Физико-химические изменения сахаров: меланоидинообразование

Меланоидинообразование (реакция Майара, открыта в 1912 г) является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты или белка) и немного воды. Представляет собой взаимодействие альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, приводящее к образованию темноокрашенных соединений – меланоидинов (от греч. melanos – темный). Реакция эта многостадийнная, причем не все стадии являются достаточно изученными. Основными факторами, влияющими на реакцию меланоидинообразования, являются:

– температура: при повышенных температурах скорость реакции возрастает (повышение температуры на 10ºС дает увеличение скорости в 2-3 раза);

– величина рН среды: наиболее благоприятная область рН для реакции 7,8-9,2;

– ионы металлов: интенсивность реакции возрастает в присутствии ионов меди и железа и др.

Механизм реакции меланоидинообразования можно подразделить на три основные стадии:

– начальная стадия – образование бесцветных соединений, не поглощающих свет, при этом происходит сахароаминная реакция, перегруппировка Амадори и образование 1-амино-1-дезокси-2-кетозы в 1,2-енольной форме.

– промежуточная стадия – образование бесцветных и слабожелтых продуктов, при этом протекают реакции дегидратации сахаров, их разложение, разложение аминокислот (по Штрекеру).

– конечная стадия характеризуется интенсивным нарастанием цветности, при этом протекает альдольная конденсация (реакция конденсации альдегидов), альдегидаминная полимеризация (образование гетероциклических азотистых соединений).

В результате реакции образуются также вкусовые и ароматические вещества, причем в сравнении с реакцией карамелизации преобладают летучие компоненты, сильно влияющие на аромат.

Факторы, влияющие на ход реакции меланоидинообразования:

– влияние рН: потемнение может быть менее значительным в сильнокислой среде, поскольку в этих условиях аминогруппа изотонируется, и образования глюкозамина происходить не будет. При рН 6 имеет место небольшое потемнение, а рН 7,8-9,2 – наиболее благоприятная область;

– влажность: при очень низком и очень высоком содержании влаги потемнения не происходит, максимальное потемнение при промежуточных влагосодержаниях;

– температура: скорость реакции увеличивается при повышении температуры (повышение на 10ºС дает увеличение скорости в 2-3 раза;

– ионы металлов: потемнение интенсивнее происходит в присутствии ионов меди и железа, ионы Nа эффекта не давали;

– структура сахара: степень образования пигментов прямо пропорциональна количеству открытых цепей сахара в растворе;

– характер аминокислоты: чем дальше расположена аминогруппа от карбоксильной, тем активнее данная аминокислота в реакции Майара.

В технологических процессах эта реакция обусловливает золотистый цвет мясного бульона, кремовый оттенок топленого молока, образование аппетитной корочки на жаренных, запеченных блюдах из мяса, птицы, рыбы, изделиях из теста. Отрицательное воздействие этой реакции заключается в потемнении фритюрного жира, фруктовых пюре, снижении биологической ценности белков, поскольку связываются аминокислоты и впоследствии становятся недоступными для ферментов желудочно-кишечного тракта.

В заключении следует отметить важные моменты, которые должен знать и учитывать пищевик-технолог:

1. Образование меланоидиновых пигментов может быть желательно или нежелательно, также как и развитие запаха.

2. Может иметь место потеря незаменимых аминокислот (особенно лимитирующих), то есть потеря питательной ценности продукта.

3. Есть единичные публикации, которые указывают, что некоторые продукты реакции Майара могут быть мутагенными, однако в большинстве работ мутагенность оспаривается.

4. Продукты реакции меланоидинообразования и карамелизации и образование ароматических компонентов имеют большое значение во многих пищевых производствах для получения продуктов с красивым цветом и характерным ароматом (хлебопечение, производство безалкогольных напитков и пива, кондитерское производство).

5. Промежуточные продукты реакции обладают антиокислительной активностью. Это объясняется тем, что промежуточные продукты распада фруктозоамина, соединяясь с пероксидами или свободными радикалами, замедляют окислительный процесс. Следовательно, соответствующее регулирование реакции Майара в ходе производства пищевого продукта положительно сказывается на его качестве в процессе хранения.

6.Помимо того, что реакция Майара сокращает содержание аминокислот, есть доказательства, что образующиеся продукты, затрудняют усвоение белков.

Таким образом, процесс меланоидинообразования, с одной стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных пищевых веществ, а с другой стороны, улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.