Noi perspective în prelucrarea produselor alimentare—reacția Maillard
o atenție Specială a fost acordată non-îmbrunarea enzimatică reacții, de asemenea, cunoscut sub numele de reacție Maillard, care masiv implică generarea de odorizante, praful și coloranți, împreună cu textura modificări. Mai ales în alimentele prelucrate termic, reacția Maillard contribuie semnificativ la gust și aromă, ducând la diferite tipuri de molecule active de aromă ., De exemplu, derivații de furan produși prin reacția Maillard contribuie adesea la o aromă dulce și de tip caramel, în timp ce alchilpirazinele sunt responsabile pentru aromele de nuci și prăjite găsite, de exemplu, în cafeaua proaspăt preparată . Pe de o parte, reacția Maillard conduce la multe tipuri de molecule dorite, inclusiv compuși activi și colorați de aromă sau compuși cu efecte benefice asupra duratei de valabilitate a alimentelor sau asupra sănătății umane (de exemplu, antioxidanți)., Pe de altă parte, cu toate acestea, poate duce, de asemenea, la mulți compuși cu efecte destul de adverse, care ar trebui să fie păstrate la niveluri minime sau complet exilat din produsele alimentare. Rumenirea non-enzimatică poate duce la reticularea proteinelor, modificări ale texturii și proprietăților funcționale ale alimentelor și, în final, la o pierdere a valorii nutriționale . Descoperirea acrilamidei și a potențialului său carcinogen în alimentele cu amidon supraîncălzit a avut cea mai mare atenție la începutul anilor 2000 și a fost de interes deosebit pentru multe studii., Acrilamida este formată din dicarbonili și în principal asparagina de aminoacizi în cascada de reacție Maillard la temperaturi ridicate . Dicarbonilii înșiși sunt intermediari principali ai reacțiilor de rumenire non-enzimatice, care se formează ușor prin degradarea carbohidraților. Prin urmare, chiar și în alimentele slabe de dicarbonil, intermediarii reactivi pot fi produși prin cursul reacției Maillard, care oferă apoi noi ținte pentru formarea toxinelor.din punct de vedere chimic, reacția Maillard este o reacție între compușii amino și carbonil., În produsele alimentare, aceasta implică în principal aminoacizi, peptide, proteine și carbohidrați reducători. Într-o etapă inițială, compusul amino suferă o reacție de condensare cu partea carbonil pentru a rearanja în structurile 1-amino-1-deoxi-cetoză (produse de rearanjare Amadori). Defalcarea ulterioară a compusului Amadori (faza intermediară) inițiază apoi o inundație de reacții chimice care produc continuu compuși noi, care sunt alimentați în bazinul de reacție., În faza finală, mulți intermediari reactivi pot forma apoi compuși heterociclici și aromatici, care sunt adesea compuși activi de aromă sau de tip polimer, cu greutate moleculară mare, care contribuie adesea la gradul de rumenire în alimente . Deși s-ar putea presupune din denumire, reacția Maillard nu este într-adevăr o singură reacție chimică. Este mai degrabă o rețea uriașă suprapusă de combinații adesea haotice ale mai multor reacții chimice care pot duce la mii de molecule diferite., În anii 1950, Hodge a publicat o schemă generală care rezumă principalele căi ale reacției Maillard , care a fost extinsă în ultimele decenii . Deși în ultimii 60 de ani uriașe s-au făcut progrese în elucidarea unor anumite produse de reacție Maillard (MRPs) și formarea lor căi, până în prezent, nu a fost posibil pentru a rezolva complet întregul set de molecule și de reacție căi implicate în reacția Maillard.,
Studiind reacția Maillard într-un non-vizate de drum, trebuie să depășească multe provocări analitice: (i) diversitatea moleculară care rezultă din reacția Maillard variază de la extrem de moleculele polare formate din inițiale și intermediare faza a unpolar compuși format în principal în faza finală. Greutățile moleculare variază de la subproduse mici (de exemplu, H2S, glioxal, diacetil) la compuși cu greutate moleculară mare din gama kDa superioară . Posibilitățile aproape infinite de combinare a precursorilor amino și carbonil sporesc și mai mult această diversitate., (ii) multe MRP apar în mai multe forme izomerice. În special, precursorii de zahăr suferă reacții de rearanjare continuă, de exemplu, prin enolizare . (iii) parametrii externi, cum ar fi pH-ul, temperatura sau conținutul de apă au o influență masivă asupra rezultatului real al reacției. (iv) concentrațiile de MRPs variază de la câteva componente principale până la cantități ultra urme . (v) MR este, de obicei, în concurență cu reacțiile de degradare a zahărului și a aminoacizilor, ceea ce face dificilă abordarea specifică a MRPs ., De exemplu, hidroximetilfurfuralul (HMF) se formează în timpul procesului de caramelizare a hexozelor, precum și în reacția Maillard. Cu toate acestea, în prezența compușilor amino, ratele de formare și randamentele sunt semnificativ îmbunătățite . Acest nivel de complexitate stabilește cerințe foarte mari asupra puterii de rezolvare în mai multe dimensiuni analitice pentru a obține o imagine complet rezolvată și cuprinzătoare a reacțiilor de rumenire non-enzimatice. Numai instrumentele moderne FT-ICR-MS pot furniza puterea de rezoluție spectrală de masă necesară pentru a rezolva toate MRP-urile chiar și în sisteme simple cu doi reactanți., Prin urmare, sistemele model care conțin doar câțiva precursori inițiali, cum ar fi aminoacizii și zaharurile, oferă un mediu excelent pentru studiile fundamentale de reacție Maillard.în acest scop pot fi adaptate diferite instrumente de vizualizare, deja stabilite în analiza seturilor de date complexe de spectrometrie de masă. În special, diagramele van Krevelen, parcelele modificate de defecte de masă Kendrick și rețelele de diferență de masă s-au dovedit a fi instrumente valoroase în caracterizarea sistemelor model Maillard ., Diagrame Van Krevelen, în sensul clasic, cruce-complot hidrogen la carbon versus oxigen la carbon raporturi atomice care conduc la amprente compoziționale foarte specifice în funcție de precursorii de reacție utilizate . În timp ce originalul Kendrick mass defect proiectează seria CH2-omologă pe linii orizontale , studierea reacției Maillard beneficiază foarte mult de versiunile modificate ale acestora. De exemplu, numeroasele serii de deshidratare cunoscute în reacțiile de rumenire non-enzimatice pot fi studiate prin conversia masei H2O IUPAC pe o scară de masă Kendrick ., În rețelele de diferență de masă, fiecare nod reprezintă o masă Ionică detectată sau o formulă moleculară. Nodurile sunt conectate între ele prin diferențe de masă exacte care pot reprezenta transformări chimice nete . Acest tip de analiză grafică permite sondarea spectrelor de masă într-un context mai legat de reactivitate.
Golon și colab. au fost primii care au arătat într-un studiu proof-of-principiu că infuzia directă FT-ICR-MS este capabilă să rezolve complexitatea chimică a MRPs în sisteme simple de model cu două reactanți ., Mai recent, s-a arătat că riboza și glicină poate duce la > 300 MRPs la tratament termic în condiții moderate (unbuffered soluții, 100 °C, 10 sec). În același timp, însă, au putut fi observate doar câteva zeci de produse de degradare a ribozei și niciun produs de degradare a aminoacizilor . Acest lucru confirmă faptul că ratele de reacție în degradarea zahărului (caramelizarea) sunt puternic îmbunătățite atunci când este prezent un aminoacid. Mai mult, ratele de reacție relativ lente au permis monitorizarea formării MRP într-un timp rezolvat și cuprinzător., Odată cu creșterea timpului de reacție, s-au produs tot mai mulți compuși cu un grad mai mare de nesaturare și aromatizare. Sa dovedit că, în principal, deshidratarea, scindarea (di)carbonil și reacțiile redox au avut un impact major asupra complexității și diversității chimice a produselor de reacție. În cele din urmă, direct infuzie FT-ICR-MS a fost prima metodă care a dat mai detaliată perspective în formarea și degradarea ulterioară a diketosamines (difructosamines) și rolul lor în non-îmbrunarea enzimatică reacții . Marshall și colab., recent monitorizate modificările chimice în alimente de sterilizare folosind infuzie directă FT-ICR-MS. Printre alte reacții chimice și modele, FT-ICR-MS a fost folosit pentru a studia formarea de multiple MRPs inițială și fază intermediară în hrană pentru animale de companie probe .