311碳水化合物(美拉德反应)3.29

影响美拉德反应的几种因素

12食品科学与工程3班邓春林 201230600311

摘要：本文研究了温度、时间、反应体系 pH、底物、金属离子、水分活度和亚硫酸盐对美拉德颜色反应的影响。实验表明在一定条件下，温度越高、时间越长美拉德反应的颜色越深，pH 低于7.0 时反应不明显，当 pH>7.0 时美拉德反应的速度加快。5 种糖的反应活性依次为木糖﹥半乳糖﹥葡萄糖﹥果糖，蔗糖无明显反应。不同氨基酸的美拉德反应程度不一样。Fe3+，Mg2+，Gu2+能促进美拉德反应；Sn2+对美拉德反应起抑制作用;一定范围内，水分活度越高，反应越易进行；

关键词：美拉德反应；温度；时间；pH；底物；金属离子；水分活度；亚硫酸盐

前言：美拉德反应也称为羰氨反应是引起食品非酶褐变的主要因素之一。美拉德反应是加工食品色泽（如焙烤类食品的色泽）和各种风味的重要来源，在调味品生产中尤为重要。美拉德反应技术在香精领域中的应用打破了传统的香精调配和生产工艺的范畴，是一种全新的香精香料生产应用技术，该技术在肉类香精及烟草香精中有非常好的应用，所形成的香精具天然肉类香精的逼真效果，具有调配技术无法比拟的作用，这在食品加工生产上具有特殊意义。由于美拉德反应无论从反应还是产物，均可视作天然，这些香基被国际权威机构认定为“天然的”，因而其应用已广受关注。美拉德反应是十分复杂的化学过程，反应历程、反应产物的性质及结构受氨基酸及糖种类、性质的影响，而且还与反应时的水分、pH 值、反应的温度和时间、金属离子等有关。本文探讨温度、时间、反应体系 pH、底物、金属离子、水分活度和亚硫酸盐几个因素对美拉德反应的影响，希望对食品加工提供有益的理论依据。

1.温度和时间对美拉德反应的影响

图1 温度和时间对美拉德反应的影响

由图 1[1]可见，不同温度加热相同时间的吸光度不同。总体来说，吸光度随温度的升高而增加，随加热时间的延长而增加。80℃时其吸光度较低，100℃时吸

光度明显增加，100 ℃的吸光度在每个加热时间约是90℃的1.5倍到8倍，是80℃的4倍到20倍，加热时间在 30 min 时的差值较小，随着加热时间的延长，吸光度的差别越显著。说明低于 100 ℃时，反应温度越高，反应越剧烈，时间越长，颜色越深。当温度高于 100 ℃，加热相同时间比常压加热的吸光度大。110 ℃加热10 min 就可以相当于 90 ℃加热 180 min 加热所得产物的吸光度，比100 ℃ 30 min还大。121 ℃加热 10 min 比 90 ℃加热180 min 大2倍，比 100 ℃ 90 min 还要大。121 ℃加热 30 min 与100 ℃加热 180 min 的吸光度相近。所以高于 100 ℃时，其反应速度加快，达到相应吸光度的时间缩短。

由上可知，温度越高，时间越长，美拉德反应的颜色越深，所以食品的加工处理应尽量避免长时间高温，储存时也以低温为宜。

2.pH对美拉德反应的影响

图2 pH值对蒜氨酸美拉德反应的影响

由图2[2]可看出，随着pH的升高，溶液颜色加深，吸光度值增加，这表明美拉德反应产物增多。这是因为pH上升，氨基酸的阴离子浓度增加，这有利于美拉德反应的进行。

美拉德反应一般随着pH值的升高而加剧， pH值偏酸性时则会抑制美拉德反应的发生,偏碱性时会加速美拉德反应。其原因为：

(1)在酸性溶液中，由于氨基处于质子化状态，由于带正电荷 n 原子的吸引，

，使 1,2-烯醇化较为容易，使得葡基胺不能形成。同时，羰胺缩合电子离开 C

1

是一个可逆的过程，在酸性条件下，羰胺缩合产物很容易水解，羰胺缩合过程中封闭了游离的氨基，反应体系 pH 值就下降，所以酸性条件不利于反应的继续进行。因此，在这样的条件下美拉德反应不显著。

(2)在碱性条件下，由于邻近 n 原子的影响，糖碱基 C

上电子密度增大，使

1

1,2-烯醇化转为困难，所以在碱性介质中，一般进行 2,3-烯醇化。

3．糖类对美拉德反应的影响

图3糖类对美拉德反应影响

从图 3[1]可以看出，除蔗糖外，吸光度随糖浓度的增加而增加，表明该范围内糖浓度增加能促进美拉德反应。蔗糖是非还原糖，不含游离的羰基，所以在实验条件下，与氨基酸没有显示反应活性。对于不同的糖，它们与赖氨酸反应的活性次序为：木糖>半乳糖>葡萄糖>果糖>蔗糖。

查有关资料可知，五碳糖褐变速度是六碳糖的 10 倍，还原性单糖中五碳糖褐变速度排序为：核糖>阿拉伯糖>木糖，六碳糖排序为：半乳糖>甘露糖>葡萄糖。还原性双糖分子量大，反应速度也慢，这结果相符。木糖是五碳糖，相对于六碳糖来说，其碳链较短，碳架空间位阻效应小，故其活性大。而葡萄糖属于醛糖，果糖属于酮糖，醛糖比酮糖更易于发生反应，是因为醛糖的末端基团位阻效应小，更易与氨基酸发生反应。故葡萄糖的活性大于果糖的活性。

4.氨基酸种类对美拉德反应的影响

表4[3]相等量葡萄糖和氨基酸混合物加热产生的香气

表4[3]相等量葡萄糖和氨基酸混合物加热产生的香气由于各种食品中所含的氮基酸的种类差异很大,而氨基酸种类不同,就会导致不同食品发生美拉德反应后所产生的风味也不同，如表4。为此,在加工过程中,人们通常利用氨墓酸的这种性质,将其和葡萄糖直接加入食品,以提高和改善食品的风味。

查阅资料的得，氨基酸的种类、结构不同会导致美拉德反应速度的很大差异,如氨基酸中的氨基在ε-位或末位比在α-位反应速度快,碱性氨基酸比酸性氨基酸的反应速度要快。对于α-氨基酸，碳链长度越短，反应性越强。

5.金属离子对美拉德反应的影响

表5 金属离子对芦荟非酶褐变的影响

由表5[1]可知,不同金属离子对非酶褐变反应的影响不同,铁、铜、镁均具有促进芦荟制品非酶褐变反应的作用,其影响力由大到小的顺序为:Mg2+>Fe3+>Cu2+；但是Sn2+对芦荟制品非酶褐变反应具有一定的抑制作用,这可能与Sn2+具有还原能力有关。

6.水分活度对美拉德反应的影响

图6 不同Ａｗ对蛋糕黄度指数的影响

由图6[5]可知，蛋糕的Ａｗ值在0.85时,其颜色变化不明显；奶油蛋糕的初始Ａｗ大约为0.88,在Ａｗ为0.88和0.92时,蛋糕褐变速度加快, 即水分活度越高，美拉德反应越容易发生因此适当的控制Ａｗ,能够有效的控制褐变,此外,降低水分活度还能够起到抑制微生物生长的作用。

美拉德反应速度与反应物浓度成正比，在完全干燥条件下，难以进行；水分在10%-15%时，反应易进行，因此适当的控制Ａｗ,能够有效的控制褐变,此外,降低水分活度还能够起到抑制微生物生长的作用。