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美拉德反應(yīng)
一種非酶褐變現(xiàn)象
基本信息
| 中文名 | 美拉德反應(yīng) |
| 外文名 | Maillard reaction |
| 別名 | 非酶棕色化反應(yīng) 羰胺反應(yīng) |
| 提出者 | 法國化學(xué)家L.C.Maillard |
| 提出時(shí)間 | 1912年 |
| 適用領(lǐng)域 | 食品工業(yè)、中藥炮制、煙草研制等 |
| 影響因素 | 底物、溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH等 |
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內(nèi)容簡介
將它應(yīng)用于食品香精生產(chǎn)應(yīng)用之中，國外研究比較多，國內(nèi)研究應(yīng)用很少，該技術(shù)在肉類香精及煙草香精中有非常好的應(yīng)用。所形成的香精具天然肉類香精的逼真效果，具有調(diào)配技術(shù)無法比擬的作用。美拉德反應(yīng)技術(shù)在香精領(lǐng)域中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)的香精調(diào)配和生產(chǎn)工藝的范疇，是一全新的香精香料生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，值得大力研究和推廣，尤其在調(diào)味品行業(yè)。
1912年法國化學(xué)家Maillard發(fā)現(xiàn)甘氨酸與葡萄糖混合加熱時(shí)形成褐色的物質(zhì)。后來人們發(fā)現(xiàn)這類反應(yīng)不僅影響食品的顏色，而且對其香味也有重要作用，并將此反應(yīng)稱為非酶褐變反應(yīng)（nonenzymatic browning）。
研究歷史
早在1908年，A.R.Ling曾發(fā)現(xiàn)甘氨酸和葡萄糖混合液共熱時(shí)會形成褐色的類黑精，并可以聞到香氣。1912年，法國科學(xué)家美拉德（1878~1936，L.C.Maillard）對該現(xiàn)象進(jìn)行了報(bào)道。
1953年，霍奇（J.E.Hodge）等人經(jīng)總結(jié)歸納，把氨基化合物（如蛋白質(zhì)、肽、胺、氨和氨基酸）和羰基化合物（如還原糖、脂質(zhì)、醛、酮、多酚、抗壞血酸以及類固醇等）之間的一類復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)正式命名為Maillard反應(yīng)（Maillard Reaction）或羰-氨反應(yīng)（Amino－carbonyl Reaction）。因其最終產(chǎn)物主要是棕色的類黑素，且無需酶的參與所以亦被稱為類黑素反應(yīng)（Melanoidin Reaction）或非酶褐變反應(yīng)（Non-enzymatic Browning Reaction）。同年，Hodge提出了Maillard反應(yīng)模擬體系及其反應(yīng)歷程框架，成為Maillard反應(yīng)發(fā)展史中的一個重要里程碑。1995年，Tressl等人進(jìn)一步發(fā)展和修訂了Hodge的理論。隨后，Hodge等人對Maillard反應(yīng)原理作了論述，提出了較完整Maillard反應(yīng)原理。
自20世紀(jì)50年代后Maillard反應(yīng)一直備受關(guān)注，60年代的研究集中在對其揮發(fā)性化合物的分離與鑒定。70年代和80年代初，Maillard反應(yīng)的研究重點(diǎn)聚焦于模擬反應(yīng)系統(tǒng)、反應(yīng)條件以及生成的風(fēng)味化合物的分析研究。近年來，Maillard反應(yīng)在中藥現(xiàn)代化和疾病生理等研究中成為新的研究熱點(diǎn)。Maillard反應(yīng)自發(fā)現(xiàn)以來，在食品學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、香料化學(xué)、毒理學(xué)以及中藥學(xué)研究中成為經(jīng)久不衰的研究課題。目前，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生理活性和保健功能也引起了世界各國的高度重視，越來越多的研究結(jié)果顯示出美拉德反應(yīng)與人類自身的生命活動密切相關(guān)。有關(guān)美拉德反應(yīng)的研究非?；钴S，自1979年第1次美拉德反應(yīng)國際大會以來，由國際美拉德協(xié)會（International Maillard Reaction Society）組織的系列會議已經(jīng)開過10次，會議吸引了眾多的化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)界的研究者參加。
反應(yīng)機(jī)理
1953年Hodge對美拉德反應(yīng)的機(jī)理提出了系統(tǒng)的解釋，大致可以分為3階段。
中間階段
在中間階段，Amadori化合物通過三條路線進(jìn)行反應(yīng)。
2、堿性條件下：經(jīng)2,3—烯醇化反應(yīng)，產(chǎn)生還原酮類和脫氫還原酮類。有利于Amadori重排產(chǎn)物形成1-deoxysome。它是許多食品香味的前驅(qū)體。
3、Strecker降解反應(yīng)：繼續(xù)進(jìn)行裂解反應(yīng)，形成含羰基和雙羰基化合物，以進(jìn)行最后階段反應(yīng)或與氨基進(jìn)行Strecker分解反應(yīng)，產(chǎn)生Strecker醛類。
最終階段
此階段反應(yīng)復(fù)雜，機(jī)制尚不清楚，中間階段的產(chǎn)物與氨基化合物進(jìn)行醛基—氨基反應(yīng)，最終生成類黑精。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物除類黑精外，還有一系列中間體還原酮及揮發(fā)性雜環(huán)化合物，所以并非美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物都是呈香成分。反應(yīng)經(jīng)過復(fù)雜的歷程，最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑素。目前研究發(fā)現(xiàn)其與機(jī)體的生理和病理過程密切相關(guān)。越來越多的研究結(jié)果顯示出美拉德反應(yīng)作為與人類自身密切相關(guān)的研究具有重要的意義，目前研究焦點(diǎn)在蛋白質(zhì)交聯(lián)、類黑素、動力學(xué)以及丙烯酰胺，而這些方面在中藥炮制、制劑、藥理作用中處處可見。因此，隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，相信美拉德反應(yīng)的研究將可能成為中藥研究的新視角。
影響因素
Maillard反應(yīng)機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，不僅與參加反應(yīng)的糖類的羰基化合物及氨基酸等氨基化合物種類有關(guān)，而且還與溫度及反應(yīng)時(shí)間、水分活度和pH、金屬離子和化學(xué)試劑、輻照等外界因子有關(guān)。了解這些因素對Maillard反應(yīng)的影響，有助于我們控制食品褐變，對食品工業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
氨基酸和糖的種類
糖是Maillard反應(yīng)中必不可少的一類物質(zhì)。有資料表明，單糖和ARP（Amadori Rearrangement Product）的喃喃或吡喃糖比其它形式的糖更能脫水。環(huán)狀A(yù)RP脫水后隨著溫度的升高形成共軛產(chǎn)物，再經(jīng)過專一的再環(huán)化，可形成5、6、7環(huán)雜環(huán)化合物，而許多雜環(huán)類化合物本身就是風(fēng)味物質(zhì)。有研究者認(rèn)為隨著環(huán)狀結(jié)構(gòu)的增大，Maillard反應(yīng)速度急劇降低。所以，在食品加工中可以人為的添加適量的糖，使形成誘人的風(fēng)味、色澤。
在美拉德反應(yīng)中，參與反應(yīng)的糖可以是雙糖、五碳糖和六碳糖?？捎玫碾p糖有乳糖和蔗糖；五碳糖有木糖、核糖和阿拉伯糖；六碳糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等。反應(yīng)的速度為五碳糖>己醛糖>己酮糖>雙糖，開環(huán)的核糖比環(huán)狀的核糖反應(yīng)要快，因?yàn)殚_環(huán)核糖更利于Amadori產(chǎn)物形成。有研究表明，Gly、Ala、Tyr、Asp等氨基酸于180℃和等量葡萄糖反應(yīng)可產(chǎn)生焦糖香氣；而Val能產(chǎn)生巧克力香氣；His、Lys、Pro可產(chǎn)生烤面包香味；Phe則能產(chǎn)生一種特殊的紫羅蘭香氣；L－精氨酸，能產(chǎn)生烤蔗糖香氣、香味；L－蛋氨酸，能產(chǎn)生土豆香氣、香味；L－谷氨酸，能產(chǎn)生奶油糖果香氣、香味；L－亮氨酸，能產(chǎn)生烤干酪香氣、香味；L－異亮氨酸，能產(chǎn)生烤干酪香味。因此在加工過程中，我們可以利用氨基酸的這種性質(zhì)，將其和葡萄糖直接加入食品并熱處理，使食品產(chǎn)生宜人的風(fēng)味和色澤，以提高營養(yǎng)和改善食品的風(fēng)味。
溫度和反應(yīng)時(shí)間
溫度是美拉德反應(yīng)當(dāng)中最重要的影響因素之一，一般情況下，Maillard反應(yīng)速度隨加工溫度的上升而加快，香味物質(zhì)也主要在較高溫度下反應(yīng)形成的。一些低分子量的雜環(huán)化合物在高溫下有利于形成。其中吡喃環(huán)對熱敏感，開環(huán)后使產(chǎn)物結(jié)合增加，然后再環(huán)化，從而形成新的碳環(huán)或雜環(huán)化合物，大多數(shù)是含有6、7、8個原子的芳香族化合物如苯、呋喃、噻唑、咪咯、吡咯、吡啶等。烯醇胺或α-氨基酸在高溫下也可縮合成吡嗪類化合物。
若溫度過高，時(shí)間過長，不僅使食品中營養(yǎng)成分氨基酸和糖類遭到破壞，而且可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，隨加工溫度的升高，其含量也越高。如花生、油脂等物料的焦化，以及在制作咸味香精膏體，如雞肉，牛肉，豆醬等膏體時(shí)都可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，對食品安全造成影響；若溫度過低，反應(yīng)比較緩慢，同時(shí)也會影響呈香風(fēng)味物質(zhì)的形成，達(dá)不到成品的風(fēng)味效果；所以，在香物香料的生產(chǎn)中如何控制反應(yīng)溫度和時(shí)間使反應(yīng)中生成更多的特征香味成分及在食品加工處理中預(yù)測并提供有效的控制點(diǎn)為避免生成致癌物質(zhì)將是近階段研究的一大熱點(diǎn)。
水分活度和pH
美拉德反應(yīng)的強(qiáng)度很大程度上取決于介質(zhì)的水合作用，為達(dá)到最大的反應(yīng)活性，一般要求食品水分含量在10%以上，通常為15%為好。在一定范圍內(nèi)（10～25%），Maillard反應(yīng)速度隨水分的增加有上升趨勢，完全干燥的食品難以發(fā)生Maillard反應(yīng)；一般Maillard反應(yīng)隨著pH（3～10）上升呈上升趨勢，在偏酸性環(huán)境中，美拉德反應(yīng)會被抑制，反應(yīng)速率降低，吡嗪類物質(zhì)難于形成。在強(qiáng)酸環(huán)境下，氨基處于質(zhì)子化狀態(tài)，使N-糖基化合物（葡基胺）難以形成，從而使反應(yīng)難以進(jìn)行下去，因?yàn)樵趶?qiáng)酸條件下，N-葡萄糖胺容易被水解，而葡萄糖胺是Maillard特征風(fēng)味形成的前體物質(zhì)，這就導(dǎo)致呈香達(dá)不到預(yù)期效果；在偏堿性環(huán)境下，美拉德反應(yīng)加速，反應(yīng)物質(zhì)生成得很快，速度很難控制，因氨基酸是一類兩性離子，它在堿性介質(zhì)中呈陰離子，此時(shí)氨基反應(yīng)活性較強(qiáng)，易發(fā)生褐變反應(yīng)。若用Maillard反應(yīng)制備肉類香精，水分活度在0.65～0.75最適宜，水分活度小于0.30或大于0.75反應(yīng)很慢。
輻照的影響
輻照也可以引起Maillard的進(jìn)行，但是在輻照條件下的反應(yīng)與加熱情況下有所不同。當(dāng)非還原雙糖、蔗糖在加熱的條件下不產(chǎn)生褐色色素，但是在輻照的條件下有褐色物質(zhì)形成，它表明在輻照的情況下，蔗糖也出現(xiàn)了還原性。
在輻照時(shí)，糖類參與反應(yīng)的速度為蔗糖>果糖、阿拉伯糖、木糖>葡萄糖，但是在熱反應(yīng)中，糖類參與反應(yīng)的速度是戊醛糖>庚醛糖刪掉>己酮糖>雙糖。這可能是因?yàn)檩椪蔗尫懦鰜淼哪芰渴固?/span>苷鍵斷裂，從而釋放出羰基，進(jìn)一步與氨基化合物發(fā)生反應(yīng)。
影響因素控制
美拉德反應(yīng)的褐變初期是食品加工過程產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)中間體所必須的，但它對食品的保藏，品質(zhì)不利，這也是從事食品行業(yè)科研人員所必須研究去遏制的。為防止褐變可采用以下方法：（1）隔氧法，以阻止由于與氧接觸所發(fā)生的氧化反應(yīng)；（2）降低溫度，Maillard反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，隨著溫度的增加，反應(yīng)速率也隨之加快。一般溫度每升高10℃，反應(yīng)速度提高3～5倍。有研究表明，在100℃得到的甘氨酸和葡萄糖色度，在56℃下要求反應(yīng)250小時(shí)才能達(dá)到這個色度。因此，食品冷藏或低溫貯藏有利于抑制食品的褐變。（3）降低pH值和調(diào)節(jié)水分活度，在酸性條件下（pH<3.0）美拉德反應(yīng)中的羰氨縮合是一個可逆過程，因?yàn)轸拾笨s合過程中封閉了游離氨基酸，反應(yīng)體系pH下降，因此堿性條件有利于反應(yīng)的進(jìn)行。（4）添加酶或化學(xué)物質(zhì)，在干蛋白粉儲藏過程中由于賴氨酸與葡萄糖發(fā)生褐變導(dǎo)致成品失色，若預(yù)先添加葡萄糖氧化酶于蛋白粉中，使葡萄糖氧化成酸則可防止褐變。
反應(yīng)產(chǎn)物的功能特性
抗氧化作用
科學(xué)研究表明，癌癥、衰老或其它疾病大都與過量自由基的產(chǎn)生有關(guān)聯(lián)。研究清除自由基、抗氧化可以有效克服其所帶來的危害，所以抗氧化被保健品、化妝品企業(yè)列為主要的研發(fā)方向之一，也是市場最重要的功能性訴求之一。眾多的研究資料表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗氧化活性。但是其抗氧化能力受多重因素的影響，如美拉德反應(yīng)的底物、反應(yīng)的溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH等。
抑菌作用
美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抑菌作用已經(jīng)被研究的較多。有學(xué)者研究了沙蠶美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的水溶液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、蠟質(zhì)芽抱桿菌、水稻紋枯菌、黃瓜枯萎病菌、白菜絲核菌和黑曲霉菌的體外抑制效果。結(jié)果顯示沙蠶與葡萄糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物沒有明顯抑菌效果，但是沙蠶與蔗糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對大腸桿菌和蠟質(zhì)芽抱桿菌有很強(qiáng)的抑制效果，對其它的幾種菌也表現(xiàn)出一定的抑菌效果；另有研究發(fā)現(xiàn)，聚酞胺纖維素和木糖發(fā)生反應(yīng)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物不管是對革蘭氏陽性細(xì)菌還是革蘭氏陰性細(xì)菌如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌都表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑制效果；還有報(bào)道稱，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以抑制嗜熱微生物一敏捷氣熱菌的生長。因此，美拉德反應(yīng)有望被應(yīng)用于食品的保藏。
抗過敏作用
過敏，也稱變態(tài)反應(yīng)，指的是身體的免疫應(yīng)答超出了正常范圍，對無害物質(zhì)進(jìn)行攻擊。過敏反應(yīng)會對身體健康造成一定的傷害，尤其是當(dāng)免疫系統(tǒng)對正常的身體組織和器官進(jìn)行攻擊和破壞時(shí)。含有氨基酸或蛋白質(zhì)和糖等組分的食品在適宜的條件下發(fā)生美拉德反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物能減少食品的抗原性，并可能對引起過敏反應(yīng)的關(guān)鍵位點(diǎn)進(jìn)行修飾。研究表明，核糖參與的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有顯著的抗過敏作用。因此，特定的美拉德反應(yīng)可以用于對一些強(qiáng)致敏性食物成分進(jìn)行改性，使它們的致敏性降低或消除。這一特性將使得美拉德反應(yīng)在一些強(qiáng)致敏性食品的加工中具有廣泛的應(yīng)用前景。
抗突變作用
除了抗菌，抗過敏功能以外，一些研究資料還表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗突變作用。有學(xué)者將焙烤可可豆的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物用于沙門氏菌，研究了該美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抗菌，抗突變和清除自由基作用，結(jié)果表明，該美拉德反應(yīng)產(chǎn)物確有抗菌，清除自由基及抗突變作用。
保護(hù)心血管健康
有學(xué)者研究了牛奶蛋白在美拉德反應(yīng)和發(fā)酵的雙重作用下對心血管疾病的預(yù)防作用。以牛奶蛋白如濃縮乳清蛋白，酪蛋白酸鈉和乳糖發(fā)生反應(yīng)制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，再經(jīng)發(fā)酵得到的水解產(chǎn)物具有很強(qiáng)的DPPH自由基清除能力，其抗氧化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)任何處理的牛奶蛋白，而且發(fā)酵可以使美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的作用得到增強(qiáng)。同時(shí)，他們還驚喜地發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗血栓形活性和抑制經(jīng)甲基戊二酸單酞輔酶A還原酶（HMGR）活性。多項(xiàng)指標(biāo)均表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物及其發(fā)酵水解液可以有效地降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。這一結(jié)論將為美拉德反應(yīng)產(chǎn)物用于預(yù)防心血管疾病的保健食品的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。
中藥研究中應(yīng)用
Maillard反應(yīng)可能普遍存在于中藥加熱提取或加工炮制過程中，是引起內(nèi)在成分變化的共性途徑。某些中藥在加工前后氨基酸含量有很大變化，據(jù)推測可能發(fā)生了Maillard反應(yīng)。加工過程產(chǎn)生的Maillard產(chǎn)物的生物活性，肯定對中藥功效的改變有影響，但目前化學(xué)家卻忽視了對該影響的研究，對此也引起其他中醫(yī)藥研究者的重視。中藥是一個復(fù)雜體系，發(fā)揮作用的有效成分除藥材本身已有的成分外，加工炮制、制劑工藝過程中內(nèi)在成分之間會發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，以及所形成的反應(yīng)產(chǎn)物都會直接或間接影響中藥整體功效的發(fā)揮。研究這些反應(yīng)的特點(diǎn)，對于闡明中藥功效和確定活性成分具有重要意義。
Maillard產(chǎn)物的功能主要包括：抗氧化、抗突變、抗癌、抗衰老、抗自由基，從而能提高對細(xì)胞的保護(hù)作用，這些已被證實(shí)。Maillard產(chǎn)物的抗突變性與其抗氧化活性和還原能力有良好的相關(guān)性。紅參抗腫瘤的效果優(yōu)于白參，這與Maillard反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化、抗突變的結(jié)論相應(yīng)。有的研究認(rèn)為，其抗突變機(jī)理是清除致突變自由基和通過與致突變化學(xué)物結(jié)合而減少其致突變毒性。而且，Maillard產(chǎn)物保護(hù)髓系樹突狀細(xì)胞（MDC）抵抗氧嘧啶損傷實(shí)驗(yàn)，證實(shí)Maillard產(chǎn)物的細(xì)胞保護(hù)功能。Maillard反應(yīng)能生成一氧化碳、堿、黃酮類等。組成不同、作用器官不同，藥性也不盡相同。因此，深入研究Maillard反應(yīng)產(chǎn)物必將會完善中藥材的加工與炮制理論。
煙草研制中的應(yīng)用
Science雜志2009年報(bào)道吸食低煙堿香煙不會降低有關(guān)疾病的發(fā)病率，而吸入的焦油量升高，則會增加患病的機(jī)率。因此，低焦煙的生產(chǎn)成為卷煙制造商十分關(guān)心的問題。但一旦降低煙氣中焦油含量，會致使煙味不足和香味減弱。開發(fā)低焦油且能彌補(bǔ)香味的損失和提高煙氣香味質(zhì)量至關(guān)重要。而Maillard反應(yīng)能產(chǎn)生煙草協(xié)調(diào)香味，對提高香煙的特征香氣、掩蓋雜氣、減輕刺激、改善余味有較明顯的作用。因此Maillard反應(yīng)在降低煙草尼古丁含量和增香中的應(yīng)用研究廣受關(guān)注。
煙草在調(diào)制、陳化、加工、保存及燃吸中常常發(fā)生Maillard反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物對煙草的顏色、香味起著主要作用。自20世紀(jì)70年代以來，美國、日本、西德都已出現(xiàn)過以棕色化反應(yīng)產(chǎn)物作為煙草增香劑的專利、文獻(xiàn)。最初，大多是以純氨基酸和還原糖或其他羰基化物（如異戊醛、丁二酮等）作為反應(yīng)原料，以多元醇作為溶劑進(jìn)行反應(yīng)的，后來發(fā)展了以多種氨基酸、天然蛋白質(zhì)代替單一氨基酸來進(jìn)行棕色化反應(yīng)的文獻(xiàn)報(bào)道。有研究表明，用多種氨基酸的混合物與糖反應(yīng)的產(chǎn)物效果好于單一氨基酸的反應(yīng)產(chǎn)物，它對提高白肋煙的質(zhì)量有較明顯的作用。大量的研究顯示，Maillard反應(yīng)產(chǎn)物可以作為一種天然的抗氧化劑。通過不同條件的優(yōu)化所獲得的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物可以在對煙草增香的同時(shí)，有效清除煙氣中出現(xiàn)的自由基，達(dá)到卷煙產(chǎn)品降焦減害的目的。具有抗氧化作用的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物在煙草中將具有良好的應(yīng)用前景。
其他領(lǐng)域的應(yīng)用
Maillard反應(yīng)是伴隨飼料儲藏和加工過程中必然出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。其負(fù)面影響是熱加工過程及成品和原料的長期儲藏過程會致使?fàn)I養(yǎng)成分可利用率下降。關(guān)于正面作用方面，Maillard反應(yīng)產(chǎn)物可以使飼料和食物具有理想的蒸煮風(fēng)味，有利于提高飼料的風(fēng)味和適口性。有關(guān)此方面有意義的研究資料貧乏，因此需要作進(jìn)一步的研究以利用飼料生產(chǎn)不可避免的加工過程的優(yōu)點(diǎn)?？傊M可能減少熱加工和縮短儲藏時(shí)間是克服Maillard反應(yīng)負(fù)面影響的關(guān)鍵；另外，原料的選擇和混合對減少熱敏感組分進(jìn)一步發(fā)生營養(yǎng)成分損失也很重要。
白酒釀造中的Maillard反應(yīng)每時(shí)每刻都發(fā)生在生產(chǎn)過程中，譬如制曲時(shí)產(chǎn)生的褐變、曲香，高溫堆積時(shí)產(chǎn)生的褐變、醅香。相對而言，窖內(nèi)發(fā)酵后期就以Maillard反應(yīng)為主。Maillard反應(yīng)產(chǎn)物不僅是酒體香和味的微量物質(zhì)，同時(shí)也是其他香味物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì)。它富含含硫香味物質(zhì)，在香味成分中占有重要地位，凡是能釋放出硫化氫的物質(zhì)都可以成為含硫香味物質(zhì)的前體。中國白酒在釀造過程中，尤其是濃香型白酒生產(chǎn)過程中，有少量硫化氫存在，它可能轉(zhuǎn)化為烷基硫醇、硫醚等，這些物質(zhì)含量高可呈雜味和異臭，但痕跡微量時(shí)可增強(qiáng)香味，使香氣更濃郁或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為含硫的雜環(huán)香味物質(zhì)。
可通過調(diào)整酒業(yè)生產(chǎn)過程中的制曲、釀造（蒸餾）、貯存、勾兌、包裝等工藝參數(shù)，對其科學(xué)原理進(jìn)行論證，從而提高酒的質(zhì)量、延長低度酒貨架期、改善酒口感風(fēng)味，推動酒業(yè)技術(shù)進(jìn)步，為酒業(yè)發(fā)展從理論上找到一些生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律的科學(xué)依據(jù)。
常用分析方法
Maillard反應(yīng)產(chǎn)物及其復(fù)雜，前期對其成分的理論研究較少，導(dǎo)致在應(yīng)用中更多停留在“經(jīng)驗(yàn)”性上，即更多依靠感官（色、香和味）來定性，使其機(jī)理研究有一定難度。經(jīng)過科研工作者長期不懈的努力，至今，已發(fā)展了多種Maillard產(chǎn)物分離提純和表征方法。分離提純方法有：薄層層析、超濾、凝膠柱層析、膜透析、超速離心、固相萃取、電泳等方法，其中薄層層析色譜和超濾最為常用。
薄層層析色譜是快速分離和定性分析少量物質(zhì)的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，常用于Maillard產(chǎn)物的分離和半定性分析。膜透析法是分離提純Maillard產(chǎn)物的一種簡便而有效的方法。采用膜透析法能有效地將體系中未反應(yīng)的原料和小分子產(chǎn)物除去，從而可以得到Maillard大分子產(chǎn)物。采用不同截留分子量的透析膜對Maillard大分子產(chǎn)物進(jìn)行透析，可以選擇性地得到不同分子量的產(chǎn)物，這樣能更準(zhǔn)確地對其成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
Maillard產(chǎn)物含量少且極不穩(wěn)定，各種先進(jìn)的現(xiàn)代分析表征手段的引入對其形成機(jī)理、成分、分子結(jié)構(gòu)乃至效用和性質(zhì)的研究起了重要的作用。已經(jīng)用于Maillard產(chǎn)物分析表征的手段有：氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）以及液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）、體積排阻色譜，流動注射分析法、發(fā)光光譜分析法、紫外光譜法、熒光光譜法、凝膠電泳、放射性同位素標(biāo)記、紅外、凝膠滲透色譜（GPC）、元素分析（EA）、核磁共振等，這些方法都比較常用。近年來GC-MS、LC-MS、串聯(lián)質(zhì)譜和傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜等先進(jìn)分析手段的引進(jìn)，使得對Maillard產(chǎn)物的成分和性質(zhì)研究更進(jìn)一步深入。
相關(guān)影響
對食品的影響
①香氣和色澤的產(chǎn)生，美拉德反應(yīng)能產(chǎn)生人們所需要或不需要的香氣和色澤。例如亮氨酸與葡萄糖在高溫下反應(yīng)，能夠產(chǎn)生令人愉悅的面包香。而在板栗、魷魚等食品生產(chǎn)儲藏過程中和制糖生產(chǎn)中，就需要抑制美拉德反應(yīng)以減少褐變的發(fā)生
②營養(yǎng)價(jià)值的降低，美拉德反應(yīng)發(fā)生后，氨基酸與糖結(jié)合造成了營養(yǎng)成分的損失，蛋白質(zhì)與糖結(jié)合，結(jié)合產(chǎn)物不易被酶利用，營養(yǎng)成分不被消化
④有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。
肉類香味形成的機(jī)理
1、肉類香味的前體物質(zhì)
生肉是沒有香味的，只有在蒸餾和焙烤時(shí)才會有香味。在加熱過程中，肉內(nèi)各種組織成分間發(fā)生一系列復(fù)雜變化，產(chǎn)生了揮發(fā)性香味物質(zhì)，目前有1000多種肉類揮發(fā)性成分被鑒定出來，主要包括：內(nèi)酯化合物、吡嗪化合物、呋喃化合物和硫化物。大致研究標(biāo)明形成這些香味的前體物質(zhì)主要是水溶性的糖類和含氨基酸化合物以及磷脂和三甘酯等類脂物質(zhì)。肉在加熱過程中瘦肉組織賦予肉類香味，而脂肪組織賦予肉制品特有風(fēng)味，如果從各種肉中除去脂肪則肉之香味是一致的沒有差別。
2、美拉德反應(yīng)與肉味化合物
并不是所有的美拉德反應(yīng)都能形成肉味化合物，但在肉味化合物的形成過程中，美拉德反應(yīng)起著很重要的作用。肉味化合物主要有N.S.O-雜環(huán)化合物和其他含硫成分，包括呋喃、吡咯、噻吩、咪唑、吡啶和環(huán)乙烯硫醚等低分子量前體物質(zhì)。其中吡嗪是一些主要的揮發(fā)性物質(zhì)。另外，在美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中，硫化物占有重要地位。若從加熱肉類的揮發(fā)性成分中除去硫化物，則形成的肉香味幾乎消失。肉香味物質(zhì)可以通過以下途徑分類即氨基酸類（半胱、胱氨酸類）通過Maillard和Strecker降低反應(yīng)產(chǎn)生的。糖類、氨基酸類、脂類通過降解產(chǎn)生肉香味。脂類（脂肪酸類）通過氧化、水解、脫水、脫羧產(chǎn)生肉香味。硫胺產(chǎn)生肉香味。硫化氫硫醇與其他組分反應(yīng)產(chǎn)生肉香味。核糖核苷酸類、核糖—5’—磷酸酯、甲基呋喃醇酮通過硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生肉香味?？梢姡s環(huán)化合物來源于一個復(fù)雜的反應(yīng)體系，而肉類香氣的形成過程中，美拉德反應(yīng)對許多肉香味物質(zhì)的形成起了重要作用。
3、氨基酸種類對肉香味物質(zhì)的影響
對牛肉加熱前后浸出物中氨基酸組分分析，加熱后有變化的主要是甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸等，這些氨基酸在加熱過程中與糖反應(yīng)產(chǎn)生肉香味物質(zhì)。吡嗪類是加熱滲出物特別重要的一組揮發(fā)性成分，約占50%。另外從生成的重要揮發(fā)性肉味化合物結(jié)構(gòu)分析，牛肉中含硫氨基酸、半胱氨酸和胱氨酸以及谷胱甘肽等，是產(chǎn)生牛肉香氣不可少的前體化合物。半胱氨酸及其他含硫化合物。半胱氨酸產(chǎn)生強(qiáng)烈的肉香味，胱氨酸味道差，蛋氨酸產(chǎn)生土豆樣風(fēng)味，谷胱氨酸產(chǎn)生出較好的肉味。當(dāng)加熱半胱氨酸與還原糖的混合物時(shí)，便得到一種刺激性“生”味，如有其他氨基酸混合物存在的話，可得到更完全和完美的風(fēng)味，蛋白水解物對此很合適。
4、還原糖對肉類香味物質(zhì)的影響
對于反應(yīng)來說，多糖是無效的，雙糖主要指蔗糖和麥芽糖，其產(chǎn)生的風(fēng)味差，單糖具有還原力，包括戊糖和己糖。研究標(biāo)明，單糖中戊糖的反應(yīng)性比己糖強(qiáng)，且戊糖中核糖反應(yīng)性最強(qiáng)，其次是阿拉伯糖、木糖。由于葡萄糖和木糖，廉價(jià)易得，一反應(yīng)性好，所以常用葡萄糖和木糖作為美拉德反應(yīng)原料。
5、環(huán)境因素對反應(yīng)的影響
牛肉香精、需要較長的時(shí)間和更濃的反應(yīng)溶液。豬肉和雞肉香精，需較短加熱時(shí)間，較稀的反應(yīng)溶液，較低的反應(yīng)溫度。反應(yīng)混合物pH值低于7（最好在2～6）反應(yīng)效果較好；pH大于7時(shí)，由于反應(yīng)速度較快而難以控制，且風(fēng)味也較差。不同種類的氨基酸比不同種類的糖類對加熱反應(yīng)生成的香味特征更有顯著影響。同種氨基酸與不同種類的糖，產(chǎn)生的香氣也不同。加熱方式不同，如“煮”、“蒸”、“燒”，不同烹調(diào)方式，同樣的反應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生不同香味。
生產(chǎn)方法
從1960年開始，就有研究利用各種單體香精經(jīng)過調(diào)和生產(chǎn)肉類香精，但由于各種熟肉香型的特征十分復(fù)雜，這些調(diào)和香精很難達(dá)到與熟肉香味逼真的水平，所以對肉類香氣前體物質(zhì)的研究和利用受到人們的重視。利用前體物質(zhì)制備肉味香精，主要是以糖類和含硫氨基酸如半胱氨酸為基礎(chǔ)，通過加熱時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)，包括脂肪酸的氧化、分解、糖和氨基酸熱降解、羰氨反應(yīng)及各種生成物的二次或三次反應(yīng)等。所形成的肉味香精成分有數(shù)百種。以這些物質(zhì)為基礎(chǔ)，通過調(diào)和可制成具有不同特征的肉味香精。美拉德反應(yīng)所形成的肉味香精無論從原料還是過程均可以視為天然，所以所得肉味香精可以視為天然香精。
中藥炮制
說明
美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物是棕色的，也被稱為褐變反應(yīng)。反應(yīng)物中羰基化合物包括醛、酮、還原糖，氨基化合物包括氨基酸、蛋白質(zhì)、胺、肽。由于該反應(yīng)的結(jié)果能使食品顏色加深并賦予食品一定的風(fēng)味。比如面包外皮的金黃色、紅燒肉的褐色及濃郁的香味，很大程度上都是由于美拉德反應(yīng)的結(jié)果。這些變化在中藥炮制過程中也處處可見。因此，可將美拉德反應(yīng)的概念引入中藥炮制領(lǐng)域。
過程
復(fù)方的化學(xué)成分，特別是有效成分是其發(fā)揮藥效的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，與美拉德反應(yīng)關(guān)系密切。研究方劑配伍前后化學(xué)組成的變化、新物質(zhì)的形成和藥效的差異，對于明確復(fù)方制劑的藥理、選擇制劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系、規(guī)范制劑工藝、保證新藥的安全性和穩(wěn)定性有重要意義。復(fù)方配伍的物質(zhì)基礎(chǔ)變化可能主要在于美拉德產(chǎn)物——黑色絡(luò)合物。類黑素是美拉德產(chǎn)物，其產(chǎn)生與美拉德反應(yīng)前體物質(zhì)或Vc含量、pH值、水分活度、氧氣濃度和溫度密切相關(guān)。有氧存在時(shí)，非酶褐變反應(yīng)速度會大大增加，但是生成類黑素的量還取決于還原糖和氨基酸的濃度，因此在中藥煎煮過程中能生成較多的類黑素導(dǎo)致褐色變。羰氨反應(yīng)與Vc氧化褐變作用具有共同的中間產(chǎn)物，Vc氧化成脫氫Vc后與氨基酸反應(yīng)生成褐色素。加熱加速Vc氧化和蛋白質(zhì)分解，從而加速了美拉德反應(yīng)與Vc褐變反應(yīng)，這可能是導(dǎo)致加熱后中藥制劑色澤變深的原因。氧氣和加熱都極易使Vc氧化破壞，表明褐變與Vc氧化有密切關(guān)系。類黑素是還原性膠體，具有較強(qiáng)的抗突變活性。有的研究認(rèn)為，其抗突變機(jī)理是清除致突變自由基和通過與致突變化學(xué)物結(jié)合而減少其致突變毒性。復(fù)方化學(xué)組成不是一個或幾個單體的機(jī)械總和，其藥效也不是一個或幾個單體的藥效的機(jī)械總和。因此，復(fù)方制劑中出現(xiàn)美拉德反應(yīng)的黑色絡(luò)合物及其相關(guān)藥效將可能成為復(fù)方制劑研究的重點(diǎn)。
中藥劑型是藥物的藥效在人體內(nèi)實(shí)現(xiàn)的載體，任何藥物都有其特定的劑型。由于劑型的不同，對制備加工條件的要求也不盡相同，可能會發(fā)生不同的美拉德反應(yīng)，這必然會影響復(fù)方制劑的物質(zhì)基礎(chǔ)、藥效、藥代動力學(xué)、毒副作用等。中醫(yī)方劑配伍不僅指藥物組成，還指藥物劑量的變化。方中藥物不變、劑量改變，也會引起配伍關(guān)系的變化，以至影響整個復(fù)方制劑中美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物。長期以來，臨床對于方劑配伍的劑量選擇帶有不同程度的主觀性和隨意性。因此，研究復(fù)方的配伍劑型、劑量與美拉德反應(yīng)的量效關(guān)系不僅可為臨床用藥提供科學(xué)依據(jù)，還可對新藥研發(fā)中處方劑型和劑量的確定有著重要的指導(dǎo)價(jià)值。美拉德反應(yīng)的黑色物質(zhì)——中藥藥理作用的新視角（1）美拉德反應(yīng)的黑色物質(zhì)的吸附作用
美拉德反應(yīng)的黑色物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附、運(yùn)送功能，且在人體的細(xì)胞組織和新陳代謝過程中也起著很重要的作用。這些黑色物質(zhì)在人體內(nèi)經(jīng)過酶的活化后，可能具有很強(qiáng)吸附病毒、細(xì)菌和體內(nèi)代謝產(chǎn)物的作用，從而調(diào)整機(jī)體內(nèi)環(huán)境的紊亂，達(dá)到陰平陽謐。因此要闡明復(fù)方制劑的物質(zhì)基礎(chǔ)，不應(yīng)停留在對體外成分變化的研究上，更重要的是研究其進(jìn)入體內(nèi)后美拉德反應(yīng)黑色產(chǎn)物間的相互作用，以及活性成分的轉(zhuǎn)化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、分布、代謝、解毒等各個環(huán)節(jié)的影響。
（2）美拉德反應(yīng)的黑色物質(zhì)的細(xì)胞保護(hù)作用
美拉德產(chǎn)物的功能主要包括：抗氧化、抗突變、抗癌、抗衰老、抗自由基，從而能提高對細(xì)胞的保護(hù)作用，這些已被證實(shí)。美拉德產(chǎn)物的抗突變性與其抗氧化活性和還原能力有良好的相關(guān)性。紅參抗腫瘤的效果優(yōu)于白參，這與美拉德反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化、抗突變的結(jié)論相應(yīng)。而且，美拉德產(chǎn)物保護(hù)MDC細(xì)胞抵抗氧嘧啶損傷實(shí)驗(yàn)，證實(shí)美拉德產(chǎn)物的細(xì)胞保護(hù)功能。美拉德反應(yīng)能生成一氧化碳、堿、黃酮類等從組成不同、作用器官不同、結(jié)果不同，體現(xiàn)其對藥性的影響。因此，深入研究美拉德反應(yīng)產(chǎn)物必將完善中藥材的加工與炮制理論。
作用
用于中醫(yī)藥理的研究，而忽視古典哲學(xué)理論的指導(dǎo)作用，必將不利于中醫(yī)藥理的發(fā)展。因此要實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥理的可持續(xù)發(fā)展，讓中醫(yī)走向世界，就應(yīng)從其淵源上來解決中醫(yī)藥理發(fā)展緩慢的問題。打破試圖用西醫(yī)藥理理論來解釋中醫(yī)藥理，要大膽的設(shè)想，敢于創(chuàng)新，換一種思維模式，從一個嶄新的角度來考慮中醫(yī)藥理的基本內(nèi)容，即在中醫(yī)古典哲學(xué)理論指導(dǎo)下，借助現(xiàn)代的科技，將美拉德反應(yīng)引入中醫(yī)藥理學(xué)領(lǐng)域，從而構(gòu)建一個全新的認(rèn)知模式。美拉德反應(yīng)黑色物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)將可能會為中藥藥理學(xué)帶來劃時(shí)代的意義，改變西醫(yī)傳統(tǒng)的受體和配體的理論，從根本上來闡明中藥藥理的具體機(jī)制，為中藥藥理學(xué)帶來一個純正的黑色時(shí)代。
展望
人們對美拉德反應(yīng)已經(jīng)有了較為深入的認(rèn)識，但是其反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，對其反應(yīng)機(jī)理和各中間產(chǎn)物的了解還不太清楚。而由于美拉德反應(yīng)對食品、機(jī)體的生理和病理過程密切相關(guān)，越來越多的結(jié)果表明它作為與人類自身密切相關(guān)的課題具有重要的研究意義。因此，需要在這個領(lǐng)域開展大量的研究，不斷挖掘其潛能，以便于開拓其應(yīng)用的領(lǐng)域。
參考資料
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