奇妙的美拉德反应

美味的煎洋葱的气味在空气中弥漫,但一些看起来很奇怪的锅里,安迪·查普曼。查普曼Carbometrics首席科学官展示是一个复杂的化学反应,每天数以百万计的人执行。一方面,白色新月切洋葱像往常一样慢慢地将金色和棕色。但另一方面,洋葱已经融化成一个令人不安的明亮的黄色烟雾。这两个变化依赖于洋葱的天然糖类和蛋白质,查普曼解释说,通过美拉德反应热量帮助变换。

法国医生和化学家最初描述louis - camille Maillard糖与氨基酸反应,和蛋白质可以联系在一起,在1912年。¹他写了至少8相关论文,发现包括二氧化碳释放氨基酸坏了,和一个棕色色素的形成。然而,美拉德反应的工作只透露少许的潜力。

我们现在知道,美拉德反应是面包褐色变成烤面包和帮助给烤咖啡的颜色和味道。在每年的这个时候,它提供了我们的节日烤肉金黄颜色,香脆的味道。也浮出水面,反应是一个非常复杂的网络,变化在不同的上下文中,查普曼高亮显示。如果它带给我们欢乐通过食物和饮料是不够的,科学家们发现,重要的是在一个非常不同的和潜在的有害的方式。

首先,结合氨基酸和糖只是称为褐变,科学家们才开始叫它美拉德反应1947左右。这也是当兴趣改善我们半生不熟的理解升温,作为第二次世界大战使大规模生产的长效和acceptable-tasting食物很重要。1953年,美国农业部的约翰·霍奇提出详细的机制,打破了美拉德反应分为三个步骤。²

查普曼,曾一度免费分子烹饪的先锋赫斯顿•布卢门撒尔的肥鸭三米其林星级餐厅,第一步是最重要的。切洋葱汗水和软化,其细胞分解,释放出一个复杂的混合物,包括糖类和蛋白质。反应真的开始糖和蛋白质之间,形成一种化合物称为席夫碱,”查普曼解释道。

但这是比听起来要难。亚胺希夫碱,或者是特定化学组之间的反应的产物,即胺和羰基,不是所有的分子都能参与。还原糖,果糖、葡萄糖和乳糖,羰基化合物。常见的蔗糖,蔗糖,果糖和葡萄糖组成分子联系在一起。蔗糖反应必须分开,所以查普曼解释说,烹饪与葡萄糖或果糖让美拉德魔法发生得更快。

对于初学者来说

胺同样面临的局限性,由于经典酸碱相互作用。基本胺可以捕获质子酸的来源。因此,胺组中发现的氨基酸食品经常随身携带一个质子,它们必须与糖醛反应之前失去。查普曼因此增加了一个更基本的物质-碳酸氢钠洋葱提高pH值的一半,和deprotonate胺。由此产生的亮黄色mush部分是因为小苏打美拉德反应加速,他解释说。

一旦形成,希夫碱可以重新排列产生的分子如ketosamines霍奇认为是美拉德反应的第二阶段,实际上涉及几个反应。Ketosamines可以反应在第三阶段,在许多方面使分子甚至可以进一步反应后期。他们一起生产数百种不同的直链和环状分子,氧气,氮和硫通常原子。然而,仅仅几十个通常的嫌疑人主要负责食品的香气和味道,包括呋喃等衍生品草莓furanone”。同时,聚合物类黑色素作为色素,给煮熟的食物它棕色的颜色。

厨师可以破解美拉德口味改变烹饪条件。例如,查普曼经常融化洋葱和少许小苏打来创建一个meaty-tasting素食肉汁基地。事实上,他的黄洋葱味道奇怪的像培根或beef-flavoured薯片。类似的事情发生在椒盐卷饼和面包圈。椒盐卷饼出现与碱液据说有人不小心涂百吉饼面团后,含钠/氢氧化钾,而不是蛋汁,查普曼说。”,引发了大量的pH值,并将现在去布朗很快,”他说,而鸡蛋洗给一座类似的但是不那么极端的褐变。“当我们刷糕点的表面与鸡蛋,我们提供更多的糖和蛋白质。”

尽管美拉德反应可以发生在任何温度下,它通常只在温度明显高于120°C。这反过来通常需要主要是干旱,水只能作为热作为它的沸点,100°C。这是原因之一,航空食品有时难以履行其地面的竞争对手。用于做饭的微波通过加热食物中的水分子,因此面临着100°C温度极限。这意味着食物通常必须“pre-Maillarded”之前天空。

温度升高加快水的蒸发和拉德级联,但除了180°C分子开始分解和食品烧伤。查普曼因此建议压力锅,温度可以超过120°C。这加快了美拉德反应,使不同的级联反应和陷阱挥发性风味和香味的化合物。高压也有利于反应的产品占据更少的数量,包括缩合反应形成类黑色素,而不是分解小分子挥发性香气。

这些工具组织者乔治Rizzi必须学习使用,当他于1964年加入宝洁(P&G)。他有一个有机化学博士学位,但没有经验在食品或味道。“我从来没有听说过美拉德反应,“Rizzi说。然而他很快就学会了,使用它在他的第一个项目——发明人造巧克力味道。Rizzi继续工作等美国知名品牌出售Jif花生酱和Folgers咖啡,品客薯片,在140多个国家销售。法律规定食品的标准身份限制商业Maillard-hacking成分选择、调整温度和压力,他补充道。

食物不仅仅包含糖和蛋白质的复杂问题,解释了Imre空白,雀巢的食品化学和口味Singen,理想公司的烹饪研究中心的德国。矿物质触发radical-initiated脂肪氧化和分解形成干涉美拉德反应的中间体,他解释说。这种相互作用可能是理想的指导美拉德反应级联;然而,它也可以导致现象如off-flavours或有限的保质期,空白说。仔细选择的原材料加上适当的技术和工艺参数允许改进产品质量。

在国际研讨会上美拉德反应在蒙特利尔,加拿大,2018年9月,空白的解释了如何引导级联支持的属性同时限制负面影响。他的策略包括使用多酚,发现在许多植物性食品,陷阱活性中间体激进分子和过渡金属。空白也小心注意色彩控制咖啡或肉烤。那里,黑暗,产品往往是痛苦的和更少的营养,”他说。

然而我们不能必然知道条件的变化将导致提前,安雅Rahn说咖啡卓越中心在瑞士苏黎世大学的应用科学。咖啡社区明白美拉德反应是咖啡烤的关键化学和有优秀的美拉德反应科学家,”她说。之间的鸿沟”然而,对美拉德反应理论的理解,这种理解预测的方式应用到咖啡和烤的过程,需要进一步发展。我们无法预测美拉德反应在食品系统表明仍有价值是通过美拉德反应的研究。以知识为基础的食品配方应该是目标。”

布朗宁的阴暗面

大约20年前,这样的成熟知识识别一个尤其倒胃口的美拉德产物:丙烯酰胺潜在的癌症风险的世界卫生组织认为一个“主要问题”。Rizzi开始探索这个问题与他的同事在他退休前1999年——因为当宝洁公司已售出所有的食品企业。经过一系列的论文从2002年的不同群体萎靡不振的危险,^{3 - 5}宝洁公司在2003年发表的研究。⁶

“我是一个团队的一部分组织确定丙烯酰胺形成的机制在土豆煎,“Rizzi解释道。我们的实验证实,自然土豆氨基酸天冬酰胺的主要来源是热生成的丙烯酰胺。随后的努力致力于减少或消除天冬酰胺的品客薯片的原材料。

欧盟规定在丙烯酰胺2018年4月生效。基准acrylamine水平范围从40每公斤µg基于谷物的婴儿食品、薯片和850年的每公斤750µgµg每公斤的咖啡。马铃薯产品占67.1%的成年丙烯酰胺消费在英国,60 - 80%的薯条,薯片和oven-cooked土豆其余的贡献。

英国食品标准局跟踪水平的丙烯酰胺和一些呋喃——也可能致癌物质,因此监控而不是限制。在其最新的结果,时间2017年11月,丙烯酰胺含量低于平均标准,但与几家公司超过他们。品客薯片,也许不足为奇的是宝洁的工作在丙烯酰胺,丙烯酰胺含量最低的是薯片,每公斤25µg。

对于那些超过基准,许多研究已经展示了如何成功地避免丙烯酰胺同时保持香味,味道和颜色。经常涉及到使用天冬酰胺酶的酶来分解天冬酰胺在烹饪前成分。但斯蒂芬·爱尔摩从英国雷丁大学和他的同事们一直在探索马铃薯品种的选择。⁷“丙烯酰胺形成关联与棕色的颜色,很好和淀粉含量成反比,酥脆,”他说。”因此,薯片由马铃薯品种适合脆在丙烯酰胺一般较低,相对于薯片是由土豆,你可能会用于饲料,像拿破仑情史,和谐和马里斯Piper。”

爱尔摩和他的同事们还发现,在一些马铃薯品种,淀粉分解成简单的糖,可以参与美拉德反应比其他品种。我的工作表明,爱马仕,以前流行的脆的品种,在存储表现糟糕,虽然冯塔讷和挞伐品种是没有以前用于薯片,这可能的潜力,”他说。然而,即使他们将难以满足750µg /公斤极限,爱尔摩补充道。可以去探索其他的马铃薯新品种,但非常高的淀粉转化为丙烯酰胺含量非常低的水平,可能会给薯片太脆。

人们关心的是丙烯酰胺应保持土豆的冰箱,爱尔摩建议。这是因为冷冻储存可提高还原糖的水平,因此丙烯酰胺当煮熟。但他也让几个点,可能会缓解人们的思想。首先,丙烯酰胺在人类致癌性还没有被证明。其次,棕色的美拉德反应产生的类黑精聚合物抗氧化剂,可能抵消毒性的化合物产生相同的过程。第三,美拉德反应很自然地发生在我们的身体以非常缓慢的速度。

新经典的想法

这些天然美拉德反应越来越有趣的许多科学家正在考虑他们的健康影响,包括查普曼的公司,Carbometrics,设在布里斯托尔孵化器单位DX。这是路易斯·拉德这一切开始的地方,在生理系统,”他说。我们糖在血液循环,我们覆盖了胺从我们所有的蛋白质。慢慢的过程,但是我们的血糖含量相对较高的帮助。特别重要的糖尿病患者的血糖调节障碍的问题意味着浓度可以保持更高的更久。疾病的病理学是非常密切相关的蛋白质功能的变化是由于葡萄糖与这些蛋白质反应,”查普曼说。

查普曼和他的同事们因此glucose-binding分子平台上工作,原来出来的布里斯托尔大学的英国一家名为Ziylo。丹麦诺和诺德制药公司购买完整权利平台交易价值高达8亿美元(£6.1亿)2018年8月。他们希望这些glucose-binding分子可以使胰岛素样物质,可以检测血糖高,引发生物过程来减少它们。收购后,一些研究活动失去Ziylo形成Carbometrics,目前想要创建下一代的葡萄糖传感器的,查普曼说。

但当谈到美拉德反应在食品,查普曼接受规则的时候,他个人担忧对丙烯酰胺在他的家乡菜。如果你查找所有的化合物,是由美拉德反应,我认为许多可以被认为是有毒的,”他说。他们在在一个很小的数量和我们吃很多年了。”

广泛的物质反映,即使在一个多世纪以来,在许多方面我们几乎没有味道的美拉德反应的复杂性。然而,我们比以往任何时候都更好利用它美味的圣诞节和感恩节大餐。

查普曼说他将单独的土耳其到关节,库克乳房在60˚C“真空”(在真空下水浴)保持湿润,而慢慢oven-roasting腿。他然后把在美拉德反应在最后一分钟,煎肉棕色。现代厨师烹饪时经常这样做肉,查普曼说,最嫩,美味的结果。我的座右铭是:不做5个小时的土耳其烤箱布朗来得到它。当然我做肉汁在高压锅。

安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国。