Αντίδραση Μαϊγιάρ

Η αντίδραση Μαϊγιάρ (Maillard) είναι χημική αντίδραση μεταξύ αμινοξέων και αναγωγικών σακχάρων που ροδίζει και νοστιμίζει το φαγητό.^[1][2] Μπριζόλες, τηγανίτες, μπισκότα και αρτοσκευάσματα, ψωμιά, ψημένα ζαχαρωτά και πολλά άλλα τρόφιμα, υποβάλλονται σε αυτή την αντίδραση. Πήρε το όνομά της από τον Γάλλο χημικό Λουί Καμίλ Μαϊγιάρ που την περιέγραψε για πρώτη φορά το 1912 ενώ εργαζόταν σε θέματα βιολογικής σύνθεσης των πρωτεϊνών.^[3][4]

Η κρούστα σε πολλά ψωμιά, όπως σε αυτό το τσουρέκι, χρυσοκαφετιά από την αντίδραση Μαϊγιάρ.

Η αντίδραση είναι μη-ενζυμικό καφέτισμα ή ρόδισμα που κανονικά ολοκληρώνεται ταχύτατα σε θερμοκρασίες 140 έως 165 °C . Η θερμοκρασία ψησίματος πρέπει να επαρκεί για εξασφάλιση της αντίδρασης Μαϊγιάρ.^[5] Με υπέρβαση της θερμοκρασίας γίνεται καραμελοποίηση και στη συνέχεια πυρόλυση.

Η δραστική καρβονυλομάδα της ζάχαρης αντιδρά με την πυρηνόφιλη αμινομάδα του αμινοξέος, και σχηματίζεται ένα σύνθετο μείγμα μορίων στα οποία οφείλονται πολλά αρώματα και γεύσεις. Η διαδικασία επιταχύνεται σε αλκαλικό περιβάλλον (π.χ., αλυσίβα για καφέτισμα των πρέτσελ), αφού οι αμινομάδες χάνουν ένα πρωτόνιο (RNH₃⁺ → RNH₂) και, ως εκ τούτου, έχουν αυξημένη πυρηνοφιλικότητα. Ο τύπος των αμινοξέων καθορίζει το γευστικό αποτέλεσμα. Αυτή η αντίδραση είναι η βάση για πολλές από τις συνταγές της βιομηχανίας αρωματικών παραγόντων. Με υπέρβαση της θερμοκρασίας ίσως σχηματιστεί καρκινογόνο ακρυλαμίδιο.^[6]

Κατά τη διαδικασία, σχηματίζονται εκατοντάδες διαφορετικές γευστικές ενώσεις. Τα τρόφιμα διαφέρουν διακριτικά μεταξύ τους ως προς τις γευστικές ενώσεις που σχηματίζονται από την αντίδραση Μαϊγιάρ. Η ανάπτυξη τεχνητών γεύσεων βασίζεται σε αυτές τις γνώσεις.

Ιστορία

Το 1912 ο Μαϊγιάρ κοινοποίησε μία μελέτη στην οποία εξηγούσε το τι συμβαίνει όταν τα αμινοξέα αντιδρούν με τα σάκχαρα σε υψηλές θερμοκρασίες. Το 1953, ο χημικός Τζον Ε. Χοτζ, που εργαζόταν στο Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ στο Πιόρια του Ιλινόις, δημοσίευσε την έρευνα  που καθιέρωσε το μηχανισμό για την αντίδραση Μαϊγιάρ.^[7][8]

Τρόφιμα και προϊόντα με αντιδράσεις Μαϊγιάρ

6-Ακετυλο-2,3,4,5-τετραϋδροπυριδίνη

2-ακετυλπυρολίνη

Στην αντίδραση Μαϊγιάρ οφείλονται πολλά χρώματα και γεύσεις τροφίμων:

• Το καφέτισμα διάφορων κρεάτων όπως μπριζόλα ψημένη στην ψησταριά
• Το ρόδισμα και η ουμάμι γεύση των τηγανισμένων κρεμμυδιών
• Το ψήσιμο του καφέ
• Η σκουρόχρωμη κόρα αρτοσκευασμάτων όπως τα πρέτσελ, τα μπέγκελ και τα τοστ
• Το ρόδισμα-χρύσισμα στις πατάτες και άλλα πατατάκια
• Η βύνη κριθαριού, που βρίσκεται σε ουίσκι ή μπύρα
• Στο γάλα σε σκόνη και το συμπυκνωμένο γάλα
• Στα γλυκίσματα τύπου dulce de leche (ντούλθε δε λέτσε = σάλτσα καραμέλα)
• Στις καραμέλες γάλακτος της Σρι Λάνκα
• Στο μαύρο σκόρδο
• Στη σοκολάτα
• Στα ελαφρώς καβουρδισμένα φιστίκια

Η 6-Ακετυλο-2,3,4,5-τετραϋδροπυριδίνη δίνει τη γεύση μπισκότου και κράκερ στα ψημένα παρασκευάσματα, όπως το ψωμί, το ποπ κορν, οι τορτίγιες. Το δοµικό συστατικό 2-ακετυλο-1-πυρρολίνη έχει παρόμοιο άρωμα και σχηματίζεται φυσικά, χωρίς θέρμανση, σε πολλές ποικιλίες μαγειρεμένου ρυζιού και βότανων πάνταν (Pandanus amaryllifolius) δίνοντάς τους τα χαρακτηριστικά τους αρώματα. Και οι δύο ενώσεις έχουν κατώτατα όρια οσμής λιγότερο από 0.06 ng/l.^[9]

Ψητό χοιρινό κρέας, το καφέτισμα οφείλεται σε αντίδραση Μαϊγιάρ

Το τηγάνισμα πατατών σε υπερψηλή θερμοκρασία μπορεί να οδηγήσει σε σχηματισμό πιθανώς καρκινογόνου ακρυλαμιδίου.

Το καφέτισμα στο ψήσιμο του κρέατος οφείλεται ως επί το πλείστον σε αντιδράσεις Μαϊγιάρ^[10] , αλλά και άλλων χημικών αντιδράσεων με συμπεριλαμβανομένη την διάσπαση των δακτυλίων τετραπυρρόλης της μυϊκής πρωτεΐνης μυοσφαιρίνης.

H καραμελοποίηση διαφέρει εντελώς από την αντίδραση Μαϊγιάρ, αν και φαίνονται να έχουν τα ίδια αποτελέσματα. Και οι δύο αντιδράσεις διεγείρονται από θέρμανση και προκαλούν καφέτισμα σε κάποια τρόφιμα. Αλλά η αντίδραση Μαϊγιάρ περιλαμβάνει αμινοξέα ενώ η καραμελοποίηση είναι απλά η πυρόλυση ορισμένων σακχάρων.

Στην παραγωγή ενσιρωμένων ζωοτροφών, η υπέρβαση της θερμοκρασίας διεγείρει αντίδραση Μαϊγιάρ, που υποβιβάζει την ενεργειακή και θρεπτική αξία των ζωοτροφών.

Χημικός μηχανισμός

1. Η καρβονυλομάδα του σάκχαρου αντιδρά με την αμινομάδα του αμινοξέος, παράγοντας μία N-υποκατεστημένη γλυκοσυλαμίνη και νερό
2. Η ασταθής γλυκοσυλαμίνη υποβάλλεται σε αναδιάταξη Αμαντόρι, σχηματίζοντας κετοσαμίνες
3. Οι κετοσαμίνες αντιδρούν περαιτέρω με διάφορους τρόπους:
   • Προς παραγωγή 2 μορίων νερού και ενόλων
   • Προς σχηματισμό διακετύλιου, ασπιρίνης, πυρουβαλδεΰδης και άλλων προϊόντων μικρής αλυσίδας από υδρόλυση
   • Προς παραγωγή καφέ αζωτούχων πολυμερών και μελανοϊδινών

Τα ανοικτής-αλυσίδας προϊόντα Αμαντόρι αφυδατώνονται και απαμινώνονται προς παραγωγή δικαρβονυλίων,^[11] που είναι κρίσιμο ενδιάμεσο.

Τα δικαρβονύλια αντιδρούν με την αμίνη παράγοντας αλδεΰδη Στρέκερ.^[12]

Το ακρυλαμίδιο, πιθανό καρκινογόνο,^[13] μπορεί να προκύψει ως παραπροϊόν της αντίδρασης Μαϊγιάρ μεταξύ των αναγωγικών σακχάρων και αμινοξέων, ειδικά της ασπαραγίνης.^[14][15]

Βιβλιογραφία

1. «ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ MAILLARD». https://www.yiannislucacos.gr/term/1013/antidrasi-maillard. Ανακτήθηκε στις 2018-08-16.
2. «ΑΡΘΡΑ & ΣΥΝΕΝΤΕΥΞΕΙΣ | Forum Magazines». www.forummagazines.gr. Ανακτήθηκε στις 16 Αυγούστου 2018.
3. Maillard, L. C. (1912). «Action des acides amines sur les sucres; formation de melanoidines par voie méthodique (Action of Amino Acids on Sugars. Formation of Melanoidins in a Methodical Way)». Compt. Rend. 154: 66.
4. Chichester, C. O., επιμ. (1986). Advances in Food Research. Advances in Food and Nutrition Research. 30. Boston: Academic Press. σελ. 79. ISBN 0-12-016430-2.
5. Bui, Andrew. «Why So Many Recipes Call for a 350-Degree Oven». Tasting Table. Ανακτήθηκε στις 6 Νοεμβρίου 2017.
6. Tareke, E.; Rydberg, P.; Karlsson, Patrik; Eriksson, Sune; Törnqvist, Margareta (2002). «Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs». J. Agric. Food Chem. 50 (17): 4998–5006. doi:10.1021/jf020302f. PMID 12166997.
7. Hodge, J. E. (1953). «Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems». Journal of Agricultural and Food Chemistry 1 (15): 928–43. doi:10.1021/jf60015a004.
8. Everts, Sarah (October 1, 2012). «The Maillard Reaction Turns 100». Chemical & Engineering News 90 (40): 58–60. http://cen.acs.org/articles/90/i40/Maillard-Reaction-Turns-100.html.
9. Harrison, T. J.; v, G. R. (2005). «An expeditious, high-yielding construction of the food aroma compounds 6-acetyl-1,2,3,4-tetrahydropyridine and 2-acetyl-1-pyrroline». J. Org. Chem. 70 (26): 10872–4. doi:10.1021/jo051940a. PMID 16356012.
10. McGee, Harold (2004). On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen. New York: Scribner. σελίδες 778–9. ISBN 978-0-684-80001-1.
11. Nursten, H. E. The Maillard Reaction: Chemistry, Biochemistry, and Implications. Royal Society of Chemistry. ISBN 978-0-85404-964-6.
12. «In-depth mechanistic study on the formation of acrylamide and other vinylogous compounds by the Maillard reaction». Journal of Agricultural and Food Chemistry 52 (17): 5550–8. 2004. doi:10.1021/jf0495486. PMID 15315399.
13. Acrylamide Αρχειοθετήθηκε 2016-11-20 στο Wayback Machine.. Cancer.org. Retrieved on 2016-07-24.
14. «Dietary Acrylamide and Human Cancer: A Systematic Review of Literature». Nutrition and Cancer 66 (5): 774–90. 2014. doi:10.1080/01635581.2014.916323. PMID 24875401.
15. «Acrylamide is formed in the Maillard reaction». Nature 419 (6906): 448–9. 2002. doi:10.1038/419448a. PMID 12368844. Bibcode: 2002Natur.419..448M.