美拉德反應是加工食品中色澤和濃郁芳香的各種風味的主要來源，特別是對于一些傳統(tǒng)的加工工藝過程，如對咖啡、可可豆的焙炒，餅干、面包的烘烤以及肉類食品的蒸煮中形成良好風味所不可缺少的化學反應。
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但同時由于生成這些風味物的前提物質(zhì)大多來自食品中的營養(yǎng)成分，如糖類、蛋白質(zhì)、脂肪以及核酸、維生素等，從營養(yǎng)學角度來說，食品在貯藏加工過程中發(fā)生風味物質(zhì)的反應是不利的。
反應不但使食品的營養(yǎng)成分受到損失，尤其是那些人體需要而自身不能合成或合成量遠遠不能滿足人體需要的氨基酸、脂肪酸和維生素等得不到充分利用。當這些反應控制不當時，甚至還會生成抗營養(yǎng)的或有毒性的物質(zhì)，如黑色素、稠環(huán)化合物等。
因此對美拉德反應的機理進行深入的研究，有利于在食品貯藏與加工的過程中，控制食品的色澤、香味的變化或使其反應向著有利于色澤、香味生成的方向進行，減少營養(yǎng)價值的損失，增加有益產(chǎn)物的積累，從而提高食品的品質(zhì)。
1.美拉德反應化學
1.美拉德反應化學
美拉德反應按其本質(zhì)而言是氨羰間的加縮反應，它可以在醛、酮、還原糖及脂肪氧化生成的羰基化合物與胺、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)甚至氨之間發(fā)生反應，其化學過程十分復雜。關于美拉德反應的反應過程，食品化學家Hodge 在早年作出了初步的解釋，認為美拉德反應可分成三個反應階段［1］。
一、起始反應階段
美拉德反應初期階段反應包括還原糖的羰基碳首先遭到氨基氮上孤對電子的親核加成，接著失去水和閉環(huán)二形成葡基胺，如果還有過量的還原糖存在，就能進一步形成二葡基胺。葡基胺再經(jīng)過Amadori重排而生成1－氨基－2－酮糖。美拉德反應初級階段不引起褐變，也不產(chǎn)生香味，但其產(chǎn)物是產(chǎn)生極重要的不揮發(fā)性香味物質(zhì)的前驅(qū)物。
二、中間反應階段
在氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不揮發(fā)性香味前驅(qū)物形成之后，美拉德反應變得更為復雜，Amadori重排產(chǎn)物經(jīng)過－消去機理脫水，在經(jīng)過脫水脫掉氨基而生成3－脫氧己糖醛酮、奧蘇烯糖和HMF 等，這些不同的化合物依次反應，開始形成無氮及含氮褐色可溶性化合物。
三、最終反應階段
高級美拉德反應階段形成的眾多活性中間體如葡萄糖酮醛、3－脫氧、3，4－二脫氧、HMF、二還原酮類、不飽和醛亞胺等等，又可繼續(xù)與氨基酸反應，最終生成類黑精色素－－－褐色含氮色素，吡嗪和咪唑環(huán)等風味物質(zhì)。此過程包括醇醛縮合、醛氨聚合、環(huán)化合反應等。
影響美拉德反應的因素有pH、溫度、反應時間、水分活度、金屬離子、糖結(jié)構(gòu)等［2］。pH 對美拉德反應褐變的影響是顯著的，如果溶液的pH 為6或低于6，那么即使反應發(fā)生，反應程度也是低的。在pH 為7?8～9?2范圍內(nèi)，隨著pH的增加出現(xiàn)了氨基。
在溫度較高的條件下利于美拉德反應中生成的一些低分子量的雜環(huán)化合物的形成。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5、6、7個原子的芳香族化合物如苯、呋喃、噻唑、咪咯、吡咯、吡啶等風味物質(zhì)。烯醇胺或a－氨基酸在高溫下也可縮合成吡嗪類風味化合物。
同時在溫度較高的條件下，斯特勒克（Strecker）降解經(jīng)常伴隨美拉德反應進行，它也是食品風味物形成的一個重要反應。反應物包括鄰二羰基物和氨基酸，直接產(chǎn)物包括二氧化碳、鄰氨基醛（或酮）糖和醛類，間接產(chǎn)物包括吡嗪類風味物質(zhì)。其中醛和吡嗪都對食品風味有很大的影響，例如商業(yè)上利用斯特勒克可降解產(chǎn)生巧克力、蜂蜜、槭糖和面包的風味。
水分活度對美拉德反應的影響也很明顯，當水分活度為0?3～0?7時，美拉德反應的速率較快。不同食品體系中水分活度活水含量及參與美拉德反應的物質(zhì)不同，所以這一影響的程度在不同食品體系中有所區(qū)別。
銅和鐵能促進美拉德反應，F(xiàn)e3＋比Fe2＋更為有效，鈉粒子對反應基本沒有影響。另外，不同種類的糖與氨基酸作用時，其降解也不同。此外，反應時間對美拉德反應的速率以及最終產(chǎn)物的組成有著重要的影響。
2.美拉德反應與食品風味
天然食品風味物質(zhì)的來源主要有兩個途徑：除一部分是由生物體本身直接合成；其余是在動植物貯藏和加工過程中，由酶促反應形成的食品風味物質(zhì)，如蘋果、香蕉、蔬菜中的芳香物，或是食品在蒸煮、焙烤及煎炸中產(chǎn)生的食品風味物質(zhì)，即食物經(jīng)加熱而分解、氧化、重排或降解，形成風味前體，進而生成具有特殊風味的食品香料，一般稱之為熱加工食品香料，亦叫反應食品香料。如烤面包、爆花生米、炒咖啡等所形成的香氣物質(zhì)，這類風味物質(zhì)形成的化學機理就是美拉德反應［3］。
食品原料一般都含有還原糖、淀粉、氨基酸。這些物質(zhì)在加熱中生成的風味物質(zhì)與加熱溫度和加熱時間等條件有關。
食品在加熱過程中所發(fā)生的美拉德反應包括氧化、脫羧、縮合和環(huán)化反應，可產(chǎn)生各種香味的風味物質(zhì)，如含氧、含氮和含硫雜環(huán)化合物，包括氧雜環(huán)的呋喃類，氮雜環(huán)的吡嗪類，含硫雜環(huán)的噻吩和噻唑類，同時也生成硫化氫和氨。選用不同種類的氨基酸和糖在不同的溫度、時間等條件下，反應可有目的性獲得含有吡嗪類、吡咯類、呋喃類等不同香型的香味料［4］。
一、美拉德反應對焙烤食品風味的影響
焙烤或焙烤香氣似乎是綜合特征類香氣。吡嗪類、吡咯類、呋喃類、噻唑類中都發(fā)現(xiàn)有多種具有此類香氣的物質(zhì)，而且他們的結(jié)構(gòu)有明顯的共同點。而這些香味主要是在食品焙烤中產(chǎn)生，他們的前提物質(zhì)非常廣泛，例如蛋白質(zhì)、氨基酸、糖、脂類、綠原酸、阿魏酸、葫蘆巴堿、高級醇、木質(zhì)素等。
一些前人研究這些香味物質(zhì)產(chǎn)生的途徑包括的反應主要有：美拉德反應與斯特勒克降解生成揮發(fā)醛；美拉德反應與其中間產(chǎn)物的環(huán)化和再脫水；美拉德反應產(chǎn)生吡咯；美拉德反應產(chǎn)生的醛與氨或氨基酸反應產(chǎn)生吡啶；美拉德反應中間產(chǎn)物和含硫氨基酸降解產(chǎn)物之間發(fā)生反應生成噻吩；美拉德反應中間產(chǎn)物和含硫氨基酸降解產(chǎn)物之間發(fā)生反應形成噻唑；美拉德反應產(chǎn)生的鄰二羰基化合物與氨基酸發(fā)生斯特勒克降解生成吡嗪。
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二、美拉德反應對熟肉風味的影響
目前雖然還不能說美拉德反應、糖的熱解及Strecker 降解是產(chǎn)生熟肉風味的最關鍵反映，但大量研究表明美拉德反應是產(chǎn)生肉風味的重要途徑之一，在肉類風味形成的過程中，首先是糖、肽和氨基酸、脂肪和脂肪酸、核苷酸、維生素等在加熱的作用下發(fā)生了美拉德反應及基本和非基本成分的熱降解，現(xiàn)已證實，帶巰基的呋喃和噻吩衍生物都是參與肉香形成的組分。但當肉類的加熱方法不同時，生成的香氣成分雖有類似之處，但也會顯示出各自的特征。
豬肉香氣的特征成分以硫化物、呋喃類化合物和苯環(huán)型化合物為主體，烤肉香氣的特征成分則主要是吡嗪類、吡咯類、吡啶類化合物等堿性組分和異戊醛等羰化物，以吡嗪為主。炒肉香氣的特征成分介于豬肉和烤肉之間。微波加熱產(chǎn)生的香氣特征成分中，以醇類和吡嗪類化合物含量較多。
3.美拉德反應的應用
目前利用美拉德反應制作肉味香精。肉味香精生產(chǎn)的主要原理是基于對肉類物質(zhì)在加熱過程中產(chǎn)生風味物質(zhì)的反應的模擬，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，通過加熱時所發(fā)生的反應，主要包括脂肪酸的氧化、分解，糖和氨基酸的熱降解、羰氨反應以及各種生成物的二次或三次反應等。它們形成的肉味香氣成分包括了數(shù)百種化合物，以這些物質(zhì)為基礎，通過調(diào)和可制成具有各種不同特征的肉味香料。
肉味香精的原料大多數(shù)來自天然物質(zhì)，而且其生產(chǎn)過程如酶解、加熱等也近似于天然過程，所以制得的香精也可視為天然香精。
國外一些研究機構(gòu)將參加美拉德反應的原料、可能發(fā)生的反應類型、可能產(chǎn)生的中間體等條件輸入計算機，借助計算機來發(fā)現(xiàn)可能生成的各種香味物質(zhì)。三十多年來，人們應用上述方法，使食品風味的研究和生產(chǎn)有了快速的發(fā)展。
目前國外市場上出售的各類巧克力香精、面包香精、咖啡香精、堅果香精（如胡桃、杏仁、榛子等）及肉類香精大都是美拉德反應的產(chǎn)物。
來源：王曉華 趙保翠 楊興章 胡小靜 雷學鋒，美拉德反應與食品風味. 肉類工業(yè)006年第6期總第302期，轉(zhuǎn)載請注明來源。
參考文獻：
1 蔡妙顏，肖凱軍?美拉德反應與食品工業(yè)．食品工業(yè)科技，2003，（7）：90
2 劉鄰渭?食品化學?北京：中國農(nóng)業(yè)出版社．1995．
3 丁耐克?食品風味化學?北京：中國輕工業(yè)出版社．1996．
