美拉德反应的抑制及消除方法

美拉德反应的抑制及消除方法 M ethods of inh ib iting and el im inating M a illard reaction 李　林　卢家炯 L i L in and L u J iaj iong;广西大学生物技术糖业工程学院 南宁 530004Γ 收稿日期Π2000- 08- 28 摘要Π讨论了美拉德反应对食品的影响Λ 对美拉德反应的抑 制和消除方法进行了介绍Κ并对可能的褐变抑制机理进行了 分析Λ 关键词Π美拉德反应Μ褐变抑制Μ褐变抑制剂 分类号ΠT S20112　文献标识码ΠA 文章编号Π100322673; 2000Γ0420016203 AbstractΠ T he effect of M aillard react ion on foods w as discussed1 Som e app roaches of inh ib it ing and elim inat ing M aillard react ion w ere in troducedΚand po ssib le m echan ism s of inh ib it ing b row n ing react ion w ere analysed1 Key wordsΠ M aillard react ionΚ B row ning inh ib it ionΚ B row ning inh ib ito rs 1　引言 　　美拉德反应;M ailla rd react ionΓ是法国化学家 M ailla rd 在 1912 年提出Κ这是广泛存在于食品工业 的一种非酶褐变;N onenzym ic b row n ing ΓΚ也称为 羰氨反应;Am ino2carbonyl react ionΓΛ 氨基酸和还 原糖及还原糖的分解物反应Κ反应经过复杂的历程Κ 最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称 拟黑素;M elano id in sΓΛ美拉德反应对食品的影响主 要有[ 1 ] [ 2 ]Π①香气和色泽的产生Π美拉德反应能产生 人们所需要;或不需要Γ的香气和色泽Λ 例如亮氨酸 与葡萄糖在高温下反应Κ能够产生令人愉悦的面包 香Λ而在板栗、鱿鱼等食品生产储藏过程中和制糖生 产中Κ就需要抑制美拉德反应以减少褐变的发生Λ② 营养价值的降低Π美拉德反应发生后Κ氨基酸与糖结 合Κ造成了营养成分的损失Λ 蛋白质与糖结合Κ结合 产物不易被酶利用Κ营养成分不被消化Λ③抗氧化性 的产生Π美拉德反应中产生的褐变色素对油脂类自 动氧化 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出抗氧化性Κ这主要是由于褐变反应中 生成醛、酮等还原性中间产物Λ ④有毒物质的产生Π 生理学研究发现Π美拉德反应后期有有毒物质的形 成Λ食品中一般都含有氨基酸和还原糖Κ美拉德反应 在弱酸性到碱性范围;一般食品都属于这个范围Γ的 温和条件下都能发生Κ因此食品加工和贮藏过程中 或多或少都会受到美拉德反应的影响Λ近些年来Κ美 拉德反应在食品化学、食品工艺学、营养学、生理学、 香精香料加工等方面都进行了深入的研究Κ但对美 拉德反应的抑制研究尚属少见Κ本文拟对美拉德反 应的抑制进行探讨Λ 2　美拉德反应的抑制消除方法 　　美拉德反应是一个十分复杂的反应过程Κ中间 产物众多Κ终产物结构十分复杂Λ完全抑制美拉德反 应相当困难Λ又由于美拉德反应影响因素众多Κ有效 抑制美拉德反应必须是多种因素协同作用的结果Λ 一般认为可采用以下方法抑制美拉德反应[ 2 ] [ 3 ]Π 2. 1　使用不易褐变的原料 　　还原糖和氨基酸是参加美拉德反应的主要成 分Λ还原糖提供了与氨基相作用的羰基Κ就美拉德反 应褐变速度而言Π五碳糖> 六碳糖> 双糖Λ就氨基化 合物而言Κ胺类较氨基酸易于发生褐变Κ氨基酸中以 碱性氨基酸易于发生褐变Κ氨基酸的氨基在 Ε位或 在末端的易于发生褐变Λ因此Κ使用不易褐变的原料 或去除诱发褐变的少量甚至微量反应物; 特别是 糖ΓΚ就能够减少美拉德反应的发生Λ例如Π在蛋粉生 产中Κ加入酵母利用发酵法去除微量糖来减少美拉 德反应的发生Λ 2. 2　调节影响美拉德反应褐变速度的因素 　　美拉德反应是一个十分复杂的反应Κ影响因素 很多Κ主要有Π温度、pH 值、水分活度、氧气、金属离 子等Λ 2. 2. 1　降低温度 61 广　西　轻　工　业　G1X1L igh t Ind1　　　　　　　　　　2000 年第 4 期 　　美拉德反应的褐变速度受温度影响较大Κ温度 越高Κ褐变速度越快Λ温度每提高 10℃Κ反应速度大 约增加 3～ 5 倍Λ例如Π100℃下 2 小时反应得到的甘 氨酸和葡萄糖的色度Κ在 56℃条件下需要 250 小 时Λ一般 30℃以上褐变较快Κ而在 20℃以下较慢Λ所 以容易褐变的食品Κ应在低温下贮藏Λ 2. 2. 2　降低 pH 值 　　pH 值是影响美拉德反应的褐变速度的重要因 素Λ 羰氨缩合是一个可逆的过程Κ在稀酸条件下Κ羰 氨缩合产物很容易水解Λ 羰氨缩合过程中封闭了游 离的氨基Κ反应体系 pH 值就下降Κ所以碱性条件有 利于羰氨反应Λ pH 值在 3 以上时Κ褐变速度随 pH 值的增加而加快Λ 因此降低 pH 值可以抑制美拉德 反应Λ 2. 2. 3　调节水分活度 　　水分活度与褐变速度有较大关系Λ水分在 10～ 15% 时最容易发生褐变Κ一般情况下Κ褐变反应速度 与基质浓度成正比Λ在完全无水的情况下Κ就几乎不 发生褐变反应Λ 这是因为氨基化合物和羰基化合物 的分子完全无法运动的缘故Λ 而在水分含量很高的 情况下Κ反应基质浓度很低Κ美拉德反应也难于发 生Λ 2. 2. 4　氧气 　　近些年来Κ研究已经证实Π室温下氧气的存在对 美拉德反应的褐变速度起促进作用Λ 因此容易褐变 的物料Κ应尽量减少与氧的接触Λ 2. 2. 5　金属离子 　　一般认为Π铁和亚铁离子能促进美拉德反应的 发生Κ而钙、镁离子能减缓美拉德反应的发生Λ 2. 3　使用褐变抑制剂[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 　　食品生产过程中工艺流程长Κ不可避免的接触 高温、酸性、碱性环境Κ温度、pH 值、水分活度的调 节空间有限Λ因此Κ最有效的抑制美拉德反应的方法 是使用褐变抑制剂Λ根据有机化学和近代波谱理论Π 有机物的颜色是由含共轭双键系统的生色团、发色 团引起的Λ使用还原剂可与共轭双键形成加成物Κ使 用氧化剂可有效破坏共轭双键体系Λ因此Κ可用下列 抑制剂抑制美拉德反应Κ降低色值Λ 2. 3. 1　使用还原剂 　　亚硫酸盐是广泛使用且有效的美拉德反应褐变 抑制剂Λ通常使用的亚硫酸盐包括了一组化合物Κ主 要有Π亚硫酸钠;N a2SO 3Γ、亚硫酸氢钠;N aH SO 3Γ、 焦亚硫酸钠;N a2S2O 5Γ、保险粉;N a2S2O 4ΓΛ亚硫酸盐 抑制美拉德反应褐变的机理是Π 　　①加成反应Π反应物的羰基可以和亚硫酸根结 合形成加成化合物Κ其加成物能与氨基化合物缩合Κ 但缩合产物不能再进一步生成 Sch iff 碱和N 2葡萄 糖基胺Κ阻止了美拉德反应的进一步发生Κ因而有明 显的抑制效果Λ 反应方程式为;图 1ΓΠ 图 1　加成反应方式一 　　此外Κ亚硫酸根还能与中间产物的羰基结合形 成加成化合物Κ这些加成化合物的褐变活性远低于 氨基化合物和还原糖所形成的中间产物Κ实际等于 使得后面生成类黑精的反应难以发生Λ 反应方程式 为;图 2ΓΠ 　　加成的结果Π使有机物失去双键或减少双键Κ因 而使颜色失去或变浅Λ 因此亚硫酸盐抑制美拉德反 图 2　加成反应方式二应褐变主要是因为亚硫酸盐捕获了强褐变活性的中 712000 年第 4 期　　　　　　　　广　西　轻　工　业　G1X1L igh t Ind1 间体Κ而生成了褐变活性很低的中间产物Κ从而抑制 了美拉德反应Λ 　　②还原反应Π由于亚硫酸盐是还原剂Κ能产生还 原作用Κ阻止或减缓某些中间反应Κ从而避免或减少 色素的生成Λ 　　③此外亚硫酸盐还能消耗氧和降低 pH 值Κ这 些都间接的阻止了美拉德反应的发生Λ 　　但单一使用还原剂脱色效果不稳定Κ一些实际 应用表明Π在有氧或氧化剂存在的条件下Κ已被还原 的双键易恢复Κ氧化作用还减少了体系中的还原剂 含量Κ从而出现了回色现象Λ 因此Κ在使用还原剂脱 色时Κ必须减少与氧的接触Κ或使用抗氧稳定剂Λ 使 用还原剂与稳定剂共用Κ脱色效果较为稳定Λ 2. 3. 2　使用氧化剂 　　美拉德反应中产生了含有共轭双键结构的有色 物Λ 强氧化剂可以有效破坏羰基化合物及中间产物 中的双键结构Κ使共轭双键氧化发生断裂Κ将含有共 轭双键的有色物分子破坏成为分子量低、双键含量 少的物质Λ 使得美拉德反应强褐变活性的中间产物 难以生成Λ改变了生色基的结构Κ减少了生色基和发 色基的数量Κ达到抑制褐变的目的Λ一些效果较好的 强氧化剂有Π次氯酸钠;N aC lO Γ、过氧化氢;H 2O 2Γ、 臭氧;O 3ΓΛ 在生产实际中Κ氧化剂使用不当会造成 原料的破坏Λ 例如Π在制糖工业中Κ使用过量臭氧;O 3Γ会造成蔗糖的分解Λ 2. 3. 3　使用酶制剂 　　一些酶对美拉德反应有抑制作用Κ不过Κ这些酶 的性质、抑制效果、作用机理仍在研究之中Λ 2. 4　其它消除方法 　　通过使用抑制剂Κ可阻止美拉德反应的发生Λ当 美拉德反应发生时Κ可用其它方法进行后处理以消 除美拉德反应的影响Λ 吸附剂由于具有巨大的比表 面积Κ表面自由能较高Κ能吸附色素和杂质Κ从而达 到消除美拉德反应影响的目的Λ 通常使用活性炭和 骨炭Λ活性炭具有芳香环式结构Κ能有效吸附脱除芳 香族有色物Κ但不善于吸附无机离子Λ 通常在低 pH 值下吸附脱除率较高Κ在高 pH 值下较低Λ 3　结语 　　美拉德反应的抑制是一个复杂的系统过程Κ必 须协调原料、pH 值、温度、时间、抑制剂等多方面因 素Κ才能取得较好的抑制效果Λ在生产和贮藏过程中 对褐变的发生进行系统的控制Κ从各个环节尽可能 减少色素的生成Κ才能够有效抑制美拉德反应Κ减少 美拉德反应对食品的影响Λ 参考文献Π [1 ] 黄梅丽Κ江小梅 1 食品色香味化学 1 轻工业出版社Κ北 京Π1984Κ64～ 741 [ 2 ] 宁正祥Κ赵谋明 1 食品生物化学 1 华南理工大学出版 社Κ广州Π1995Κ293～ 2971 [ 3 ] M endel F riedm anΜFood brow n ing and its p reven tionΠ an overview 1 J 1A gric Food Chem 1Κ 1996Κ 44Κ 631～ 6481 [4 ] SapersΚ G1 M ΜB row ning of foodsΠcon tro l by su lfitesΚ an tiox idan tsΚ and o ther m eans1 Food T echno l1Κ 1993Κ 10Κ75～ 841 [ 5 ] 五十岚侑著Κ刘继生Κ奚印慈译 1 食品化学 1 科学出版 社Κ北京Π1994Κ144～ 1551 [ 6 ] D yerΚD 1 G1ΜB lack ledgeΚ J 1 A 1ΜT ho rpeΚ S1 R 1Μ BaynesΚ J1 W 1Π Fo rm ation of pen to sidine du ring nonenzym atic b row n ing of p ro tein s by gluco se1 J 1 B io l1 Chem 1Κ1991Κ266Κ11654～ 116601 ·信息· 第 24 届 ISSCT 年会将于 2001 年在澳大利亚举办 　　据 ISJ 最近报导Κ第 24 届国际甘蔗糖业技术工作者学会; ISSCT Γ年会将于 2001 年 9 月 16～ 21 日在澳 大利亚的布里斯班市的会展中心举办Λ该次会议的方案将增加科学 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 Κ计有全体会议、酒会、论文及招贴论 文宣读Κ以及专题讨论会等活动与大会本身融为一体Λ 　　关于登记参加本次会议的进一步信息、会前会后旅行等的安排可在 ISSCT 的网页上看到Π www 1sugarnet1com öissct 81 广　西　轻　工　业　G1X1L igh t Ind1　　　　　　　　　　2000 年第 4 期