Uusia oivalluksia elintarvikkeiden käsittely—Maillard-reaktio
Erityistä huomiota on koskaan maksettu ei-entsymaattinen ruskistuminen reaktioita, joka tunnetaan myös nimellä Maillard-reaktio, joka massiivisesti liittyy sukupolven hajusteita, tastants ja väriaineet yhdessä rakenne muutoksia. Erityisesti termisesti prosessoiduissa elintarvikkeissa Maillard-reaktio edistää merkittävästi makua ja aromia, mikä johtaa erityyppisiin makuaktiivisiin molekyyleihin ., Esimerkiksi, furaani johdannaiset tuotettu kautta Maillard-reaktio usein edistää makea ja karamelli-tyyppinen tuoksu, kun alkylpyrazines ovat vastuussa pähkinäinen ja paahtuneita aromeja löytyy esimerkiksi tuoretta kahvia . Toisaalta, että Maillard-reaktio johtaa monia erilaisia toivottuja molekyylejä, kuten maku aktiivinen ja värillisiä yhdisteitä tai yhdisteitä, joiden hyödyllisiä vaikutuksia elintarvikkeiden säilyvyyttä tai ihmisten terveydelle (esim. antioksidantit)., Toisaalta se voi kuitenkin johtaa myös moniin yhdisteisiin, joilla on melko haitallisia vaikutuksia, jotka olisi pidettävä minimitasolla tai karkotettava kokonaan elintarvikkeista. Ei-entsymaattinen ruskistuminen voi johtaa proteiinin ristiinliittymiseen, elintarvikkeiden rakenteen ja toiminnallisten ominaisuuksien muutoksiin ja lopulta ravintoarvon menetykseen . Löytö akryyliamidi ja sen mahdollisista syöpää ylikuumentunut tärkkelyspitoisia ruokia syntyi eniten huomiota 2000-luvun alussa ja oli erityisen kiinnostunut paljon tutkimuksia., Akryyliamidia muodostuu dicarbonyls ja pääasiassa aminohappo asparagiini vuonna Maillard-reaktion cascade korkeissa lämpötiloissa . Dikarbonyylit itsessään ovat ei-entsymaattisten browning-reaktioiden pääasiallisia välituotteita, jotka muodostuvat helposti hiilihydraattien hajoamisesta. Siksi myös dikarbonyylin heikoissa elintarvikkeissa reaktiivisia välituotteita voidaan valmistaa Maillard-reaktion aikana, jotka sitten tarjoavat uusia kohteita toksiinien muodostumiselle.
kemialliselta kannalta, Maillard-reaktio on reaktio aminohappojen ja karbonyyli-yhdisteiden., Ruuassa kyse on pääasiassa aminohapoista, peptideistä, proteiineista ja hiilihydraattien pelkistämisestä. Alkuvaiheessa, aminohapon yhdiste hajoaa kondensaatioreaktio, jossa karbonyyli komponenttina järjestää 1-amino-1-deoxy-ketose rakenteet (Amadori uudelleenjärjestely tuotteet). Myöhemmin jakautuminen Amadori yhdiste (intermediate phase) sitten käynnistää tulva kemiallisia reaktioita jatkuvasti tuottaa uusia yhdisteitä, jotka syötetään reaktio-allas., Viimeisessä vaiheessa, monia reaktiivisia välituotteita voi sitten muodostaa heterosykliset ja aromaattisia yhdisteitä, jotka ovat usein maku aktiivinen tai polymeeri-tyyppinen, suuri molekyyli-paino yhdisteitä, jotka usein edistävät aste tummumisen elintarvikkeissa . Vaikka nimen perusteella voisi olettaa, Maillard-reaktio ei todellakaan ole yksittäinen kemiallinen reaktio. Se on pikemminkin valtava verkosto, jota varjostavat usein kaoottiset useiden kemiallisten reaktioiden yhdistelmät, jotka voivat johtaa tuhansiin eri molekyyleihin., 1950-luvulla, Hodge julkaisi yleisen järjestelmän yhteenveto tärkeimmistä polkuja Maillard-reaktio , joka on laajennettu viimeisten vuosikymmenien aikana . Vaikka viimeisten 60 vuoden aikana on edistytty valtavasti vuonna valaisemaan joitakin erityisiä Maillard-reaktion tuotteet (MRPs) ja niiden muodostumista polkuja, tähän mennessä se ei ole ollut mahdollista täysin ratkaista koko joukko molekyylejä, ja reaktio väyliä osallistuvat Maillard-reaktion.,
Opiskelu Maillard-reaktion ei-kohdennettu tavalla, yksi on voitettava useita analyyttisiä haasteita: (i) molekyylien monimuotoisuutta, joka syntyy Maillard-reaktio vaihtelee erittäin polar molekyylejä muodostuu perus-ja väli-vaihe unpolar yhdisteitä, pääasiassa muodostettu lopullinen vaihe. Molekyylipainot vaihtelevat pieni-tuotteita (esim., H2S, glyoksaali, diacetyl) suuren molekyylipainon yhdisteitä, ylä-kDa välillä . Aminoiden ja karbonyylien esiasteiden lähes ääretön yhdistäminen lisää tätä monimuotoisuutta entisestään., ii) monet jäämien enimmäismäärät esiintyvät useissa isomeerisissä muodoissa. Erityisesti sokerin esiasteissa tapahtuu jatkuvasti uudelleenjärjestäytymisreaktioita, esimerkiksi enolisaation kautta . (iii) Ulkoiset parametrit, kuten pH, lämpötila, tai vesipitoisuus on valtava vaikutus todellinen lopputulos reaktio. iv) MRPs-pitoisuudet vaihtelevat muutamasta pääkomponentista ultra trace-määriin . (v) ARVOISA yleensä on kilpailu, jossa sokeri ja aminohapot hajoaminen reaktioita, mikä tekee siitä haastavaa osoite MRPs erityisesti ., Esimerkiksi hydroksimetyylifurfuraalia (HMF) muodostuu heksoosien karameloitumisprosessin aikana sekä Maillard-reaktiossa. Aminoyhdisteiden läsnä ollessa kuitenkin muodostumisnopeudet ja sadot paranevat merkittävästi . Tämä taso monimutkaisuus asettaa erittäin korkeat vaatimukset erotuskyky useita analyyttisia ulottuvuuksia, jotta voidaan saada täysin ratkaistu ja kattavan kuvan ei-entsymaattinen ruskistuminen reaktioita. Vain moderni FT-ICR-MS välineet voi tarjota massa spektrinen erotuskyky tarpeen ratkaista kaikki MRPs jopa yksinkertainen kahden lähtöaineen järjestelmissä., Näin ollen malli järjestelmissä, jotka sisältävät vain muutaman ensimmäisen esiasteita, kuten aminohappoja ja sokereita, tarjoavat erinomaisen ympäristön perustavaa Maillard-reaktion tutkimukset.
erilaisia visualisointityökaluja, jotka on jo perustettu kompleksisten massaspektrometriatietojen analysoinnissa, voidaan mukauttaa näihin tarkoituksiin. Varsinkin, van Krevelen kaaviot, muokattu Kendrick massa vika tontteja ja massan ero verkostojen on todettu olevan arvokkaita työkaluja luonnehdinta Maillard malli järjestelmissä ., Van Krevelen kaaviot, klassisessa mielessä, cross-tontti vetyä hiilidioksidin vs. happea hiilen atomi suhdeluvut johtavat hyvin erityisiä koostumusta sormenjäljet riippuen reaktio lähtöaineiden . Kun alkuperäistä Kendrick massa vika hankkeita CH2-homologisen sarjan päälle vaaka-linjat , opiskelu Maillard-reaktion suuresti hyötyä muokattuja versioita niistä. Esimerkiksi monet nestehukka-sarjan tiedetään esiintyvän ei-entsymaattinen ruskistuminen reaktioita voidaan tutkia muuntaminen H2O IUPAC-massan päälle Kendrick mittakaavassa ., Massa ero verkoissa jokainen solmu edustaa havaittu ioni massa-tai molekyylikaava. Solmut on kytketty toisiinsa, tarkka massa eroja, jotka voivat edustaa net kemiallisia muutoksia . Tämäntyyppinen graafinen analyysi mahdollistaa massaspektrien tutkimisen reaktiivisemmassa yhteydessä.
Golon et al. oli ensimmäinen, joka osoitti proof-of-periaate tutkimus, että suora infuusio FT-ICR-MS-osaa ratkaista kemiallisia monimutkaisuus MRPs yksinkertainen kahden lähtöaineen malli järjestelmissä ., Viime aikoina on osoitettu, että riboosi ja glysiini voi johtaa > 300 MRPs kun lämpökäsittely kohtuullisissa olosuhteissa (puskuroimaton ratkaisuja, 100 °C, 10 s). Samaan aikaan riboosin hajoamistuotteita oli kuitenkin vain muutamia kymmeniä eikä aminohappojen hajoamistuotteita havaittu . Tämä vahvistaa sen, että reaktio hinnat sokerin hajoaminen (karamellisoitumisen) on voimakkaasti tehostettu, kun aminohappo on läsnä. Lisäksi suhteellisen hitaat reaktionopeudet mahdollistivat MRP: n muodostumisen seurannan ratkaistulla ja kattavalla tavalla., Reaktioajan kasvaessa syntyi yhä enemmän yhdisteitä, joilla oli korkeampi kovettuma-ja aromatisuusaste. Kävi ilmi, että pääasiassa nestehukka, (di)karbonyylien pilkkoutuminen ja redox-reaktiot vaikuttivat merkittävästi reaktiotuotteiden kemialliseen monimutkaisuuteen ja monimuotoisuuteen. Lopuksi, suora infuusio FT-ICR-MS oli ensimmäinen menetelmä, joka antoi tarkempia oivalluksia muodostuminen ja myöhempi hajoaminen diketosamines (difructosamines) ja niiden rooli ei-entsymaattinen ruskistuminen reaktioita . Marshall ym., viime aikoina seurata kemiallisten muutosten aikana elintarvikkeiden sterilointi käyttämällä suoraa infuusio FT-ICR-MS muun reaktioita ja kemiallisia malleja, FT-ICR-MS käytettiin tutkimuksessa muodostumista useita MRPs alku-ja väli-vaiheen lemmikkieläinten ruokaa näytteitä .