在此過程中,產生了數百種不同的風味化合物。這些化合物又分解成形成更多新的風味化合物等等。每種類型的食物都具有在梅納反應期間形成的非常獨特的風味化合物。 風味科學家多年來一直使用這些相同的化合物來製造人造風味。然而,在另一方面,高溫亦有利於一種稱為丙烯醯胺致癌物形成,影響健康[3]

歷史[編輯]

在1913年,美拉德發表了一篇論文,以解釋當胺基酸在高溫下與糖反應時會發生什麼[1]。然而,化學家約翰·霍奇(John E. Hodge)在伊利諾斯州皮奧里亞州的美國農業部工作,將這個反應正式命名為梅納反應,他於1953年出版了一篇論文,為梅納反應建立了一個反應機制[4][5] 。1912年時,美拉德把自己將胺基酸和糖類水溶液混合加熱後溶液產生黃棕色的發現講給法國科學院的其他科學家聽,但當時在座者中幾乎沒有人能意識到這個反應背後的潛在意義。然而時至今日,梅納反應已經成為與現代食品工業密不可分的一項技術,在肉類加工、食品儲藏、香精生產、中藥研究等領域處處可見。目前的研究也顯示出其與機體的生理和病理過程密切相關。

美食與梅納反應產品[編輯]

6-Acetyl-2,3,4,5-tetrahydropyridine
2-Acetylpyrroline

梅納反應負責食品中的許多顏色和口味:

6-乙醯基-2,3,4,5-四氫吡啶負責烘焙食品如麵包,爆米花和玉米餅製品中存在的餅乾或餅乾樣味道。 結構相關的化合物2-乙醯基-1-吡咯啉具有相似的氣味,並且在不加熱的情況下也天然存在,並且提供了各種各樣的熟米飯和草本植物(七葉蘭)的典型氣味。 兩種化合物的氣味檢測閾值英語Odor detection threshold均低於0.06 ng / l。

反應過程[編輯]

以下是Hodge提出的反應歷程,也是目前使用最廣的版本。

梅納反應的過程。注釋:
起始階段——產物無色,不吸收紫外光(280nm):
  (A):糖類與氨基化合物的縮合反應。
  (B):Amadori重排
中間階段——產物無色至黃色,強烈吸收紫外光:
  (C):糖類失水。
  (D):糖類裂解。
  (E):胺基酸降解(Strecker降解)。
最終階段——產物有很深的顏色:
  (F):羥醛縮合
  (G):醛類與氨基化合物的縮合反應以及含氮雜環化合物的生成。
此外還有:
  (H),是最近發現的由N-糖基胺發生自由基裂解直接生成裂解產物的一條途徑。
用梅納反應變褐的烤豬肉
烤過的香腸會變黑並散出香味,就是因為梅納反應。
炸薯條在高溫下的製備可能導致丙烯醯胺的形成[3]

第一步A是氨基化合物中的氨基親核性氮原子對糖羰基碳的進攻,加成為一個羥基胺(N-糖基胺)。這一步是可逆的,生成的羥基胺也可以作為胺進攻另一分子糖,生成二糖基胺。研究顯示N-糖基胺在溫熱時可生成螢光的含氮化合物,該螢光含氮化合物又可很快與甘氨酸反應為類黑素,表明在N-糖基胺和類黑素很可能還有另一條捷徑。這便是上圖中路線H的來歷。

第二步B是N-糖基胺在酸催化下異構為相應的1-氨基-1-脫氧-2-酮糖Amadori重排反應,它是不可逆的,25 °C時便自發進行。機理中,糖基胺首先失水生成席夫鹼(Schiff鹼),即亞胺,然後氮被質子化,相鄰的碳被去質子化,經烯醇-酮互變異構得到Amadori重排產物。

Amadori重排

Amadori重排產物可經如下幾條主要的路線進行反應:

  • pH小於或等於7時,利於1,2-烯醇化,經過1,2-烯胺醇、3-脫氧-1,2-二羰基化合物,最終生成5-羥甲基糠醛糠醛和類黑素。
  • pH大於7且溫度較低時,利於2,3-烯醇化,生成2,3-烯二醇、1-甲基-2,3-二羰基化合物(脫氫還原酮)、乙醯基烯二醇(還原酮)。脫氫還原酮易使胺基酸發生脫羧脫氨反應形成和α-氨基酮類,即Strecker降解反應。
  • pH大於7且溫度較高時,利於裂解,產生丙酮醇丙酮醛丁二酮等活性的中間體。
梅納反應的中間階段

最終階段:此階段相當複雜,其歷程尚未完全清楚。大致是醛酮在胺催化下發生羥醛縮合反應生成不含氮的聚合物,以及醛類(尤其是α,β-不飽和醛)-胺類在低溫下很快聚合或共聚為高分子的含氮類黑素英語Melanoidin。脫氮聚合物也可以與胺類發生縮合、脫氫、重排、異構化等一系列反應生成類黑素。類黑素是棕黑色的固體,一般含氮3-4%,結構不明,且組成與原料和生成方式有很大關係。目前已知類黑素分子結構中含有不飽和的咪唑吡咯吡啶吡嗪之類的雜環,以及一些完整的胺基酸殘基等。

應用[編輯]

天冬醯胺(一種胺基酸)含量較高的馬鈴薯和穀類在與還原性糖(如馬鈴薯自身含有的大量澱粉)共同加熱的情況下,會發生梅納反應生成潛在的致癌物質丙烯醯胺,因此以馬鈴薯作原料經煎炸加熱製得的薯條馬鈴薯片等食物都含有較高含量的丙烯醯胺。由天冬醯胺生成丙烯醯胺的過程如下:

由天冬醯胺生成丙烯醯胺

因此,生產含澱粉食品的時候常會加入天冬醯胺酶水解天冬醯胺,以減少丙烯醯胺的產生。

蛋炒飯也是一種梅納反應,蛋液與米飯表面在加熱時產生焦糖化反應,米粒會因結晶化而變得較硬且易粒粒分離,才能炒出粒粒分明的炒飯,不必要使用冰箱冷藏煮熟的飯。

傳統中菜上,用糖醃肉類或先撒澱粉質在肉類才炒,也會把食材味道的精華鎖住,炒出來的料理帶焦香卻不見燒焦的痕跡,看起來漂漂亮亮,且集色、香、味於一盤。

參見[編輯]

參考的資料[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Maillard, L. C. Action des acides amines sur les sucres; formation de melanoidines par voie méthodique (Action of Amino Acids on Sugars. Formation of Melanoidins in a Methodical Way). Compt. Rend. 1912, 154: 66. 
  2. ^ Chichester, C. O. (編). Advances in Food Research. Advances in Food and Nutrition Research 30. Boston: Academic Press. 1986: 79. ISBN 0-12-016430-2. 
  3. ^ 3.0 3.1 Tareke, E.; Rydberg, P.; Karlsson, Patrik; Eriksson, Sune; Törnqvist, Margareta. Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs. J. Agric. Food Chem. 2002, 50 (17): 4998–5006. PMID 12166997. doi:10.1021/jf020302f. 
  4. ^ Hodge, J. E. Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1953, 1 (15): 928–43. doi:10.1021/jf60015a004. 
  5. ^ Everts, Sarah. The Maillard Reaction Turns 100. Chemical & Engineering News. October 1, 2012, 90 (40): 58–60. 

外部連結[編輯]