ปฏิกิริยาของ Maillard: ขั้นตอนและการลดลงของ Strecker
ปฏิกิริยา Maillard เป็นชื่อที่ให้ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างกรดอะมิโนและการลดน้ำตาลที่บดบังอาหารในระหว่างการคั่วการอบการคั่วและการทอด สารประกอบสีน้ำตาลเกิดจากความรับผิดชอบต่อสีและกลิ่นของผลิตภัณฑ์เช่นเปลือกขนมปัง, เนื้อย่าง, มันฝรั่งทอดและคุกกี้อบ
ปฏิกิริยานี้ได้รับการสนับสนุนจากความร้อน (อุณหภูมิระหว่าง 140 ถึง 165 ˚C) แม้ว่ามันจะเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่าที่อุณหภูมิห้อง มันเป็นแพทย์และนักเคมีชาวฝรั่งเศส Louis-Camille Maillard ที่อธิบายไว้ในปี 1912
การทำให้สีคล้ำเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีการกระทำของเอนไซม์เช่นเดียวกับคาราเมล ดังนั้นทั้งคู่จึงเรียกว่าปฏิกิริยาของบราวนิ่ง nonenzymatic
อย่างไรก็ตามพวกเขาแตกต่างกันใน caramelization เฉพาะคาร์โบไฮเดรตจะร้อนในขณะที่โปรตีนที่จะเกิดขึ้นหรือ Maillard จะต้องมีโปรตีนหรือกรดอะมิโน
ขั้นตอนของการเกิดปฏิกิริยา
แม้ว่ามันจะดูเป็นเรื่องง่ายที่จะได้สีทองในอาหารด้วยเทคนิคการทำอาหาร แต่ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา Maillard นั้นซับซ้อนมาก ในปี 1953 John Hodge ได้ตีพิมพ์รูปแบบของปฏิกิริยาที่ยังคงยอมรับในลักษณะทั่วไป
ในขั้นตอนแรกน้ำตาลรีดิวซ์เช่นกลูโคสจะถูกควบแน่นกับสารประกอบที่มีกลุ่มอะมิโนอิสระเช่นกรดอะมิโนเพื่อให้ผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมซึ่งถูกเปลี่ยนเป็น glycosylamine ทดแทน N
หลังจากการจัดเรียงโมเลกุลที่เรียกว่า Amadori rearrangement โมเลกุลของชนิด 1-amino-deoxy-2-ketose (หรือเรียกอีกอย่างว่าสารประกอบ Amadori) จะได้รับ
เมื่อสารประกอบนี้ถูกสร้างขึ้นจะมีสองเส้นทางการเกิดปฏิกิริยา:
- อาจมีการแยกหรือแตกโมเลกุลในสารประกอบคาร์บอนิลที่ขาดไนโตรเจนเช่น acetol, pyruvaldehyde, diacetyl
- มีความเป็นไปได้ที่การเกิดภาวะขาดน้ำอย่างรุนแรงซึ่งก่อให้เกิดสารต่างๆเช่นเฟอร์ฟูรัลและดีไฮโดรฟิวเจอรัล สารเหล่านี้ผลิตโดยการให้ความร้อนและการสลายตัวของคาร์โบไฮเดรต บางชนิดมีรสขมเล็กน้อยและมีกลิ่นหอมของน้ำตาลที่ถูกเผา
การย่อยสลาย Stecker
มีวิธีที่สามของปฏิกิริยา: การย่อยสลายของ Strecker นี้ประกอบด้วยการคายน้ำปานกลางที่สร้างสารลด
เมื่อสารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับกรดอะมิโนที่ไม่เปลี่ยนแปลงพวกมันจะถูกเปลี่ยนเป็นอัลดีไฮด์ตามแบบฉบับของกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้อง จากปฏิกิริยานี้ผลิตภัณฑ์เช่นไพราซีนจะเกิดขึ้นซึ่งให้กลิ่นหอมที่เป็นลักษณะเฉพาะกับมันฝรั่งทอด
เมื่อกรดอะมิโนเข้ามาขวางกระบวนการเหล่านี้โมเลกุลจะหายไปจากมุมมองทางโภชนาการ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกรณีของกรดอะมิโนที่จำเป็นเช่นไลซีน
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อปฏิกิริยา
ธรรมชาติของกรดอะมิโนและคาร์โบไฮเดรตของวัตถุดิบ
ในรัฐอิสระกรดอะมิโนเกือบทั้งหมดมีพฤติกรรมเหมือนกัน อย่างไรก็ตามพบว่าในบรรดากรดอะมิโนที่รวมอยู่ในห่วงโซ่พอลิเปปไทด์ซึ่งเป็นกรดอะมิโนพื้นฐานโดยเฉพาะไลซีนจะมีปฏิกิริยาที่สูง
ชนิดของกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาจะกำหนดรสชาติที่ได้ น้ำตาลจะต้องลดลง (นั่นคือพวกเขาจะต้องมีกลุ่มคาร์บอนิลฟรีและตอบสนองในฐานะผู้บริจาคอิเล็กตรอน)
ในคาร์โบไฮเดรตพบว่าเพนโตสมีปฏิกิริยามากกว่าเฮกโตส นั่นคือกลูโคสมีปฏิกิริยาน้อยกว่าฟรักโทสและในทางกลับกันกว่าแมนโนส hexoses ทั้งสามนี้เป็นปฏิกิริยาที่น้อยที่สุด ตามด้วย pentose, arabinose, xylose และ ribose เพื่อเพิ่มการเกิดปฏิกิริยา
ไดแซ็กคาไรด์เช่นแลคโตสหรือมอลโตสนั้นมีปฏิกิริยาน้อยกว่าเฮกโตส ซูโครสเพราะมันไม่มีฟังก์ชั่นลดอิสระไม่แทรกแซงในปฏิกิริยา; มันทำเช่นนั้นถ้ามันมีอยู่ในอาหารที่เป็นกรดและจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกลูโคสและฟรุกโตส
อุณหภูมิ
ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้อง ด้วยเหตุนี้จึงถือว่าความร้อนไม่ใช่เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงเร่งมัน
ด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ในการปรุงอาหารการพาสเจอร์ไรซ์การทำหมันและการทำแห้ง
เมื่อเพิ่มค่า pH ความเข้มจะเพิ่มขึ้น
หากค่า pH เพิ่มขึ้นความเข้มของปฏิกิริยาก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน อย่างไรก็ตามค่า pH ระหว่าง 6 และ 8 ถือว่าดีที่สุด
การลดลงของค่า pH ทำให้สามารถลดการเกิดสีน้ำตาลในระหว่างการคายน้ำ แต่เป็นการปรับเปลี่ยนลักษณะทางประสาทสัมผัส
ความชื้น
ความเร็วของปฏิกิริยา Maillard แสดงค่าสูงสุดระหว่าง 0.55 ถึง 0.75 ในแง่ของกิจกรรมทางน้ำ ดังนั้นอาหารที่ผ่านการอบแห้งจึงมีความเสถียรที่สุดหากเก็บไว้ให้ห่างจากความชื้นและที่อุณหภูมิปานกลาง
การปรากฏตัวของโลหะ
ไพเพอร์โลหะบางชนิดเร่งปฏิกิริยาเช่น Cu + 2 และ Fe + 3 อื่น ๆ เช่น Mn + 2 และ Sn + 2 ยับยั้งปฏิกิริยา
ผลกระทบเชิงลบ
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาจะถูกพิจารณาว่าเป็นที่น่าพอใจในระหว่างการปรุงอาหาร แต่มันแสดงให้เห็นถึงความเสียเปรียบจากมุมมองทางโภชนาการ หากอาหารที่มีน้ำน้อยและมีน้ำตาลและโปรตีนลด (เช่นธัญพืชหรือนมผง) ได้รับความร้อนปฏิกิริยาของ Maillard จะนำไปสู่การสูญเสียกรดอะมิโน
ปฏิกิริยาตอบสนองที่ลดลงมากที่สุดคือไลซีน, อาร์จินีน, โพรไบโอและฮิสทิดีน ในกรณีเหล่านี้มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะชะลอการโจมตีของปฏิกิริยา ยกเว้นอาร์จินีนอีกสามชนิดเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น นั่นคือพวกเขาจะต้องมีส่วนร่วมจากการให้อาหาร
หากพบว่ากรดอะมิโนจำนวนมากของโปรตีนถูกผูกไว้กับน้ำตาลตกค้างอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของ Maillard จะไม่สามารถใช้กรดอะมิโนในร่างกายได้ เอนไซม์โปรตีโอไลติกของลำไส้ไม่สามารถย่อยสลายได้
ข้อเสียเปรียบอีกข้อสังเกตก็คือที่อุณหภูมิสูงสารที่อาจก่อมะเร็งเช่นอะคริลาไมด์สามารถเกิดขึ้นได้
อาหารที่มีคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสของปฏิกิริยา Maillard
ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเมลารอยด์สีอาจเปลี่ยนจากสีเหลืองเป็นสีน้ำตาลหรือสีดำในอาหารต่อไปนี้:
- เนื้อย่าง
- หัวหอมทอด
- กาแฟคั่วและโกโก้
- ขนมอบเช่นขนมปังคุกกี้และเค้ก
- มันฝรั่งทอด
- วิสกี้มอลต์หรือเบียร์
- นมผงหรือนมข้น
- Dulce de leche
- ถั่วลิสงคั่ว