Új betekintést az élelmiszer-feldolgozás—a Maillard-reakció
Különleges figyelmet valaha is fizetett, hogy a nem-enzimatikus browning reakciók, is ismert, mint a Maillard-reakció, amely masszívan magában foglalja a generációs odorants, felirat felőli szórót, valamint színezékek mellett textúra változtatások. Különösen a termikusan feldolgozott élelmiszerekben a Maillard-reakció jelentősen hozzájárul az ízhez és az aromához, ami különböző típusú íz-aktív molekulákhoz vezet ., Például a Maillard-reakcióval előállított furánszármazékok gyakran hozzájárulnak az édes és karamell típusú aromához, míg az alkilpirazinok felelősek a frissen főzött kávéban található diós és pörkölt aromákért . Egyrészt a Maillard-reakció sokféle kívánt molekulához vezet, beleértve az aktív és színes vegyületeket vagy vegyületeket, amelyek jótékony hatással vannak az élelmiszer eltarthatóságára vagy az emberi egészségre (például antioxidánsok)., Másrészt azonban számos, meglehetősen káros hatású vegyülethez is vezethet, amelyeket minimális szinten kell tartani, vagy teljesen ki kell zárni az élelmiszerekből. A nem enzimatikus barnulás fehérje keresztkötéshez, az élelmiszerek textúrájának és funkcionális tulajdonságainak megváltozásához, végül pedig a tápérték csökkenéséhez vezethet . Az akrilamid felfedezése és potenciális rákkeltő hatása a túlhevült keményítőtartalmú élelmiszerekben a 2000-es évek elején került a legnagyobb figyelem középpontjába, és számos tanulmány különösen érdekelte., Az akrilamid dikarbonilokból és főként aszparagin aminosavból áll a Maillard-reakció kaszkádjában magas hőmérsékleten . Maguk a dikarbonilok a nem enzimatikus barnulási reakciók fő intermedierjei, amelyeket a szénhidrát lebomlása könnyen képez. Ezért még a dikarbonil gyenge élelmiszerekben is reaktív intermediereket lehet előállítani a Maillard reakció során, amelyek új célokat kínálnak a toxinok kialakulásához.
kémiai szempontból a Maillard-reakció amino-és karbonilvegyületek közötti reakció., Az élelmiszerekben ez elsősorban aminosavakat, peptideket, fehérjéket és a szénhidrátok csökkentését jelenti. Egy kezdeti lépésben az aminovegyület kondenzációs reakción megy keresztül a karbonil-réteggel, hogy átrendeződjön az 1-amino-1-deoxi-ketóz struktúrákban (Amadori átrendeződési termékek). Az Amadori vegyület későbbi lebontása (közbenső fázis) ezután kémiai reakciók áradását kezdeményezi, amelyek folyamatosan új vegyületeket termelnek, amelyeket a reakciókészletbe táplálnak., A végső fázisban sok reaktív intermedier heterociklusos és aromás vegyületet képezhet, amelyek gyakran ízesítők vagy polimer típusú, nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek gyakran hozzájárulnak az élelmiszerek barnulásának mértékéhez . Bár az elnevezésből feltételezhető, hogy a Maillard-reakció valójában nem egyetlen kémiai reakció. Ez inkább egy hatalmas hálózat, amelyet több kémiai reakció gyakran kaotikus kombinációi helyeznek el, ami több ezer különböző molekulához vezethet., Az 1950-es években Hodge kiadott egy általános rendszert, amely összefoglalja a Maillard-reakció fő útjait , amelyet az elmúlt évtizedekben tovább bővítettek . Bár az elmúlt 60 évben hatalmas előrelépés történt néhány specifikus Maillard reakciótermék (MRP) és azok képződési útvonalainak felderítésében, eddig nem sikerült teljesen megoldani a Maillard-reakcióban részt vevő molekulák és reakcióutak teljes készletét.,
Tanul a Maillard-reakció a nem-célzott módon, az egyén számos analitikai kihívások: (i) a molekuláris sokszínűség, ami abból fakad, hogy a Maillard-reakció-tól erősen poláros molekulák alakult ki a kezdő, valamint a közbenső fázisban unpolar vegyületek elsősorban kialakult a végső fázisban. A molekulatömegek a kis melléktermékektől (pl. H2S, glyoxal, diacetil) a nagy molekulatömegű vegyületekig terjednek a felső kDa tartományban . Az amino – és karbonilprekurzorok szinte végtelen kombinációs lehetőségei tovább növelik ezt a sokszínűséget., ii. sok MRP több izomer formában fordul elő. Különösen a cukor prekurzorok folyamatosan átrendeződési reakciókon mennek keresztül, például enolizáció útján . iii. a külső paraméterek, például a pH, a hőmérséklet vagy a víztartalom nagymértékben befolyásolják a reakció tényleges kimenetelét. iv. az MRP-K koncentrációja néhány fő összetevőtől az ultra nyomokig terjed . v) az MR általában versenyben áll a cukor – és aminosavdegradációs reakciókkal, ami megnehezíti az MRP-k specifikus kezelését ., Például a hexózok karamelizációs folyamata, valamint a Maillard-reakció során hidroxi-metil-furfurol (HMF) képződik. Aminosavvegyületek jelenlétében azonban a képződési sebesség és a hozam jelentősen megnő . Ez a komplexitás nagyon magas követelményeket támaszt a felbontóképességgel szemben több analitikai dimenzióban annak érdekében, hogy a nem enzimatikus barnulási reakciókról teljes körű és átfogó képet kapjunk. Csak a modern FT-ICR-MS eszközök képesek biztosítani az összes MRP megoldásához szükséges tömegspektrális felbontóképességet még egyszerű két reagens rendszerekben is., Ezért a csak néhány kezdeti prekurzort tartalmazó modellrendszerek, mint például az aminosavak és cukrok, kiváló környezetet biztosítanak az alapvető Maillard reakcióvizsgálatokhoz.
a komplex tömegspektrometriai adatkészletek elemzésében már létrehozott különböző vizualizációs eszközök adaptálhatók erre a célra. Különösen a van Krevelen diagramok, a módosított Kendrick Mass defect telkek és a mass difference networks bizonyultak értékes eszköznek a Maillard modellrendszerek jellemzésében ., Van Krevelen diagramok, a klasszikus értelemben, kereszt-telek hidrogén szén szemben oxigén szén atomarány ami nagyon specifikus kompozíciós ujjlenyomatok függően a reakció prekurzorok használt . Míg az eredeti Kendrick mass defektus a CH2-homológ sorozatot vízszintes vonalakra vetíti, a Maillard reakció tanulmányozása nagyban előnyös a módosított változatokból. Például a sok dehidratációs sorozat, amelyről ismert, hogy nem enzimatikus barnulási reakciókban fordul elő, a H2o IUPAC tömegének Kendrick tömegskálára történő átalakításával tanulmányozható ., A tömegkülönbség-hálózatokban minden csomópont egy detektált iontömeget vagy molekuláris képletet képvisel. A csomópontok pontos tömegkülönbségekkel kapcsolódnak egymáshoz, amelyek nettó kémiai transzformációkat reprezentálhatnak . Ez a fajta grafikus elemzés lehetővé teszi a tömegspektrumok vizsgálatát egy reaktivitással kapcsolatos kontextusban.
Golon et al. voltak az elsők, akik egy elvi bizonyítási vizsgálatban kimutatták, hogy a közvetlen infúziós FT-ICR-MS képes megoldani az MRP-k kémiai összetettségét egyszerű két reagensű modellrendszerekben ., Újabban kimutatták, hogy a ribóz és a glicin > 300 MRPs-hez vezethet mérsékelt körülmények között történő hőkezeléskor (nem pufferolt oldatok, 100 °C, 10 óra). Ugyanakkor azonban csak néhány tíz ribózdegradációs termék és aminosavdegradációs termék nem figyelhető meg . Ez megerősíti, hogy a cukor lebomlásának (karamelizáció) reakciósebessége erősen fokozódik, ha aminosav van jelen. Ezenkívül a viszonylag lassú reakciósebesség lehetővé tette az MRP képződésének időben történő és átfogó ellenőrzését., A reakcióidő növekedésével egyre több, telítetlen és aromaticitást mutató vegyületet állítottak elő. Kiderült, hogy főként a kiszáradás, a (di)karbonil-hasítás és a redox-reakciók jelentős hatással voltak a reakciótermékek kémiai összetettségére és sokféleségére. Végül a közvetlen infúziós FT-ICR-MS volt az első módszer, amely részletesebb betekintést adott a diketozaminok (difruktozaminok) kialakulásába és későbbi lebomlásába, valamint azok nem enzimatikus barnulási reakciókban betöltött szerepébe . Marshall et al., az élelmiszer-sterilizálás során a közelmúltban megfigyelt kémiai változások közvetlen infúzióval FT-ICR-ms. az egyéb reakciók és kémiai minták között az FT-ICR-MS-t használták a pet-élelmiszer-mintákban a kezdeti és közbenső fázis több MRP-jének kialakulásának tanulmányozására .