食品加工における新しい洞察—Maillard reaction
特に注意が払われているのは、Maillard reactionとしても知られている非酵素的な褐変反応であり、これはテクスチャの変化とともに臭気物質、味覚物質および着色剤の生成を大量に伴う。 特に熱加工食品では、メイラード反応は味と香りに大きく寄与し、様々なタイプの香味活性分子をもたらす。, 例えば、メイラード反応によって生成されるフラン誘導体は、しばしば甘くてキャラメル型の香りに寄与し、アルキルピラジンは、例えば淹れたてのコーヒーに見られるナッツや焙煎された香りに関与する。 一方では、メイラード反応は、香味活性化合物および着色化合物または食品の貯蔵寿命またはヒトの健康に有益な効果を有する化合物（例えば、酸化防止剤）を含む、多くのタイプの所望の分子をもたらす。, しかし一方では、それはまた最低のレベルで保たれるか、または食料品から完全に追放されるべきである幾分有害作用の多くの混合物をもたらす 非酵素的な褐変は、タンパク質の架橋、食品の質感および機能的特性の変化、そして最終的に栄養価の喪失につながる可能性があります。 過熱したでんぷん質食品におけるアクリルアミドとその潜在的な発癌性の発見は、2000年代初頭に最大の注目を集め、多くの研究で特に興味深かった。, アクリルアミドは高温でのＭａｉｌｌａｒｄ反応カスケードにおいてジカルボニルと主にアミノ酸アスパラギンから形成される。 ジカルボニル自体は、炭水化物の分解によって容易に形成される非酵素的な褐変反応の主な中間体である。 したがって、ジカルボニル弱い食品でさえ、反応性中間体は、メイラード反応の過程によって生成され、毒素の形成のための新しい標的を提供する。
化学的観点から、メイラード反応はアミノ化合物とカルボニル化合物との間の反応である。, 食糧では、これは主にアミノ酸、ペプチッド、蛋白質および炭水化物を減らすことを含みます。 最初のステップでは、アミノ化合物はカルボニル部分との縮合反応を受け、1-アミノ-1-デオキシ-ケトース構造（アマドリ再配列生成物）に転位する。 その後のアマドリ化合物（中間相）の分解は、反応プールに供給される新しい化合物を連続的に生成する化学反応の洪水を開始する。, 最終段階では、多くの反応性中間体は、多くの場合、食品中の褐変の程度に寄与する香味活性又はポリマー型、大きな分子量の化合物である複素環及び芳香族化合物を形成することができる。 命名から推測できますが、メイラード反応は実際には単一の化学反応ではありません。 これは巨大なネットワークを重ねにより多くのカオスの組み合わせの複数の化学反応を有する数千の異なる分子となる。, 1950年代、ホッジはメイラード反応の主要な経路をまとめた一般的なスキームを発表した。 この60年間で、特定のメイラード反応生成物（Mrp）とその形成経路の解明に大きな進歩がなされてきましたが、これまで、メイラード反応に関与する分子や反応経路の全セットを完全に解決することはできませんでした。,
メイラード反応を非標的的な方法で研究するには、いくつかの分析的課題を克服する必要があります。(i)メイラード反応から生じる分子の多様性は、初期および中間相で形成される高極性分子から、主に最終段階で形成される非極性化合物までの範囲である。 分子量は、小さな副生成物（例えば、H2S、グリオキサール、ジアセチル）から上位kDa範囲の大分子量化合物までの範囲である。 アミノおよびカルボニル前駆体のほぼ無限の結合可能性は、この多様性をさらに増加させる。, （ｉｉ）多くのＭｒｐはいくつかの異性体形態で生じる。 特に、糖前駆体は、例えば、エノール化を介して連続的に再配列反応を受ける。 （iii）pH、温度、水分content有量などの外部パラメータは、反応の実際の結果に大きな影響を与えます。 （iv）MRPsの濃度は、いくつかの主成分から超微量までの範囲である。 (v)MRは通常、糖およびアミノ酸分解反応と競合しており、Mrpに特異的に対処することは困難である。, 例えば、ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）は、ヘキソースのカラメル化プロセス中およびメイラード反応中に形成される。 しかしながら、アミノ化合物の存在下では、形成速度および収率は著しく増強される。 複雑さのこのレベルは複数の分析的な次元の解像力の非常に高い要求を非酵素的な褐変の反作用の十分に解決され、広範囲の映像を得るために置 最新のFT-ICR-MS機器のみが、単純な二反応系であってもすべてのMrpを解決するために必要な質量スペクトル分解能を提供できます。, したがって、アミノ酸や糖のような少数の初期前駆体のみを含むモデル系は、基本的なMaillard反応研究のための優れた環境を提供する。
複雑な質量分析データセットの分析に既に確立されている異なる視覚化ツールは、これらの目的のために適合させることができる。 特に，ｖａｎｋｒｅｖｅｌｅｎダイアグラム，修正Ｋｅｎｄｒｉｃｋ質量欠陥プロットおよび質量差ネットワークはＭａｉｌｌａｒｄ模型系の特性評価に有用なツールであることを示した。, ヴァン-クレベレン図は、古典的な意味で、使用される反応前駆体に応じて非常に特定の組成フィンガープリントをもたらす酸素と炭素の原子比に対する水素と炭素のクロスプロット図である。 オリジナルのケンドリック質量欠陥はch2-相同シリーズを水平線に投影するが、メイラード反応を研究することはその修正されたバージョンから大きく利益を得る。 例えば、非酵素的brow変反応で起こることが知られている多くの脱水系列は、H2O IUPAC質量をKendrick質量スケールに変換することによって研究することがで, 質量差ネットワークでは、各ノードは検出されたイオン質量または分子式を表す。 ノードは、正味化学変換を表すことができる正確な質量差によって互いに接続されています。 このグラフィカルに分析できるプローブ質量スペクトルを、より反応性の関連コンテキストGolon et al. 直接注入FT-ICR-MSは、単純な二反応物モデル系におけるMrpの化学的複雑さを解決することができることを原理証明研究で示した最初の人でした。, より最近では、リボースおよびグリシンは、中conditionsの条件（バッファなし溶液、100℃、10時間）下で熱処理すると、>300MRPsにつながることが示されている。 しかし、同時に、数十のリボース分解産物のみが観察され、アミノ酸分解産物は観察されなかった。 これは，アミノ酸が存在するときに糖分解（カラメル化）における反応速度が強く増強されることを確認した。 さらに，比較的遅い反応速度は時間分解され包括的な方法でＭＲＰ形成のモニタリングを可能にした。, 反応時間が増加するにつれて，不飽和度と芳香族度が高い化合物がますます多く生成した。 主に脱水，（ｄｉ）カルボニル開裂および酸化還元反応が反応生成物の化学的複雑さおよび多様性に大きな影響を及ぼすことが分かった。 最後に、直接注入FT-ICR-MSは、ジケトサミン（ジフルクトサミン）の形成とその後の分解と非酵素的ブローニング反応におけるそれらの役割について、より詳細な洞察を与えた最初の方法であった。 マーシャル他, 最近，直接注入ＦＴ-ＩＣＲ-ＭＳを用いた食品滅菌中の化学変化をモニタリングした他の反応および化学パターンの中で，ＦＴ-ＩＣＲ-ＭＳを用いてペットフード試料中の初期および中間相の複数のＭｒｐの形成を研究した。