Nové poznatky při zpracování potravin—Maillardovy reakce
Zvláštní pozornost, kdy byla věnována non-enzymatické hnědnutí reakce, také známé jako Maillardova reakce, která masivně zahrnuje generace odoranty, tastants a barviva spolu s texturou změny. Zejména v tepelně zpracovaných potravinách Maillardova reakce významně přispívá k chuti a vůni, což vede k různým druhům aromatických aktivních molekul ., Například deriváty Furanu produkované Maillardovou reakcí často přispívají ke sladké a karamelové vůni, zatímco alkylpyraziny jsou zodpovědné za ořechové a pražené aroma nalezené např. v čerstvě uvařené kávě . Na jedné straně, na Maillardovy reakce, vede k mnoha typů molekul, včetně chuti aktivní a barevných látek nebo látek s blahodárné účinky na jídlo trvanlivost nebo lidské zdraví (např. antioxidanty)., Na druhé straně, nicméně, to může také vést k mnoha sloučenin s poměrně nepříznivé účinky, které by měly být udržovány na minimální úrovni, nebo zcela vyhoštěn z potravin. Neenzymatické zhnědnutí může vést k zesítění bílkovin, změnám struktury a funkčních vlastností potravin a nakonec ke ztrátě nutriční hodnoty . Na zjištění akrylamidu a jeho potenciální karcinogenita v přehřáté škrobnatých potravin vznikla největší pozornost v časném 2000s a je zvláštního zájmu mnoha studií., Akrylamid je tvořen z dikarbonylů a hlavně aminokyselinou asparagin v Maillardově reakční kaskádě při zvýšených teplotách . Samotné dikarbonyly jsou hlavními meziprodukty neenzymatických reakcí zhnědnutí, které jsou snadno tvořeny degradací uhlohydrátů. Proto i v dikarbonylových slabých potravinách mohou být reaktivní meziprodukty produkovány průběhem Maillardovy reakce, které pak nabízejí nové cíle pro tvorbu toxinů.
z chemického hlediska je Maillardova reakce reakcí mezi aminokyselinami a karbonylovými sloučeninami., V potravinách se jedná především o aminokyseliny, peptidy, bílkoviny a redukční sacharidy. V počáteční krok, amino sloučenina prochází kondenzační reakce s karbonylovou skupinu uspořádat v 1-amino-1-deoxy-ketóza struktur (Amadori přeskupení produktů). Následné rozdělení sloučeniny Amadori (střední fáze) pak iniciuje záplavu chemických reakcí, které nepřetržitě produkují nové sloučeniny, které jsou přiváděny do reakčního fondu., V konečné fázi, mnoho reaktivní meziprodukty mohou pak tvoří heterocyklické a aromatické sloučeniny, které jsou často chuť aktivní nebo polymer-typ, velké molekulární hmotnosti sloučeniny, které často přispívají k stupeň hnědnutí v potravinách . Ačkoli by se dalo předpokládat z pojmenování, Maillardova reakce skutečně není jedinou chemickou reakcí. Je to spíše obrovská síť překrývající často chaotické kombinace několika chemických reakcí, které mohou vést k tisícům různých molekul., V padesátých letech vydal Hodge obecný plán shrnující hlavní cesty Maillardovy reakce, která byla v posledních desetiletích dále rozšířena . I když v posledních 60 letech došlo k obrovskému pokroku v objasnění některé specifické produkty Maillardovy reakce (MRPs) a jejich tvorbu drah, k dnešnímu dni, není možné zcela vyřešit celou řadu molekul a reakce drah zapojených do Maillardovy reakce.,
Studium Maillardovy reakce v non-cíleně, člověk musí překonat několik analytických problémů: (i) molekulární rozmanitost, která vyplývá z Maillardovy reakce se pohybuje v rozmezí od vysoce polární molekuly tvoří v počáteční a střední fázi inverze polárních sloučenin tvoří především v závěrečné fázi. Molekulové hmotnosti se pohybují od malých vedlejších produktů (např. H2S, glyoxal, diacetyl) až po sloučeniny s velkou molekulovou hmotností v horní řadě kDa . Téměř nekonečné možnosti kombinace aminokyselin a karbonylových prekurzorů tuto rozmanitost dále zvyšují., ii) mnoho MRP se vyskytuje v několika izomerních formách. Zejména prekurzory cukru procházejí kontinuálně přeskupenými reakcemi, například enolizací . iii) vnější parametry, jako je pH, teplota nebo obsah vody, mají masivní vliv na skutečný výsledek reakce. iv) koncentrace MRP se pohybují od několika hlavních složek až po ultra stopové množství . (v) MR obvykle soutěží s reakcemi na degradaci cukru a aminokyselin, což ztěžuje konkrétní řešení MRP ., Například hydroxymethylfurfural (HMF) se vytváří během karamelizačního procesu hexóz i v Maillardově reakci. V přítomnosti aminokyselin se však výrazně zvyšuje rychlost tvorby a výnosy . Tato úroveň složitosti nastaví velmi vysoké nároky na rozlišovací schopnost v několika analytických rozměrů s cílem získat plně vyřešen a komplexní obraz o non-enzymatické hnědnutí reakce. Pouze moderní přístroje FT-ICR-MS mohou poskytnout hmotnostní spektrální rozlišovací sílu potřebnou k vyřešení všech MRP i v jednoduchých dvou reaktantních systémech., Proto, model systémy obsahující pouze několik počátečních prekurzorů, jako jsou aminokyseliny a cukry, poskytují vynikající prostředí pro základní Maillardovy reakce studií.
různé vizualizační nástroje, již zavedené v analýze komplexních datových souborů hmotnostní spektrometrie, lze pro tyto účely upravit. Zejména, van Krevelen diagramy, modifikované Kendrick hmotnostní defekt pozemky a hmotnostní rozdíl sítě se ukázaly být cenným nástrojem při charakterizaci Maillard model systémů ., Van Krevelenovy diagramy, v klasickém smyslu, příčný vodík na uhlík versus kyslík na uhlíkové atomové poměry vedoucí k velmi specifickým kompozičním otiskům prstů v závislosti na použitých reakčních prekurzorech . Zatímco původní Kendrick mass defect promítá CH2-homologní řadu na vodorovné čáry, studium Maillardovy reakce značně těží z jejich modifikovaných verzí. Například, mnoho dehydratace série známo, že se vyskytují v non-enzymatické hnědnutí reakce mohou být studovány přeměny H2O IUPAC hmoty na Kendricka masovém měřítku ., V sítích hmotnostních rozdílů představuje každý uzel detekovanou iontovou hmotnost nebo molekulární vzorec. Uzly jsou navzájem propojeny přesnými hmotnostními rozdíly, které mohou představovat čisté chemické transformace . Tento typ grafické analýzy umožňuje zkoumat hmotnostní spektra v kontextu souvisejícím s reaktivitou.
Golon et al. byli první, kdo ukázal v proof-of-princip studie, že přímá infuze FT-ICR-MS je schopen vyřešit chemické složitosti MRPs v jednoduchých dvou-reaktant model systémů ., Nedávno bylo prokázáno, že ribóza a glycin mohou vést k > 300 MRPs při tepelném ošetření za mírných podmínek (unbuffered solutions, 100 °C, 10 h). Současně však bylo možné pozorovat pouze několik desítek produktů degradace ribózy a žádné produkty degradace aminokyselin . To potvrzuje, že rychlost reakce při degradaci cukru (karamelizace) je silně zvýšena, když je přítomna aminokyselina. Relativně pomalá rychlost reakce navíc umožnila sledování tvorby MRP v čase vyřešeném a komplexním způsobem., S rostoucí reakční čas, více a více sloučenin s vyšším stupněm nenasycenosti a aromatičnosti byly vyrobeny. Ukázalo se, že hlavně dehydratace, (di)karbonylové štěpení a redoxní reakce měly zásadní vliv na chemickou složitost a rozmanitost reakčních produktů. Konečně, přímá infuze FT-ICR-MS byla první metoda, která dala podrobnější vhled do tvorby a následné degradaci diketosamines (difructosamines) a jejich roli v non-enzymatické hnědnutí reakce . Marshall et al., v poslední době sledovány chemické změny během jídla sterilizace pomocí přímé infuze FT-ICR-MS. Mezi další reakce a chemické vzorce, FT-ICR-MS byla použita ke studiu vzniku více MRPs počáteční a střední fáze v zájmovém vzorků .