PRODUKTY REAKCJI MAILLARDA W ŻYWNOŚCI ANNA MICHALSKA, HENRYK ZIELIŃSKI(1).pdf

(213 KB) Pobierz
ŻYWNOŚĆ.
Nauka. Technologia. Jakość, 2007, 2 (51), 5 – 16
ANNA MICHALSKA, HENRYK ZIELIŃSKI
PRODUKTY REAKCJI MAILLARDA W
ŻYWNOŚCI
Streszczenie
Pod wpływem procesów cieplnych, a także długiego przechowywania, w
żywności
zachodzi szereg
następujących po sobie reakcji pomiędzy cukrami redukującymi a aminokwasami, peptydami lub białkami
zawierającymi wolną grupę aminową, które prowadzą do utworzenia licznej grupy nowych związków
chemicznych. Grupa ta obejmuje różne substancje uznawane za kancerogenne lub mutagenne, co do któ-
rych nie stwierdzono związku między ich występowaniem w
żywności
a rozwojem nowotworów, jak
i również bogate spektrum substancji przeciwutleniających o potencjalnym pozytywnym wpływie na
organizm człowieka.
Reakcje te noszą nazwę reakcji Maillarda albo inaczej reakcji nieenzymatycznego brązowienia. Nie-
które z produktów reakcji Maillarda powstających podczas termicznej obróbki
żywności
zostały dopiero
niedawno poznane dzięki rozwojowi nowoczesnych technik rozdziału i identyfikacji. Określenie struktur
chemicznych i właściwości kolejnych związków pozwoliłoby na udoskonalenie procesów technologicz-
nych zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa
żywności,
jaki i jej funkcjonalności.
Słowa kluczowe:
żywność,
procesy termiczne, produkty reakcji Maillarda
Wprowadzenie
Od czasu, kiedy określono powiązania pomiędzy zapachem, smakiem i barwą
a procesami takimi, jak: prażenie ziaren kakao, kawy, wypiek chleba i ciast, obróbka
termiczna surowców zbożowych czy też pieczenie mięsa, podjęto próby wyjaśnienia
tego zjawiska. Oddziaływanie podwyższonej temperatury, jak i długi okres przecho-
wywania artykułów spożywczych wywołuje wiele zmian wpływających na wartość
odżywczą
żywności.
Wartość ta może ona ulec obniżeniu w wyniku zmniejszenia stopnia strawności
danego produktu bądź też wskutek tworzenia się toksycznych lub mutagennych związ-
ków. Z drugiej jednak strony mogą powstawać związki, które charakteryzują się wła-
ściwościami
prozdrowotnymi. Dlatego też bardzo istotne jest określenie wpływu para-
Mgr A. Michalska, dr hab. H. Zieliński, Zakład Podstaw Technologii
Żywności,
Oddział Nauki o
Żywno-
ści,
Instytut Rozrodu Zwierząt i Badań
Żywności
PAN, ul. Tuwima 10, 10-747 Olsztyn
6
Anna Michalska, Henryk Zieliński
metrów stosowanych procesów cieplnych na funkcjonalne cechy składników występu-
jących w finalnych produktach
żywnościowych.
Dla konsumenta ważne jest, aby pro-
dukty charakteryzowały się odpowiednimi walorami sensorycznymi, ale także by do-
starczały podstawowych składników odżywczych: witamin, makro- i mikroelementów
oraz związków bioaktywnych, w tym przeciwutleniaczy. Niezbędne jest zatem pozna-
wanie interakcji poszczególnych składników
żywności
zachodzących w wyniku ob-
róbki cieplnej, które mogą prowadzić do powstawania nowych związków chemicz-
nych.
Dlatego celem niniejszego artykułu jest charakterystyka związków powstających
pod wpływem reakcji zachodzących w czasie cieplnej obróbki
żywności
połączona
z aspektami analityki oraz ich pozytywnych i negatywnych skutków
żywieniowych.
Reakcje Maillarda zachodzące w
żywności
pod wpływem obróbki cieplnej
i długiego okresu jej przechowywania - rys historyczny
Podczas termicznego przetwarzania
żywności,
a także podczas długotrwałego jej
przechowywania zachodzi wiele przemian chemicznych inicjowanych bezpośrednią
reakcją pomiędzy grupą karbonylową lub hemiacetalową cukrów redukujących a grupą
aminową aminokwasów lub peptydów. Proces ten jest bardzo złożony i prowadzi do
powstania związków odpowiedzialnych za smak, zapach oraz atrakcyjność produktów
spożywczych i nosi nazwę reakcji Maillarda. Nazwa reakcji pochodzi od nazwiska
francuskiego chemika, Louisa Maillarda, który jako pierwszy w 1912 r. opisał reakcję
zachodzącą pomiędzy cukrami a aminokwasami (rys. 1).
Rys. 1.
Fig. 1.
Podstawowe równanie reakcji Maillarda.
The fundamental scheme of Maillard reaction.
W 1953 r. Hodge opracował hipotetyczny schemat reakcji. Zaproponował on mo-
del składający się z następujących po sobie 3 etapów: wczesnego, zaawansowanego
PRODUKTY REAKCJI MAILLARDA W
ŻYWNOŚCI
7
i końcowego (rys. 2), prowadzący do powstania końcowych produktów reakcji zwa-
nych melanoidynami [44].
ETAP WCZESNY
związki bezbarwne, nie pochłaniające
światła
z zakresu ultrafioletu (ok. 280 nm)
N-podstawne glukozyloaminy
Produkty przegrupowania Amadori (PPA)
•
•
•
•
furozyna
fruktozolizyna,
laktozolizyna
fruktozoarginina
ETAP ZAAWANSOWANY
związki fluorescencyjne, bezbarwne bądź
żółte
pochłaniające
światło
z zakresu ultrafioletu
związki
α-dikarbonylowe
AGEs
(Advanced Glycation End-products)
•
karboksymetylo lizyna (CML)
•
pentozydyna
•
pirralina
PPA
- RNH
2
•
•
Furfural (F) i Hydroksymetylofurfural (HMF)
4-hydroksy-5-metylo-2,3-dihydrofuran-3-on
ETAP KOŃCOWY
związki barwne
Melanoidyny
pronylo-L- lizyna
Rys. 2.
Fig. 2.
Model reakcji Maillarda.
Scheme of Maillard reaction.
Produkty wczesnej fazy reakcji Maillarda
We wczesnym etapie reakcji cukier redukujący reaguje ze związkiem zawierają-
cym wolną grupę aminową pochodzącą od aminokwasów, peptydów lub białek. Pro-
duktem tej reakcji są skondensowane N-podstawne glikozyloaminy – aldozoamina lub
ketozoamina, które ulegają przegrupowaniu Amadori tworząc produkty przegrupowa-
8
Anna Michalska, Henryk Zieliński
nia Amadori (PPA) (1-amino-1-deoksyketoza) bądź przegrupowaniu Heynsa dając 2-
amino-2-deoksyaldozę (rys. 3 i 4).
Rys. 3.
Fig. 3.
Schemat przegrupowania Amadori.
Scheme of Amadori rearrangement.
Rys. 4.
Fig. 4.
Przegrupowanie Heynsa.
Scheme of Heyns’ rearrangement.
Produkty te po ich przekształceniu do 2-furoylometylo-aminokwasów mogą być
oznaczane w próbkach
żywności
jako wskaźniki wczesnego etapu reakcji Maillarda
[10]. Przykładem może być oznaczanie furozyny (ε-N-2-furoylometylo-L-lizyny) po-
wstającej podczas kwasowej hydrolizy produktów Amadori. Wykorzystując nowocze-
sne techniki rozdziału i identyfikacji, np. jonowymienną, wysokosprawną chromato-
grafię cieczową oraz strefową elektroforezę kapilarną (z ang. CZE - Capilary Zone
Electrophoresis) zidentyfikowano furozynę w wielu produktach zbożowych, takich jak:
płatki zbożowe, ciastka, krakersy [32, 36] i chleb [11, 32, 34, 35, 36]. Ostatnio
w produktach zbożowych za pomocą technik HPLC zidentyfikowano 2-furoylometylo
pochodną kwasu
γ-aminomasłowego
(GABA) [31]. Obecność 2-furoylometylo amino-
kwasów stwierdzono także w soku pomarańczowym [8], produktach przetwarzania
PRODUKTY REAKCJI MAILLARDA W
ŻYWNOŚCI
9
pomidorów [37], nabiale [5] oraz w cebuli i czosnku po 2 tygodniach przechowywania
[30]. Ponadto w koncentratach z czosnku wykryto fruktozoargininę wykazującą zdol-
ność do wymiatania nadtlenku wodoru porównywalną z witaminą C [30]. Innym
związkiem powstającym w
żywności
w wyniku termicznej obróbki mleka bogatego
w laktozę jest laktozolizyna [38].
Produkty przegrupowania Amadori są prekursorami wielu związków odpowie-
dzialnych za kształtowanie cech sensorycznych produktów
żywnościowych.
Jednocze-
śnie
procesy cieplnego przetwarzania
żywności
odpowiadają za obniżenie wartości
żywieniowej
białek, głównie poprzez blokowanie cennego egzogennego aminokwasu,
jakim jest lizyna, co prowadzi bezpośrednio do zmniejszenia ilości dostępnej lizyny.
Przykładem wpływu procesów termicznych na jakość białek występujących w danym
produkcie jest zmniejszenie dostępnej lizyny w produktach zbożowych, takich jak:
makaron, chleb, płatki
śniadaniowe
czy wyroby ciastkarskie [42]. Oznaczanie produk-
tów przegrupowania Amadori w próbkach
żywności
jest skomplikowane. Produkty te
mogą być oznaczane za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC),
chromatografii w odwróconym układzie faz (RP-HPLC) [31] oraz chromatografii ga-
zowej [7] poprzedzonej kwasową hydrolizą białek.
Produkty zaawansowanej fazy reakcji Maillarda (AMRP)
Dalsze przemiany produktów zaawansowanej fazy reakcji Maillarda są zależne od
pH
środowiska.
Przy pH = 7 oraz w
środowisku
kwaśnym w reakcji 1,2-enolizacji
tworzą się głównie furfurale (F) - gdy w próbce występują pentozy, lub hydroksyfurfu-
rale (HMF) - gdy w próbce występują heksozy. Związki te są niepożądane w produk-
tach spożywczych, a kwestia ich toksyczności czy mutagenności pozostaje wciąż kon-
trowersyjna [6, 19, 21]. Wykorzystując wysokosprawną chromatografię cieczową
(HPLC) z detektorem UV określono poziom F i HMF w przetworzonych owocach
[32], miodzie [13] oraz w mleku [28]. Ponadto HMF jest używany jako wskaźnik do
oceny i optymalizacji procesów termicznych stosowanych w przetwórstwie zbóż [34].
Przy pH > 7 przemiany PPA obejmują głównie 2,3-enolizację, podczas której powstają
reduktony tj. 4-hydroksy-5-metylo-2,3-dihydrofuran-3-on i tworzą się różne produkty
rozszczepienia, włączając acetal, diacetyl i aldehyd pirogronowy. Wszystkie te związki
są wysoce reaktywne i uczestniczą w dalszych reakcjach.
Podczas gotowania lub długotrwałego przechowywania artykułów spożywczych
początkowo powstające w nich produkty przegrupowania Amadori mogą, w zależności
od czasu i temperatury procesu, ulegać reakcjom degradacji do wysoce reaktywnych
związków
α-dikarbonylowych
(glioksal, metyloglioksal). W wyniku ich reakcji z ami-
nokwasami tworzą się dalsze produkty pośrednie zwane zaawansowanymi końcowymi
produktami glikacji (AGEs – z ang. Advanced Glycation End-products), które w reak-
cji Steckera ulegają degradacji do aldehydów [38]. AGEs są właściwie wynikiem

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin