美拉德反應(yīng)及其對(duì)食品加工過(guò)程的影響

姚文杰

摘 要：美拉德反應(yīng)是一種非酶褐變反應(yīng)，其在食品加工工程中有著廣泛的應(yīng)用，美拉德反應(yīng)對(duì)于食品的色澤、口味、營(yíng)養(yǎng)以及安全等諸多方面都有著深刻影響。食品加工過(guò)程中的美拉德反應(yīng)受到反應(yīng)途徑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)底物、反應(yīng)環(huán)境PH以及金屬離子等因素的影響，其與食品的諸多功能性（抗菌性、乳化性、抗氧化性等）密切相關(guān)。本文從美拉德反應(yīng)的性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合美拉德反應(yīng)的特點(diǎn)，探究了美拉德反應(yīng)對(duì)食品加工過(guò)程的影響。

關(guān)鍵詞：美拉德反應(yīng)；性質(zhì)與特點(diǎn)；食品加工；影響

美拉德反應(yīng)是由法國(guó)化學(xué)家在1912年發(fā)現(xiàn)的，John Hodge等在1953年時(shí)將其命名為美拉德反應(yīng)。美拉德反應(yīng)也被叫做羰胺反應(yīng)，其定義為：還原糖或者是羰基化合物在常溫或者加熱時(shí)與含游離氨基的化合物發(fā)生縮合、聚合等化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物和中間產(chǎn)物經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，最終生成棕褐色的大分子物質(zhì)——擬黑素（類(lèi)黑素）。美拉德反應(yīng)除了生成擬黑素之外，其還有醛、酮、雜環(huán)化合物生成，這些化合物為食品增加了色澤和風(fēng)味。

一、美拉德反應(yīng)

對(duì)于美拉德反應(yīng)的相關(guān)研究已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相對(duì)成熟的階段，美拉德反應(yīng)也成為了現(xiàn)代食品加工過(guò)程中應(yīng)用最為頻繁的技術(shù)之一。Hodge在1953年首次提出了美拉德反應(yīng)的流程圖，其對(duì)美拉德反應(yīng)的過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)性地闡述。依據(jù)現(xiàn)代化學(xué)觀點(diǎn)，美拉德反應(yīng)主要可以分為三個(gè)階段，其分別為起始階段、中間過(guò)程、最終階段。

1.起始階段。美拉德反應(yīng)的起始階段涉及到化學(xué)分子或基團(tuán)的縮合、環(huán)化、取代重排等歷程。首先，氨基化合物和醛糖縮合成為席夫堿，席夫堿不穩(wěn)定，其環(huán)化生成N-取代醛糖基胺，該化合物又經(jīng)過(guò)重排（Amadori方式）生成Amadori化合物。

2.中間過(guò)程。美拉德反應(yīng)的中間階段為起始階段產(chǎn)物Amadori化合物以三種不同形式的分解過(guò)程，其分別為：堿性條件下的2，3-烯醇化反應(yīng)，產(chǎn)物包括了脫氫還原酮類(lèi)和還原酮類(lèi)化合物；酸性條件下的1，2-位烯醇化反應(yīng)，產(chǎn)物包括了含呋喃環(huán)的醛類(lèi)化合物和羥甲基呋喃醛；堿性產(chǎn)物和酸性產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)生裂解，生成羰基（單羰基或雙羰基）化合物，除此之外，堿性產(chǎn)物和酸性產(chǎn)物也可以發(fā)生Strecker分解，與氨基共同作用生成Strecker醛類(lèi)化合物。

3.最終階段。最終階段是美拉德反應(yīng)生成擬黑素的過(guò)程，其主要為低溫下胺類(lèi)和醛類(lèi)的聚合反應(yīng)，該反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜，目前尚未完全明確該過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理。胺類(lèi)和醛類(lèi)除了聚合生成高分子以外，其還產(chǎn)生美拉德反應(yīng)的中間體——雜環(huán)化合物（具有揮發(fā)性）、醛類(lèi)化合物、還原酮等。

二、美拉德反應(yīng)對(duì)于食品加工過(guò)程的影響

美拉德反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代食品加工及貯藏過(guò)程有著深刻的影響，至今其仍作為一項(xiàng)食品加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品加工過(guò)程中。美拉德反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物是影響食品口味、色澤、安全、營(yíng)養(yǎng)等功能性質(zhì)的主要因素，對(duì)于傳統(tǒng)烤制食品（北京烤鴨、烤乳豬）、油炸食品（油炸肉卷、炸帶魚(yú)）影響尤甚。從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度分析，美拉德反應(yīng)對(duì)于食品加工過(guò)程并非是有利無(wú)害的，美拉德反應(yīng)的反應(yīng)底物為蛋白質(zhì)和糖類(lèi)，蛋白質(zhì)和糖類(lèi)是人體所必須攝取的營(yíng)養(yǎng)成分，食品加工過(guò)程中的美拉德反應(yīng)無(wú)疑在一定程度導(dǎo)致了這些影響成分的流失；對(duì)于那些食品中含有的人體所不能合成的氨基酸，美拉德反應(yīng)有可能導(dǎo)致其遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降。因此，需要辯證地看待美拉德反應(yīng)對(duì)于食品加工過(guò)程的影響。在實(shí)際的食品加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理控制美拉德反應(yīng)，通過(guò)美拉德反應(yīng)增加食品的色澤、風(fēng)味和安全性，同時(shí)最大程度地保留住食品中的營(yíng)養(yǎng)成分。

1.對(duì)食品風(fēng)味的影響。美拉德反應(yīng)對(duì)于食品的風(fēng)味有著重要的影響，例如，享譽(yù)全國(guó)的名菜“全聚德北京烤鴨”在其放入烤爐進(jìn)行烤制之前，其會(huì)在烤鴨外層涂上一層秘制調(diào)料，調(diào)料中含有糖和香料物質(zhì)。在烤制的過(guò)程中，調(diào)料中的各種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生相互作用（主要為熱降解、美拉德反應(yīng)、產(chǎn)物的二次和三次反應(yīng)等），這是“全聚德北京烤鴨”具有獨(dú)特風(fēng)味的重要原因。美拉德反應(yīng)能夠產(chǎn)生一些影響食品風(fēng)味的物質(zhì)，其主要有含硫雜環(huán)，如噻吩類(lèi)、噻唑類(lèi)；含氮雜環(huán)，如吡嗪類(lèi)；含氧雜環(huán)，如呋喃類(lèi)，此外，還存在著一些硫化氫和氨類(lèi)物質(zhì)。并非所有的物質(zhì)都能夠使食品增加風(fēng)味（吡嗪類(lèi)、硫化氫、氨類(lèi)），這些是在食品加工過(guò)程中需要避免的。例如，在烤制面包時(shí)，美拉德反應(yīng)生成的麥芽酚能夠使面包具有特殊的香味，而生成的吡嗪類(lèi)物質(zhì)或醛類(lèi)物質(zhì)則會(huì)使得面包有糊味。

2.對(duì)食品色澤的影響。美拉德反應(yīng)經(jīng)過(guò)的一些列復(fù)雜的化學(xué)變化，其所產(chǎn)生的一系列化合物能夠賦予食品不同的色澤。美拉德反應(yīng)中的溫度、反應(yīng)途徑等因素發(fā)生變化，能夠使得食品依次呈現(xiàn)出淺黃色、金黃色、褐色、棕色直至棕黑色的色澤變化。例如，金黃色面包、紅褐色紅燒肉、紅茶等，這些食品所呈現(xiàn)出的顏色很大程度上與美拉德反應(yīng)有關(guān)。對(duì)于食品加工過(guò)程而言，其需要控制好美拉德反應(yīng)的影響因素（原料用量、溫度、加工途徑），例如，醬油加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)控制好溫度，防止因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致醬油顏色加深；面包烤制過(guò)程中，需要氨基酸和還原糖的用量以及烤制溫度，防止其過(guò)度反應(yīng)而導(dǎo)致面包呈焦黑色。

3.對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)的影響。上文已經(jīng)提到，美拉德反應(yīng)的底物多是糖和氨基酸，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行被轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，進(jìn)而造成食品中營(yíng)養(yǎng)流失的問(wèn)題?？茖W(xué)研究表明，糖類(lèi)在和許多氨基酸作用時(shí)，容易使氨基酸失去其原有功能，例如，蘇氨酸、賴(lài)氨酸、亮氨酸、色氨酸，在與糖類(lèi)進(jìn)行美拉德反應(yīng)時(shí)，賴(lài)氨酸最易損失。賴(lài)氨酸對(duì)于人體具有重要的生理意義：其是人體合成各種蛋白質(zhì)的重要前提。乳制品加工過(guò)程中最易受到美拉德反應(yīng)的影響而導(dǎo)致食品營(yíng)養(yǎng)降低，而低乳糖食品由于其乳糖含量較低，能夠減少美拉德反應(yīng)的發(fā)生，從而最大程度地保留了食品中的營(yíng)養(yǎng)成分。值得注意的是，美拉德反應(yīng)也能夠降低食品中礦物質(zhì)的生物活性，原因是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物（MRPs）與食品中的礦物質(zhì)發(fā)生螯合反應(yīng)形成了難溶化合物。

4.對(duì)食品安全性的影響。美拉德反應(yīng)會(huì)生成一系列的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物對(duì)食品安全性有著不可忽視的影響。這美拉德反應(yīng)的部分中間產(chǎn)物對(duì)食品的色澤和香味等功能特性做出了一定的貢獻(xiàn)，但是另一些中間產(chǎn)物，如醛類(lèi)化合物、雜環(huán)胺類(lèi)化合物等則帶來(lái)了食品安全隱患。美拉德反應(yīng)所生成的中間產(chǎn)物具有不穩(wěn)定性，目前對(duì)于糖類(lèi)和氨基酸反應(yīng)的中間產(chǎn)物是否存在安全問(wèn)題尚不清楚；但美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的丙烯酰胺是公認(rèn)的致癌物質(zhì)（有神經(jīng)毒性）。土豆富含還原糖和天冬氨酸，其在加熱（120℃以上）的條件下容易產(chǎn)生丙烯酰胺，但世界衛(wèi)生組織目前還沒(méi)有給出明確的丙烯酰胺致癌濃度。

三、結(jié)語(yǔ)

美拉德反應(yīng)是一系列復(fù)雜的化學(xué)變化過(guò)程，美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物對(duì)于食品加工過(guò)程有著重要影響。在實(shí)際的食品加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理控制美拉德反應(yīng)，趨利避害，提高食品的功能特性。

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