MAILLARD-REAKTION: PHASEN UND STRECKER-ABBAU - CHEMIE - 2025

Die Maillard-Reaktion ist der Name für eine chemische Reaktion zwischen Aminosäuren und reduzierendem Zucker, die Lebensmittel beim Braten, Backen, Braten und Braten verdunkelt. Braune Verbindungen sind für die Farbe und das Aroma von Produkten wie Brotkruste, Braten, Pommes Frites und gebackenen Keksen verantwortlich.

Die Reaktion wird durch Wärme (Temperaturen zwischen 140 und 165 ° C) begünstigt, obwohl sie bei Raumtemperatur auch langsamer abläuft. Es war der französische Arzt und Chemiker Louis-Camille Maillard, der es 1912 beschrieb.

Die Verdunkelung erfolgt ohne Einwirkung von Enzymen sowie ohne Karamellisierung; Aus diesem Grund werden beide als nichtenzymatische Bräunungsreaktionen bezeichnet.

Sie unterscheiden sich jedoch darin, dass während der Karamellisierung nur Kohlenhydrate erhitzt werden, während für die Maillard-Reaktion auch Proteine ​​oder Aminosäuren vorhanden sein müssen.

Phasen der Reaktion

Obwohl es leicht zu sein scheint, die goldene Farbe von Lebensmitteln durch kulinarische Kochtechniken zu erreichen, ist die Chemie, die an der Maillard-Reaktion beteiligt ist, sehr komplex. 1953 veröffentlichte John Hodge das noch allgemein akzeptierte Reaktionsschema.

In einer ersten Stufe wird ein reduzierender Zucker wie Glucose mit einer Verbindung kondensiert, die eine freie Aminogruppe wie eine Aminosäure enthält, um ein Additionsprodukt zu ergeben, das in ein N-substituiertes Glycosylamin umgewandelt wird.

Nach einer molekularen Anordnung, die als Amadori-Umlagerung bezeichnet wird, wird ein Molekül vom 1-Amino-Desoxy-2-ketose-Typ (auch Amadori-Verbindung genannt) erhalten.

Sobald diese Verbindung gebildet ist, sind zwei Reaktionswege möglich:

- In Carbonylverbindungen, denen Stickstoff fehlt, wie Acetol, Pyruvaldehyd, Diacetyl, kann es zu einer Spaltung oder einem Abbau von Molekülen kommen.

- Es ist möglich, dass eine intensive Dehydration auftritt, die zu Substanzen wie Furfural und Dehydrofurfural führt. Diese Substanzen entstehen durch Erhitzen und Zersetzen von Kohlenhydraten. Einige haben einen leicht bitteren Geschmack und ein Aroma von gebranntem Zucker.

Stecker Degradation

Es gibt einen dritten Reaktionsweg: den Strecker-Abbau. Dies besteht aus einer moderaten Dehydration, die reduzierende Substanzen erzeugt.

Wenn diese Substanzen mit unveränderten Aminosäuren reagieren, wandeln sie sich in typische Aldehyde der beteiligten Aminosäuren um. Durch diese Reaktion entstehen Produkte wie Pyrazin, die Kartoffelchips das charakteristische Aroma verleihen.

Wenn eine Aminosäure in diese Prozesse eingreift, geht das Molekül aus ernährungsphysiologischer Sicht verloren. Dies ist besonders wichtig bei essentiellen Aminosäuren wie Lysin.

Einflussfaktoren auf die Reaktion

Art der Aminosäuren und Kohlenhydrate des Rohstoffs

Im freien Zustand haben fast alle Aminosäuren ein einheitliches Verhalten. Es wurde jedoch gezeigt, dass unter den in der Polypeptidkette enthaltenen Aminosäuren die basischen - insbesondere Lysin - eine große Reaktivität zeigen.

Die Art der an der Reaktion beteiligten Aminosäure bestimmt den resultierenden Geschmack. Zucker müssen reduzierend sein (dh sie müssen eine freie Carbonylgruppe haben und als Elektronendonoren reagieren).

In Kohlenhydraten wurde festgestellt, dass Pentosen reaktiver sind als Hexosen. Das heißt, Glucose ist weniger reaktiv als Fructose und wiederum als Mannose. Diese drei Hexosen gehören zu den am wenigsten reaktiven; Es folgen Pentose, Arabinose, Xylose und Ribose in aufsteigender Reihenfolge der Reaktivität.

Disaccharide wie Lactose oder Maltose sind noch weniger reaktiv als Hexosen. Saccharose greift nicht in die Reaktion ein, weil sie keine freie reduzierende Funktion hat; Dies geschieht nur, wenn es in einem sauren Lebensmittel vorhanden ist und dann zu Glucose und Fructose hydrolysiert wird.

Temperatur

Die Reaktion kann sich während der Lagerung bei Raumtemperatur entwickeln. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass Wärme keine unabdingbare Voraussetzung für ihr Auftreten ist. Hohe Temperaturen beschleunigen es jedoch.

Aus diesem Grund tritt die Reaktion vor allem beim Kochen, Pasteurisieren, Sterilisieren und Dehydrieren auf.

Durch Erhöhen des pH-Wertes steigt die Intensität

Wenn der pH-Wert steigt, steigt auch die Intensität der Reaktion. Der pH-Wert zwischen 6 und 8 wird jedoch als der günstigste angesehen.

Eine Abnahme des pH-Werts ermöglicht es, die Bräunung während der Dehydratisierung abzuschwächen, verändert jedoch die organoleptischen Eigenschaften ungünstig.

Feuchtigkeit

Die Geschwindigkeit der Maillard-Reaktion liegt in Bezug auf die Wasseraktivität maximal zwischen 0,55 und 0,75. Aus diesem Grund sind dehydrierte Lebensmittel am stabilsten, solange sie feuchtigkeitsfrei und bei mäßiger Temperatur gelagert werden.

Vorhandensein von Metallen

Einige Metallkationen wie Cu ⁺² und Fe ⁺³ katalysieren es . Andere wie Mn ⁺² und Sn ⁺² hemmen die Reaktion.

Negative Auswirkungen

Obwohl die Reaktion während des Kochens allgemein als wünschenswert angesehen wird, hat sie aus ernährungsphysiologischer Sicht einen Nachteil. Wenn Lebensmittel mit niedrigem Wassergehalt und Vorhandensein von reduzierenden Zuckern und Proteinen (wie Getreide oder Milchpulver) erhitzt werden, führt die Maillard-Reaktion zum Verlust von Aminosäuren.

Die reaktivsten in absteigender Reihenfolge sind Lysin, Arginin, Tryptophan und Histidin. In diesen Fällen ist es wichtig, das Auftreten der Reaktion zu verzögern. Mit Ausnahme von Arginin sind die anderen drei essentielle Aminosäuren; Das heißt, sie müssen durch Nahrung versorgt werden.

Wenn eine große Anzahl von Aminosäuren in einem Protein infolge der Maillard-Reaktion an Zuckerreste gebunden ist, können die Aminosäuren vom Körper nicht verwendet werden. Die proteolytischen Enzyme des Darms können sie nicht hydrolysieren.

Ein weiterer Nachteil ist, dass bei hohen Temperaturen eine potenziell krebserzeugende Substanz wie Acrylamid gebildet werden kann.

Lebensmittel mit organoleptischen Eigenschaften Produkt der Maillard-Reaktion

Abhängig von der Melanoidinkonzentration kann sich die Farbe in folgenden Lebensmitteln von gelb nach braun oder sogar schwarz ändern:

- Braten.

- Gebratene Zwiebeln.

- Kaffee und gerösteter Kakao.

- Backwaren wie Brot, Kekse und Kuchen.

- Chips.

- Malt Whisky oder Bier.

- Milchpulver oder Kondensmilch.

- Karamell.

- Geröstete Erdnüsse.

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