食品加工贮藏对糖类物质的影响
(一)美拉德(Maillard)反应
美拉德反应又称为“非酶褐色化反应”、“羰氨反应”,主要是指羰基与氨基酸、蛋白质的氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素和某些风味物质的非酶褐变反应。食品中含有还原糖或羰基化合物及蛋白质,在加工和贮藏的过程中,这些物质之间就会发生美拉德反应。美拉德反应在加热条件下发生得较快较明显,它不仅与传统食品的生产有关,也与现代食品工业化生产有关,如烧烤食品、焙烤食品、咖啡等。
美拉德反应是一系列复杂的反应,我们可将其反应历程大致归纳为三个阶段:开始阶段、中间阶段和末期阶段,各阶段及其发生的主要反应如图3-15。
在美拉德反应的开始阶段主要发生的反应是还原糖如葡萄糖的羰基与氨基酸或蛋白质中的自由氨基失水缩合生成N-葡萄糖基胺,N-葡萄糖基胺再经Amadori重排反应生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。
中间阶段是1-氨基-1-脱氧-2-酮糖在不同pH条件下发生不同的降解反应:当pH小于或等于7时,1-氨基-1-脱氧-2-酮糖主要发生1,2-烯醇化反应形成糠醛(当糖为戊糖时)或羟甲基糠醛(当糖为己糖时);当pH大于7且温度较低时,1-氨基-1-脱氧-2-酮糖易发生2,3-烯醇化而形成还原酮类,还原酮类较不稳定,既有较强的还原作用,也可异构成脱氢还原酮,脱氢还原酮易使氨基酸发生脱羧、脱氨反应形成醛类和α-氨基酮类,该反应称为Strecker反应;当pH大于7且温度较高时,1-氨基-1-脱氧-2-酮糖易裂解,产生很多产物,如1-羟基-2-丙酮、丙酮醛、二乙酰基等,这些都是高活性的中间体,将继续进行反应。
图3-15 美拉德反应历程示意图
末期阶段是反应过程中生成的不稳定的醛类、酮类发生缩合作用产生醛醇类及脱氮聚合物类,最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物,统称为类黑素,这是美拉德反应使食品产生诱人色泽的原因。(https://www.daowen.com)
当然,在美拉德反应过程中,除了最终生成类黑素以外,还生成了很多的小分子化合物,具有挥发性,这些形成了发生美拉德反应的食品的特殊风味,如花生、咖啡豆在焙烤过程中产生的褐变风味。
(二)焦糖化反应
无水(或浓溶液)条件下加热糖或糖浆,用酸或铵盐作催化剂,糖发生脱水与降解,生成深色物质的过程,称为焦糖化反应。
糖的正位异构化导致糖苷键的断裂形成新的糖苷键,热解引起脱水,生成内酐环(如左旋葡萄糖)或把双键引入糖环产生不饱和环状体系,不饱和环缩合,使体系聚合化,这就产生了良好的焦糖色和风味。焦糖色是我国传统的一种着色剂,含有酸度不同的羟基、羰基、烯醇基和酚羟基,是结构不清楚的大分子聚合物。它的等电点在pH3.0~6.9之间,甚至可低于pH3.0,随制造方法而异。
工业上生产焦糖色,采用的原料主要为蔗糖或糖蜜、糖浆等,可使用磷酸盐、无机盐、碱、柠檬酸、氨水或硫酸铵等作为催化剂。但加铵盐制成的焦糖含4-甲基咪唑,有强致惊厥作用,含量高或长期食用会影响神经系统健康,关于焦糖色的食品安全国家标准GB 1886.64—2015中对氨法或亚硫酸铵法制成的焦糖色中4-甲基咪唑的规定是不高于200mg/kg。
工业生产的焦糖色分为三类:一类是耐酸焦糖色素,用于可乐饮料;一类是啤酒用的焦糖色素;最后一类是焙烤食品用的焦糖色素。