美拉德反应产物及其在食品中的应用

美拉德反应产物及其在食品中的应用

摘要：美拉德反应的机理及影响因素，Maillard反应的高分子产物的研究进展，美拉德反应与食品色泽、食品香味和食品工业上的应用。美拉德反应产物在我们生活处处可见，如酱油、白酒、面包香精、咖啡香精、坚果香精等。非酶褐变反应受含量、水分、pH 值、温度、时间、金属离子和氧等因素影响。可利用非酶褐变反应鉴别质量是否合格。美拉德反应产物在食品中的应用广泛，本文主要介绍一部分美拉德反应产物在生活中的应用。

关键词：美拉德反应、产物、影响、食品、应用、诱变作用

一、引言

1.美拉德反应的机理及进展

1912年，法国化学家Louis Maillard发现甘氨酸和葡萄糖混合加热的时候形成褐色物质，人们将此类反应命名为Maillard反应，又称为非酶褐变( non-enzimic browning) 。这类反应不仅影响食品的色泽，而且影响食品的风味，最近的研究发现，美拉德反应产物有清除自由基、抑制脂质氧化的作用，除此之外，产物还有抗诱变和诱发突变的作用。Maillard反应能产生大量致香成分，已被用于制备各类香精香料、增香剂。当使氨基酸和还原糖的种类、配比和反应条件不同时，会产生不同风格香型的香基。由于Maillard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是天然的，因而其应用已广受各国关注，成为有机化学、食品化学、香料化学、食品工业、烟草工业等领域的研究热点[1]。目前，反应条件对Maillard反应产物的增香效果的影响国内已有大量报道[2-7]，但是这些研究结果都具有很大程度的经验性，为了能对Maillard反应产物的品质进行准确的控制，还需要对其成分和形成机理进行深入研究。Maillard反应产物的形成是一个极其复杂的过程。迄今为止，人们只是对该反应产生小分子化合物的化学过程比较清楚，一般公认此反应可以分成两个反应阶，三条反应路线[ 8，9]。(1)初级阶段：还原糖的羰基与氨基酸进行缩合，缩合物迅速失去一分子水转变成希夫碱( Schiff Base)，经过环化形成相对应的N-葡糖胺，再经过Amadori 重排形成1-氨基-1-脱氧-2- 酮糖；( 2) 高

级阶段：从Amadori 重排产物开始延伸两条路线，一是由1-氨基-1-脱氧-2-酮糖在2、3位置不可逆地烯醇化，二是从烯醇式Amadori 产物在1、2位置烯醇化，最终都生成褐色含氮色素类黑精。( 3) 第三条路线是Strecker 降解：氨基酸降解成为少一个碳原子的醛类。

影响美拉德反应的因素很多，美拉德反应除了受到糖类和氨基酸的影响，还受到温度、时间、pH、水分活度的影响，前者主要影响到产物种类，后者通常是反应的动力学影响因素虽然近年来国外对Maillard高分子产物的成分及形成机理做了大量的研究工作，但并没有得出一致公认的结论，学术界仍然存在很多分歧与争论，国内在这些方面研究还几乎是空白。

人们通过膜透析、凝胶柱层析等分离方法，对其提纯分级后，再运用凝胶渗透色谱、元素分析、放射性同位素标记、紫外-可见光谱、红外光谱、核磁共振(NMR)、热裂解等分析手段对其进行表征，对Maillard高分子产物的结构和形成机理有了一定的了解。

Maillard反应是一个极其复杂的反应过程，反应产物的种类多而且难以分离，许多中间产物活性很高，极易和其他物质反应，因而难以提取，所以Maillard 反应进度的判定一直很难统一。最近提出把Maillard反应中形成的荧光性物质作为Maillard反应进度的一个判断依据。但是这种方法也有局限性。当反应在不适宜的条件下( 低pH、盐抑制剂存在) 进行时，荧光性物质的出现迟于褐色物质，因此两者不同步，不能作为反应进度的依据若使反应在适宜的条件下进行( 中性pH、催化剂)，荧光性物质的出现与褐色物质是同步的，可以作为其反应进度的判断依据。所以荧光性物质能否作为反应进度的判断依据主要和反应环境来决定。Maillard反应在日常生活中是及其普遍的，但是人们对其反应机理，长期以来研究得还很不彻底。目前对其反应机理最权威的解释是食品化学家Hodge早年提出的三个阶段的说法。越来越多的Maillard反应产物被分离鉴定出来，它们有的是对人有利的，有的是有害的，所以要对Maillard反应进行深入的研究，使反应向对人们有利的方向发展。

美拉德反应在近几十年来一直是食品化学、食品工艺学、营养学、香料化学等领域的研究热点，因为美拉德反应是加工食品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咖啡、可可豆的焙炒，饼干、面

包的烘烤以及肉类食品的蒸煮。另外，美拉德反应对食品的营养价值也有重要的影响，既可能由于消耗了食品中的营养成分或降低了食品的可消化性而降低食品的营养价值，也可能在加工过程中生成抗氧化物质而增加其营养价值。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。

二、主题部分

1.美拉德反应在食品工业中的应用

1.1美拉德反应与食品色泽

一般来说，将食品加热或将食品长期贮藏就会产生类黑精褐色色素。含有类黑精食品有很多，如面包、烤肉、烤鱼、咖啡、麦茶等。而酱油、豆酱等调味品中褐色色素的形成也是因为美拉德反应，这种反应也称为非酶褐变反应。这些食品经加工后会产生非常诱人的金黄色至深褐色，增加人们的食欲。在奶与奶制品的加工与贮藏中也会发生非酶褐变，基本过程是：酪蛋白末端氨基酸赖氨酸的氨基与乳糖（或其他糖类）的羰基发生反应，生成氨代葡萄糖胺，然后通过分子重排，再经裂解、脱水等过程而生成棕褐色物质。但这种褐变却不是人们所期望的，而是食品厂家所要极力避免的。在面包生产的上色工序中，色泽变化的基础物质是含有还原基的糖与含有氨基的化合物。添加不同的氨基酸与糖类，可使面包表皮产生金黄色、黄色、明亮的褐色以及深褐色。在生产上可用控制还原糖的量来调节褐变的程度，也可用增减氨基酸的量来控制。另外，在焦糖色素生产工艺中也应用到美拉德反应，这种工艺是在糖质原料中加入一定量的含氨基化合物如氨、铵盐、氨基酸等，在125—140℃下使之进行反应生产焦糖色素。

1.2美拉德反应与食品香味

天然食品香气物质的来源主要有两个方面：一是在动植物生长或加工过程中，由酶促反应形成的食品香味料，如苹果、香蕉、蔬菜中的芳香物；二是食品在蒸煮、焙烤及煎炸中产生的食品香料，即食物经加热而分解、氧化、重排或降解，形成香味前体，进而生成具有特殊风味的食品香料，一般称之为热加工食品香料,亦叫反应食品香料,如烤面包、爆花生米、炒咖啡等所形成的香气物质。这类香气物质形成的化学机理就是美拉德反应。酱香型白酒香味物质的产生、风格