На что способны оказывать существенное влияние продукты реакции майяра
Что такое реакция Майяра? Реакция образования коричневых продуктов
Химическое соединение, которое происходит при нагревании и вызывает процессы между аминокислотами и сахаром, называется реакция Майяра. Свое название приобрело благодаря французскому врачу Луи Камилла Майяра, который исследовал это явление.
Зачастую происходит взаимодействие элементов при жарке мяса, а также может иметь место в процессе запекания хлебной продукции, когда по причине нагрева выделяется своеобразный запах, образуется нетипичный цвет и привкус. Сопровождается все неферментативным побурением продукции. Помимо пищи причиной может стать повышенное содержание глюкозы в человеческом организме. Продукты реакции Майяра становятся следствием образования клеточного мусора, шлака, способного изменить работоспособность клетки, нарушить ее нормальное функционирование.
Образование и протекание реакции
Любое изменение клеточной формулы, конструктивного состава имеет свои периоды, в том числе и Майяра реакция. Этапы формируются последовательно, проходя определенную стадийность.
Этап первый
Это стадия конденсации, в результате которой карбонильная группа сахара воссоединяется с аминокислотами, вызывая химическую реакцию с протеином или пептидом. В результате такого содружества начинает образовываться замещенный альдозиламин. Простыми словами, происходит дегидратация сахара, при котором формируется вода. После реакция Майяра начинает изменять структуру молекул подле атома кислорода, и происходит перегруппировка состава, формируются при этом промежуточные компоненты, которые являются причиной реакции потемнения.
Второй этап
На данной стадии происходит распад и разложение продукта, который сформировался в результате реакции Амадори. В зависимости от условий распад может происходить тремя разными способами. Таким образом, аминокислоты подвергаются распаду за счет окисления и от воздействия карбонильных составов, которые образуются от разложения кетозаминов. Далее за счет катализации кислот начинается процесс декарбоксилирования, что приводит к выделению углекислорода, способствующего началу реакции трансаминации. Это говорит о том, что имеет место реакция Майяра. Меланоидинообразования подтверждаются появлением аромата.
Третий этап
Полимеризация и потемнение продукта с образованием запаха жареного. Майяра реакция на данном этапе является поздней, со всеми вытекающими обстоятельствами. Происходит полимеризация реактивных элементов, что сопровождается резким неприятным запахом. Сюда можно отнести запах горелого, протухшего или отдельных продуктов, таких как лук, капуста, а также растворитель или ацетон, что свидетельствует о том, что происходит Майяра реакция.
Примеры продуктов не ограничиваются неприятностью запаха, процесс может сопровождаться приятным испражнением, когда речь идет о конфетах, кофе или испеченной хлебной корочке. Негативность в данном случае имеет место, потому что использование ингредиентов для потребителя просто неизвестно.
Чем грозит реакция для человека
Дело в том, что сегодня пищевая отрасль использует в своем производстве огромный набор продуктов реакции Майяра. Это необходимо для придания приятного запаха и вкуса. Но реакция Майяра помимо пищевой отрасли может произойти в живом человеческом организме. Когда состояние стабилизировано, то соединение белков с сахаром очень медленное, поэтому организм успевает усваивать продукты. В случае повышения уровня сахара начинается ускорение, усвоение происходит не полностью, что приводит к накоплению шлаков, которые способны вызывать серьезные заболевания. Подвержены реакции люди, страдающие диабетом. Поэтому при реакции Майяра у них могут быть проблемы со зрением, а также наблюдаются тканевые нарушения.
Изменение биомолекул
Реакция Майяра, формула которой способна модифицировать биомолекулы, наносит огромный ущерб разным органам функционирующего организма. Происходит это от коллагена, который находится в тканях, сухожилиях, костях и составляет значительное количество на массу тела. Когда структура меняется, возникает нарушение тканевой составляющей, могут появляться преждевременные морщины, кожа дрябнет, теряет естественную красоту, причем происходит это раньше, чем должно быть в силу возраста. Поэтому люди, страдающие сахарным диабетом, подвержены так называемому раннему старению.
Кулинария как источник возникновения реакции
Майяра реакция в кулинарии занимает ведущее место, потому что используется множество добавок и ароматизаторов. Сегодня химические пищевые добавки наполняют практически все продукты питания. Но не каждая добавка может быть полезной для организма, потому что это не натуральный продукт, а частица, созданная из взаимодействующих молекул искусственным путем.
Результатом употребления продуктов может стать реакция Майяра. Формула зависит от использования веществ, которые идут для получения результативного продукта, использующегося в пищевой отрасли. С другой стороны, результат создания не отличается от полученного посредством природных компонентов. Но набор и расположение атомов при промышленном изготовлении могут значительно отличаться, что делает в конечном результате употребляемую пищу опасной для здоровья.
Проблема заключается в том, что индустрия ароматизирующих пищевых добавок максимально быстро прогрессирует, потому что необходимо разрабатывать новые вкусы, ароматы, способствующие оперативной продаже, спросу среди населения, а от этого может быть Майяра реакция. Стейк, который вкусно пахнет, как бы тая во рту, притягивает человека намного больше, чем кусок домашней котлеты с луком, вот поэтому население необходимо подсаживать на такие продукты, а значит, и производство ароматизаторов как минимум на будущее десятилетие не останется без востребованности.
Домашняя кухня
При собственной готовке может быть реакция Майяра. Жарение мяса способствует появлению определенного аромата, специфического вкуса, хотя в сыром виде этими характеристиками продукт не обладает. Обусловлено это тем, что при взаимодействии разных веществ, которые соединяются с иными элементами, происходит зарождение всевозможных частиц, имеющих разные по природе образования. Именно эти процессы становятся причинами приятного запаха. Помимо мясной продукции сюда можно отнести кофе, хлеб, кондитерские изделия и многое другое. Обусловлены данные реакции взаимодействием элементов при нагревании, поэтому использование продуктов на собственной кухне должно быть очень аккуратным. Несоблюдение пропорций, чрезмерное добавление вкусовых добавок и т. п. спокойно становятся причинами реакции Майяра. Зачастую для вкусовой приятности добавляются приправы, кубики «Роллтон» или «Магги», ароматизаторы для разных видов жарки, которые насыщены элементами, провоцирующими возникновение реакции. Этим пользуются промышленные предприятия по изготовления добавок в пищу, чтобы подсадить человека на пряность посредством использования им приправ для готовки.
Кроме того, такие добавки постоянно применяются в кафе, где массово предлагается картошка фри, стейки, гамбургеры, чизбургеры и т. п. Это сделано для того, чтобы приятный вкус и насыщенный запах постоянно манили. Человеческий организм не против после нескольких посещений повторить употребление данной пищи, потому что начинается привыкание, а домашняя еда уже не столь заманчива.
Как обезопасить себя
Реакция Майяра не имеет определенной модели, потому что задействовано множество соединений элементов, которые в своем составе имеют как минимум белок. Кроме того, лекарства против реакции не существует, есть только некоторые препараты, содержащие в себе компоненты, способные минимизировать или успокоить на какое-то время уже начавшееся изменение. Поэтому для сохранения своего здоровья необходимо в первую очередь следить за уровнем сахара в крови. В старшем возрасте проходить обследования, чтобы исключить появление диабета.
Также стоит отказаться от посещения мест общественного питания, где основными продуктами являются жареные блюда. Для домашней кухни стоит минимизировать использование ароматизаторов и приправ, больше отдать предпочтение приготовлению на пару. Полностью исключить продукты, содержащие элементы, способные провоцировать реакцию Майяра, невозможно, потому что современная индустрия в этой области захватила практически каждую пищевую отрасль. Остается только обезопасить себя посредством употребления рискованных продуктов в наименьшем количестве.
Современный блог для специалистов пищевой промышленности
Все о реакции Майяра или «вкусная» пищевая химия
Учёные по праву считают реакцию Майяра одной из самых интересных и важных в химии пищи, но несмотря на свой солидный возраст, она хранит ещё немало тайн. Реакция Майяра – самая «вкусная», и именно она делает пищевые продукты ароматными и красивыми.
Запутанная история открытия
Работая над изучением путей синтеза белков, в 1912 году молодой француз, врач и химик Луи Майяр смешивал аминокислоты и сахара, нагревал растворы и наблюдал за реакцией. Ученый заметил образование в пробирке соединений коричневого цвета. Что за вещества образовались в процессе реакции, Майяр не установил. Он отметил лишь их сходство с гуминами почвы. Позже, выходит более 30 публикаций и докторская диссертация Майяра «Генезис белков. Действие глицерина и сахаров на аминокислоты», где автор установил несколько стадий в протекании этого взаимодействия. Жаль при жизни ученому слава не досталась, химической реакцией Майяра заинтересовались более детально химики в 1946 году. Именно тогда в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry вышла статья американского химика Джона Джорджа о стадиях и значении этой реакции в приготовлении пищи. Но сахароаминная реакция все же гордо носит имя француза первооткрывателя.
Химизм реакции
Реакция Майяра, или меланоидинообразование – сложный химический процесс, который происходит между аминокислотами и сахарами в процессе нагревания. Все начинается с конденсации сахаров (глюкозы, сахарозы и фруктозы) первичными аминогруппами белков и пептидов. Образовавшиеся соединения претерпевают ряд превращений, в результате которых образуются ациклические, гетероциклические, полимерные вещества. Именно они и делают «вкусной» химическую реакцию Майяра. Химия процесса очень сложная, ведь образуются сотни химических соединений, большинство из которых и сегодня не идентифицированы. Для описания масштабов меланоидинообразования следует понять следующее: любой продукт, в составе которого содержатся аминокислоты и простые углеводы при термической обработке выделяет продукты реакции: меланоидины. Что это за вещества и какова их роль?
Продукты реакции
Разнообразие ароматов реакции Майяра зависит от условий протекания и от исходных продуктов. Некоторые аминокислоты имеют атом серы в своем составе, что еще больше увеличивает число возможных продуктов реакций. Вот эти группы соединений образуются в процессе реакций Майяра – пирролы, пиридины, пиразины, имидазолы, оксазолы, фурантиолы, альдегиды Штреккера, алкилпиразины и т.д. Из конкретных примеров: 2-фуранилметантиол с ароматом свежеобжаренного кофе, 2-ацетил-2-тиазолин в аромате запеченного мяса и т.д.
Реакция Майяра в мясных продуктах
Важное значение в образовании аромата и отчасти вкуса мясных продуктов при термической обработке, конечно же имеет реакция Майяра. Так, как мясные продукты содержат много аминокислот, то под действием высоких температур происходит реакция взаимодействия между аминогруппами свободных аминокислот, полипептидов и карбоксильными группами углеводов (сахаров).
Интенсивность образования меланоидинов и их промежуточных продуктов зависит от температуры и продолжительности воздействия теплоты. Поэтому в наиболее наглядной форме последствия этой реакции проявляются при стерилизации, запекании и жарении.
Влияние реакции на пищевую ценность
Несмотря на активизацию деятельности рецепторов, меланоидины отнимают некоторое количество аминокислот. При протекании реакции аминокислоты и сахара переходят в другие вещества, которые не несут никакой пищевой ценности. Но не стоит забывать и о светлой стороне: благодаря меланоидинам у человека вырабатывается желудочный сок и появляется желание съесть продукт. В этом отношении все относительно: лучше потерять небольшое количество пищевой ценности и получить большое желание съесть, чем сохранить минимальное количество аминокислот и приготовить блюдо с минимальными вкусовыми характеристиками.
Реакция Майяра, или Чем пахнет молоко
Реакция Майяра, или Чем пахнет молоко
Мы много знаем о реакции Майяра в кофе — это то самое взаимодействие аминокислот и сахаров, которое превращает кофейное зерно из зелёного в коричневое и придаёт ему приятный аромат свежей выпечки. Юлия Климанова, с которой мы обсуждали вопросы взаимодействия молока и кофе, поделилась любопытным наблюдением: оказывается, реакция Майяра происходит и в молоке. Что это значит и как влияет на вкусоароматические свойства молока, мы узнаем из статьи Юлии.
Реакция Майяра — одна из самых распространённых реакций в пищевой химии. В английском языке она называется non-enzymatic browning reaction — это означает, что в процессе реакции образуются вещества, придающие продукту коричневый цвет, но это вызвано не деятельностью ферментов, как бывает, например, в случае с надкусанным яблоком, а особенностью продуктов реакции. Чтобы понять, происходит ли она в том или ином продукте, нужно знать, есть ли в нём белки, углеводы, а также собираетесь ли вы нагревать продукт. Если ответ «да», то реакция Майяра будет запущена. Стадия её развития будет зависеть от условий нагревания, но об этом поговорим далее.
С химической точки зрения, реакция Майяра — это реакция между аминокислотами и сахарами при нагревании. Примеров этой реакции множество: жарка мяса, обжарка кофе, выпечка хлеба и т. д. По мере развития реакции Майяра образуются продукты, обладающие характерными запахом, который порой не даёт устоять перед свежеприготовленным стейком или только что испечённым круассаном. Но всегда ли появление характерных запахов и вкусов является необходимым? Определённо, нет.
Есть довольно распространённое мнение, якобы в молоке не происходит реакции Майяра. Вернёмся к началу нашего рассуждения и проанализируем, соответствует ли молоко условиям, необходимым для реакции Майяра.
Перед тем как попасть на полки супермаркетов, молоко должно пройти термическую обработку — пастеризацию, ультрапастеризацию или стерилизацию. Это необходимо для обеспечения микробиологической безопасности молока и, как следствие, продления его срока хранения. Каждый из этих методов по-своему эффективен, но в любом случае «запускает» реакцию Майяра в молоке. Выбор метода тепловой обработки определяет не только микробиологические параметры готового продукта, но и его органолептические свойства, то есть все, что мы можем оценить с помощью органов чувств.
Пастеризация — это процесс, отвечающий минимальным требованиям к тепловой обработке. В этом случае молоко нагревают до 85°C на 2-3 секунды. При ультрапастеризации молоко подвергают температуре 135-150°C на 1-10 секунд в зависимости от метода. Стерилизация — это наиболее агрессивный метод тепловой обработки молока. Его выдерживают при температуре 115-120°С от 20 минут. Стерилизованное молоко, как правило, поставляют в больницы и детские учреждения, чтобы исключить возможность отравления. После нагревания любым из способов молоко охлаждают и расфасовывают в обычную или покрытую антисептическим слоем изнутри тару.
Несмотря на то что в случае ультра- и простой пастеризации молоко нагревается всего на несколько секунд, это приводит ко многим необратимым химическим изменениям в его составе. Помимо инактивации ферментов и уничтожения патогенных бактерий (а в случае ультрапастеризации ещё и их спор, что позволяет молоку храниться около года при комнатной температуре), влияние оказывается и на основные компоненты молока — белки, жиры, углеводы, — и на витамины. Ультрапастеризация ведет к потере 10-30% витамина С, фолиевой кислоты, витаминов B6, B12 и B1.
Итак, происходит ли реакция Майяра в молоке? Безусловно, да. Яркий тому пример — топлёное молоко и варёная сгущёнка, отличающиеся характерным вкусом, запахом и цветом.
Реакция Майяра является необратимым последствием нагревания молока, зависит от его интенсивности и продолжается на протяжении всего срока хранения молока. То есть постоянное нагревание — необязательное условие для реакции Майяра, достаточно однократной температурной обработки с последующим хранением молока.
Несколько слов о природе реакции Майяра. Это комплексная реакция, протекающая в несколько стадий. На начальном этапе под действием температуры аминогруппа белка — в молоке это в основном ε-аминогруппа остатков лизина из κ-казеина и сывороточных белков — реагирует с карбонильной группой основного молочного сахара — лактозы. Иными словами, белки реагируют с лактозой при нагревании. В результате этого взаимодействия образуется промежуточное нестабильное вещество, так называемое основание Шиффа, которое сразу подвергается дальнейшим преобразованиям с образованием раннего продукта Амадори — лактулозил лизина. Именно продукты Амадори на более поздних стадиях реакции Майяра претерпевают множественные изменения с образованием более 3500 характерных летучих ароматических соединений. Эти ароматы могут быть как желательными, так и нет.
Если кратко, то ε-аминогруппа лизина + карбонильная группа лактозы ↔ основание Шиффа ↔ продукт Амадори → меланоидины (высокомолекулярные азотистые соединения коричневого цвета) и полимеризованные белки.
Эта схема очень кратко описывает реакцию Майяра в молоке, поскольку на самом деле происходит множество химических превращений внутри реакции, но она отражает её непосредственную суть.
Стоит отметить, что не все ароматические соединения образуются в результате реакции Майяра. Некоторые из них являются продуктами высвобождения сульфгидрильных, или тиоловых, групп (-SH groups, серосодержащие реактивные группы), которые выходят на поверхность сывороточных белков и белков их мембраны жировых глобул в процессе денатурации. Также каждое молоко обладает своим «естественным» запахом, то есть тем, который оно приобретает в зависимости от корма и метаболизма коров, а также запахом, появляющимся в процессе хранения.
Итак, в молоке из-за нагревания (продолжительного) образуются коричневые пигменты меланоидины, а также множество ароматических соединений.
Присутствие этих соединений можно проверить с помощью газовой хроматографии/масс-спектрометрии, то есть с использованием специального оборудования, недоступного всем заинтересованным в контроле органолептических свойств молока. Поэтому мы поставили цель сравнить ароматический состав разных видов коровьего молока, в первую очередь пастеризованного и ультрапастеризованного, а также безлактозного молока, поскольку из него удален основной молочный сахар — лактоза, соответственно, реакция Майяра должна протекать не в той же мере, что и в обычном молоке с лактозой. Основная задача — сравнить интенсивность запаха холодного и нагретого с помощью паровика кофемашины до разных температур молока.
Что же известно о результатах реакции Майяра на данный момент? Ультрапастеризованное молоко действительно обладает более интенсивным запахом, чем пастеризованное. Более того, в холодном ультрапастеризованном молоке присутствуют не все ароматы из тех, что есть в нагретом.
Что касается характера ароматов/вкусов, образующихся при нагревании молока, — есть 4 основные группы, которые описывают как: «сернистый или приготовленный/cooked or sulphurous», «нагретый или насыщенный/heated or rich», «карамельный/caramelised» и «жженый, горелый/scorched».
В таблице ниже приводятся некоторые ароматические соединения ультрапастеризованного молока. Как видно, ароматы описываются и как положительные — ванильный, кокосовый, сладкий, — и как нежелательные — землистый, металлический, ржавый.
Таким образом, любое свежее молоко обладает индивидуальным специфическим запахом в зависимости от корма, породы, условий содержания и особенностей метаболизма коров. Этот запах будет меняться в зависимости от температурной обработки, срока и условий хранения. Нагревание молока приводит к образованию летучих ароматических соединений из белков, углеводов и жиров молока путем сложных превращений. Эти ароматические соединения могут быть как желательными, так и нет. Важно помнить, что более интенсивное нагревание молока и последующее длительное хранение приводят к образованию большего количества новых ароматов и, как следствие, вкусов.
Ссылки на исследования:
Aalaei, K., Rayner, M., Sjöholm, I. (2019). Chemical methods and techniques to monitor early Maillard reaction in milk products; A review. Critical reviews in food science and nutrition, 59(12), 1829—1839
Belitz, H.-D., & Grosch, W., Schieberle, P. (2009). Food chemistry, 4th edition. Berlin: Springer Verlag
Campbell, R. E., & Drake, M. A. (2013). Invited review: The effect of native and nonnative enzymes on the flavor of dried dairy ingredients. Journal of dairy science, 96(8), 4773—4783
Chávez-Servín, J. L., Castellote, A. I., & López-Sabater, M. C. (2008). Volatile compounds and fatty acid profiles in commercial milk-based infant formulae by static headspace gas chromatography: Evolution after opening the packet. Food Chemistry, 107(1), 558—569
Deeth H. (2017). Optimum Thermal Processing for Extended Shelf-Life (ESL) Milk. Foods (Basel, Switzerland), 6(11), 102
Edris, A. E., Murkovic, M., & Siegmund, B. (2007). Application of headspace-solid-phase microextraction and HPLC for the analysis of the aroma volatile components of treacle and determination of its content of 5-hydroxymethylfurfural (HMF). Food Chemistry, 104(3), 1310—1314
Gopal, N., Hill, C., Ross, P. R., Beresford, T. P., Fenelon, M. A., & Cotter, P. D. (2015). The Prevalence and Control of Bacillus and Related Spore-Forming Bacteria in the Dairy Industry. Frontiers in microbiology, 6, 1418
Hougaard, A., Vestergaard, J., Varming, C., Bredie, W., & Ipsen, R. (2011). Composition of volatile compounds in bovine milk heat treated by instant infusion pasteurisation and their correlation to sensory analysis. International Journal of Dairy Technology, 64, 34—44
Lin, H., Liu, Y., He, Q., Liu, P., Che, Z., Wang, X., & Huang, J. (2019). Characterization of odor components of Pixian Douban (broad bean paste) by aroma extract dilute analysis and odor activity values. International Journal of Food Properties, 22(1), 1223—1234
O’Brien, J. (2009). Non-Enzymatic Degradation Pathways of Lactose and Their Significance in Dairy Products. Advanced Dairy Chemistry, 231—294
Rizzi, G. P. (1999). The Strecker Degradation and Its Contribution to Food Flavor. Flavor Chemistry, 335—343
Kumar, N., Raghavendra, M., Tokas, J., Singal, H.R. (2017). Chapter 10 — Flavor Addition in Dairy Products: Health Benefits and Risks, Editor(s): Ronald Ross Watson, Robert J. Collier, Victor R. Preedy, Nutrients in Dairy and their Implications on Health and Disease, AcademicPress,123-135
Jo, Y., Benoist, D.M., Barbano, D., Drake, M.A. (2018). Flavor and flavor chemistry differences among milks processed by high temperature, short time or ultra-pasteurization. Journal of Dairy Science, 101
Su, X., Tortorice, M., Ryo, S., Li, X., Waterman, K., Hagen, A., & Yin, Y. (2020). Sensory Lexicons and Formation Pathways of Off-Aromas in Dairy Ingredients: A Review. Molecules, 25(3), 569
Sunds, A. V., Maximilian Rauh, V., Sørensen, J., & Larsen, L. B. (2018). Maillard reaction progress in UHT milk during storage at different temperature levels and cycles. International Dairy Journal, 77, 56-64
Van Boekel, M. A. J. S. (1998). Effect of heating on Maillard reactions in milk. Food Chemistry, 62(4), 403—414