Tìm hiểu về phản ứng maillard, phản ứng melanodin


Phản ứng Maillard hay còn gọi là phản ứng ozamin,
cacbonylamin, aminoza, malanoidin, là phản ứng khá phổ
biến và có vai trò quan trọng trong sản xuất thực phẩm.
Chất tham gia phản ứng là protein hoặc các sản phẩm
phân giải của chúng và gluxit qua nhiều giai đoạn trung
gian phức tạp cuối cùng tạo thành các melanoidin.
Dựa vào màu sắc các sản phẩm có thể chia thành
ba giai đoạn kế tiếp nhau:

Sản phẩm của giai đoạn đầu không màu và không hấp
thụ ánh sáng cực tím.

Sản phẩm của giai đoạn thứ hai không màu hoặc có
màu vàng nhưng hấp thụ mạnh ánh sáng cực tím

Sản phẩm của giai đoạn cuối có màu đậm
Thực tế trong hỗn hợp phản ứng có chứa
đồng thời tất cả các sản phẩm, nhưng tỷ lượng
của sản phẩm này hay sản phẩm khác chiếm ưư
thế là phụ thuộc mức độ tiến hành phản ứng.
CÁC GIAI ĐỌAN CỦA PHẢN ỨNG MAILLARD
Giai đoạn đầu :
Giai đoạn đầu của phản ứng melanoidin là sự
ngưng tụ đường với axitamin tạo thành bazơ schiff
(hợp chất hữu cơ có nhóm –HC=N) hoặc glucozit.
C
C
C
C

C
CH
2
OH
O
H
H
H
H
H OH
OH
OH
OH
NH
2
R
- H
2
O
+ H
2
O
+
N R
C
C
C
C
C
CH

2
OH
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
CH
2
OH
OH
OH
OHH
H
H
H
NH R
H
O
Glucoza bazo schiff N-glucozit
Phn ng chuyn v Amadori to ra 1-amin-1-dezoxy-2-xetoz

C
C
R'
H H N
H
R''
H
COOH
O
H
R' C CH
2
NH CH R''
COOHO
R' C CH
OH
NH CH R''
COOH
phửực ủửụứng amin
1 - amin - 1 - dexoxy - 2 - xetoza
daùng enol cuỷa 1 - amin - 1 - dezoxy - 2 - xetoza
Giai đoạn trung gian
Phụ thuộc vào điều kiện môi trường giai đoạn trung
gian có thể tiến hành theo các con đường sau:

Tạo thành furfurol và hoặc hydroxymetylfurfurol

Tạo thành reducton mạch hở

Phân hủy đường để tạo thành aldehit, axeton,

diaxetyl

Tạo thành ozon
Tạo thành furfurol và ozon
Nếu gluxit ban đầu là glucose thì sản phẩm
chuyển vị Amadori khi đun nóng sẽ là furan sau đó
chuyển thành bazơ schiff của hydroxymetylfurfurol:
CH
2
OH
C
C
C
C
C
NH R
OH
HOH
OH
OH
H
H
H
- H
2
O
HOHC CHOH
CC
O
CH NH

CH
3
HOH
2
C
H
- H
2
O
HC CH
C C
O
CH NHHOH
2
C
1 - amin - 1 - dezoxy - 2 - xetoza
furan of dezoxyfructoza
bazo schiff of hydroxymetyl furfurol
Tạo thành reducton có 6 nguyên tử C
Reducton là những hợp chất hữu cơ có tính khử
mạnh do có nhóm endiol. Thông thường, nhóm
endiol của reducton được liên kết với gốc aldehit hoặc
axit. Do đó những hợp chất này rất nhạy với phản ứng
oxy hóa khử.
Ví dụ về reducton có sáu nguyên tử C là axit
dehydroascobic. Không phải chỉ riêng reducton mà
cả các dạng dehydro của nó cũng góp phần tạo nên
màu nâu.
HC C C
OH OH

O
H
H
2
C C C
O
O
OH
H
HC C C
OH OH
O
H
hydroxymetylglioxal
reducton hay laø enolaldehit cuûa axit tartric
R C C R
OH OH
R C C R
1
O O
reducton
dehydroreducton
2H
Phân hủy đường

Một trong những giai đoạn
trung gian củ phản ứng tạo
melanoidin là sự phân hủy
đường từ sản phẩm chuyển vị
Amadori để tạo thành các sản

phẩm khác nhau :
triozoreducton, aldehit pỉuvic,
axeton, diaxetyl. Một số chất tạo
thành khi phân hủy đường có
mùi và vị dễ chịu.
C
C
C
C
C
CH
2
OH
OH H
H
O
O
O
O
axit dehydroascorbic
Phân hủy các hợp chất amin

Sản phẩm chuyển vị Amadori có thể kết hợp với
axitamin tạo ra CO
2
và H
2
O:
R CH NH
2

COOH
+
R' C CH
2
NH HC R''
COOHO
- CO
2
- H
2
O
R CH
2
N C
R'
CH
2
NH CH R''
COOH
R CH N C C N C R''
H
COOHH
H
H
R'
H
axit amin
aminodezoxyxetoza
bazo schiff
Bazơ schiff tạo thành bị thủy phân thành aldehit và hợp chất

amin. Chính hợp chất amin này sẽ cho các sản phẩm chứa nitơ
và có màu nâu sau này. Còn aldehit được tọa thành trong phản
ứng này, so với axitamin đã phản ứng với aminodezoxyxetoza
thì có ít hơn một nguyên tử C.
C
N
C
C
N
C
CH
3
COOHR''
H
HH
HR'
H
R
O
H H
RC
O
H
+
NH
2
C
CH
2
NH

C
H
HR'
COOH
R''
bazo schiff
amin
Giữa furfurol hoặc hydroxymetylfurfurol và
axitamin có thể xảy ra sự tương tác oxy hóa.
Kết quả là từ axitamin tạo thành aldehit có ít hơn
1 nguyên tử C.
Aldehit cũng có thể được tạo thành do kết quả
của sự chuyển amin giữa axitamin với reducton
(xem hinh ben)
HC CH
HC
C
O
C
O
H
+ O
2
HC CH
HC
C
O
C
O
OOH

furfurol
axit peroxyfurfurolic
HC NH
2
COOH
R
+
HC CH
HC
C
O
C
O
OOH
HC CH
HC
C
O
C
O
OH
C NH
COOH
R
+
+
OH
2
axit amin
axittimin

axit furfurolic
C NH
COOH
R
+
OH
2
C O
H
R
+
+
CO
2
NH
3
GIAI ĐỌAN CUỐI
Giai đọan cuối cùng này bao gồm rất nhiều phản
ứng phức tạp, chủ yếu là hai phản ứng sau:

Phản ứng ngưng tụ andol tạo thành polyme màu nâu
không chứa nitơ;

Phản ứng trùng hợp aldehitamin tạo thành các hợp
chất nitơ dị vòng.

Sự ngưng tụ aldehit axetic là thí dụ về ngưng tụ andol.
CH
3
C

O
H
+
HCH
2
C
O
H
CH
3
CH CH
2
C
OH
O
H
aldehit axetic
aldehit axetic
aldol

Sự trùng hợp và oxy hóa đồngthời các aminoaxetic dẫn
đếntạo thành pirazin.

Ngoài nhữnghợpchất trên, do kếtquảcủaphảnứng
ngưngtụ aldehit, piridin và pirol cũng có thểđượctạo
thành. Sựngưngtụ andol chỉxảy ra khi caramel hóa dung
dịchđường. Khi có mặt các hợpchất amin dù chỉ là lượng
vếtcũngxảy ra đồngthờicả hai kiểuphảnứng.

Giai đoạncuối cùng củaphảnứng melanoidin sẽtạo nên

các polyme không no hòa tan được trong nước, sau đó là
các polyme không no và không hòa tan được trong nước,
nhưngđều có màu đậm và gọi chung là melanoidin.

Các melanoidin hấp thụ mạnh tia cực tím (λ <
220nm), không khử được dung dịch Fehling, nhưng
khử được iot và 2,6- diclophenolondophenol. Khả
năng hòa tan của melanoidin phụ thuộc vào nhiệt độ
của phản ứng. Khi nhiệt độ cao thì quá trình xảy ra
mãnh liệt hơn nhưng melanoidin tạo thành có hương
thơm kém hơn và ít hòa tan trong nước hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Maillard
Ảnh hưởng của axitamin và đường: Qua cơ chế
phản ứng, ta thấy một trong những sản phẩm củ giai
đoạn trung gian là furfurol và oxymetylfurfurol kèm
theo sự tái tạo lại axitamin vốn đã tham gia tương tác
với đường ở phản ứng đầu tiên. Như vậy axitamin có
thể xem như một chất xúc tác trong giai đoạn đầu.
Các axitamin tham gia phản ứng khác nhau phụ thuộc
vào nhiệt độ, pH và lượng nước

Theo Kretovic, axitamin có khảnăngphảnứng và cho
sảnphẩm màu mạnhhơncả là glicocol, alanin,
asparagin. Xistin và tirozin cho sảnphẩm màu yếuhơn
cả. Cho mùi mạnhhơncả là valin và lơxin. Glicocol
cho màu rấtđậm, mùi của bia và vịhơi chua. Alanin
phảnứngchậmhơn và cho sảnphẩmtươngtự.
Phenylalanin phảnứngrấtchậm, tạo thành sảnphẩm
có màu nâu sẫm và có mùi thơm hoa hồng. Lơxin cho
sảnphẩm có màu không đángkểnhưng có mùi bánh

mỳđặctrưng. Axit glutamic có hoạtđộ cao, nhưng cho
sảnphẩm có màu nhạt

Cườngđộcủaphảnứngcũngphụthuộc vào bảnchất
củađườngkhử. Glucozơphảnứng mãnh liệthơncả,
sau đó là galactozơ và lactozơ.

Cườngđộcủaphảnứng melanoidin còn phụthuộc
vào nồngđộđường. Tỷlệgiữa axitamin và đường
thích hợpnhất là 1/2 hoặc 1/3. Nếutăngnồngđộ
đườngsẽ làm cho melanoidin tạo ra có thể tan được
ngay cả khi nồngđộcủa chúng rất cao. Nói chung,
phảnứng có thểtiến hành ngay cả khi nồngđộ
axitamin không đángkể và tỷlệ axitamin/ đườngrất
nhỏnhư 1/40 thậm chí 1/300.
Ảnh hưởng của nước
Để phản ứng Maillard tiến hành cực đại thì xung
quanh mỗi phân tử protein phải tạo nên lớp đơn phân
glucozơ và lớp đơn phân nước. Như vậy, sự có mặt
của nước là điều kiện rất cần thiết để tiến hành phản
ứng. Nồng độ chất tác dụng càng cao, lượng nước
càng ít thì phản ứng xảy ra càng mạnh.
. Ảnhhưởngcủanhiệtđộ và pH
Ở 0
0
C và dưới 0
0
C phản ứng melanoidin không xảy ra. .
Người ta nhận thấy khi ở nhiệt độ 95÷ 100
0

C phản
ứng sẽ cho các sản phẩm có tính chất cảm quan tốt
hơn cả. Khi nhiệt độ quá cao thì các melanoidin tạo
thành có vị đắng và mùi khét. Vì vậy trong sản xuất để
thu được malt màu , người ta thường khống chế
phản ứng ở 160
0
C, mặc dù lượng chất màu đạt cực đại
ở 190
0
C vì ở nhiệt độ trên 160
0
C các melanoidin tạo
thành sẽ không hòa tan trong nước do đó giảm khả
năng cho màu của malt thu được.

nước do đó giảm khả năng cho màu của malt thu
được.

Phản ứng Maillard có thể tiến hành trong một khoảng
pH khá rộng, tuy nhiên trong môi trường kiềm phản
ứng xảy ra nhanh hơn. Trong môi trường axit pH < 3,
quá trình tạo melanoidin rất yếu và chủ yếu là sự phân
hủy đường nhưng khi tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng
tăng nhanh ngay cả trong môi trường axit (pH = 2).
Chất kìm hãm vàchấttăngtốcphảnứng

Phảnứng caramel hóa, oxy hóa và melanoidin là những
phảnứng có sự tham gia của các hợpchất cacbonyl. Do đó
chất kìm hãm phảnứng lànhữngchấtphảnứngđượcvới

nhóm cacbonyl như dimedon, hydroxylamin, bisunfit.
Nhữngchất này sẽkếthợpvới các chất khác nhau phát
sinh ra ở trong giai đoạn trung gian, do đó làm ngừng các
quá trình tiếp theo củaphảnứng. (xem vi du trang ben)

Các chấttăngtốcphảnứng melanoidin có axit lactic và
phosphat. Muốicủa axit lactic làm tăngtốcphảnứng này
rấtmạnh. Dung dịchđệm phosphat không những làm
tăng nhanh tốcđộphảnứnggiữa axitamin và glucozơ mà
còn làm tăngphảnứng nâu hóa dung dịchglucozơ tinh
khiết.