Food-Info.net> Onderwerpen > Ingrediënten > Kleurstoffen > Bruinkleuring >

Maillard reacties

De Maillard reactie is vernoemd naar de Franse wetenschapper Louis Camille Maillard (1878-1936), die de reactie van aminozuren en koolhydraten bestudeerde in 1912. Dit onderzoek was een deel van zijn promotiestudie en is gepubliceerd in 1913 (referentie 1).

Maillard (bron)

De Maillard reactie is niet een enkele reactie, maar een complexe serie van reacties tussen aminozuren en gereduceerde suikers. Deze vinden meestal plaats bij verhoogde temperaturen. Een voorbeeld is karamelisering . Het is een vorm van enzymatische bruinkleuring.

Tijdens het proces worden honderden verschillende smaakcomponenten gevormd. Deze componenten breken op hun beurt weer af om weer nieuwe smaakcomponenten te vormen en zo verder. Elk type voedsel heeft een eigen, erg bepalende set van smaakcomponenten die worden gevormd door de Maillard reactie.

Maillard reacties zijn belangrijk bij het bakken, frituren of het op een andere manier verhitten van bijna al het voedsel. Maillard reacties zijn (gedeeltelijk) verantwoordelijk voor de smaak van brood, koekjes, cake, vlees, bier, chocolade, popcorn en gekookte rijst. In veel gevallen, zoals in koffie, is de smaak een combinatie van de Maillard reactie en karamelisering, hoewel karamelisering alleen plaatsvindt bij een temperatuur boven de 120-150 ^oC en de Maillard reacties al bij kamertemperatuur plaatsvinden.

Hoewel de Maillard reactie al een eeuw bestudeerd is, is het zo complex dat nog steeds vele reacties onbekend zijn. Veel verschillende factoren spelen een rol in de Maillard reactie en dus ook in de uiteindelijke kleur en aroma; pH (zuurtegraad), type aminozuren en suikers, temperatuur, tijd, aanwezigheid van zuurstof, water, wateractiviteit (a_w) en andere componenten in voedsel zijn allemaal belangrijk.

De eerste stap van de Maillard reactie is de reactie tussen een gereduceerde suiker, zoals glucose, en een aminozuur. Deze reactie is gegeven in figuur 1 hieronder en resulteert in een reactieproduct, een Amadori component genaamd.

Fig. 1 : de beginstap van de Maillard reactie tussen glucose en een aminozuur(RNH₂), waar R de zijketen van het aminozuur is. (uit referentie 2)

De Amadori componenten kunnen makkelijke isomeriseren tot drie verschillende structuren, zoals weergegeven in figuur 1. Deze verschillende structuren kunnen verschillend reageren in de vervolgstappen. In voedsel zijn gemiddeld meer dan 5 verschillende reactieve suikers aanwezig en 20 reactieve aminozuren. Alleen de eerste stap resulteert dus theoretisch al in meer dan 100 verschillende reactieproducten.

Hoe groter de suiker, hoe langzamer deze zal reageren met een aminozuur. De pentose suikers (5 koolstofatomen), zoals ribose, zullen sneller reageren dan hexose suikers (glucose, fructose) en disacchariden (suiker, lactose). Bij het aminozuur reageert lysine, met twee aminogroepen, het snelst en veroorzaakt donkerder kleuren. Cysteïne, met een sulfhydrylgroep veroorzaakt specifieke smaken, maar minder kleur. Suiker alcoholen of polyolen (sorbitol, xylitol) nemen niet deel aan de Maillard reactie. Dit betekent dat (bakkerij)producten die gezoet worden met sorbitol niet veranderen in kleur tijdens het bakken.

De volgende stappen zijn nogal verschillend, afhankelijk van de isomeer van het Amadori component. Bij alle reactieschema's is het aminozuur verwijderd, wat resulteert in een reactief component dat uiteindelijk degradeert tot de belangrijke smaakcomponenten furfural en hydroxymethylfurfural (HMF). Een andere reactie is de zogenaamde Amadori herschikking, die het begin is van de belangrijkste bruinkleuringsreacties. (zie figuur 2)

Fig. 2: Formatie van HMF en Amadori herschikking (uit referentie 2)

Furfural en hydroxymethylfurfural zijn karakteristieke smaakcomponenten van de Maillard reactie. Furfural is het resultaat van de reactie met een pentose suiker (zoals ribose); HMF is het resultaat van een reactie met een hexose (glucose, saccharose).

Fig. 3: Structuren van fural en HMF

Na de Amadori herschikking kunnen drie belangrijke reactieschema's worden beschreven:

• Dehydratie reacties
• Splitsing, waarbij hydrolytische producten met een korte keten worden geproduceerd. Bijvoorbeeld diacetyl en pyruvaldehyde.
• “Strecker degradaties” met aminozuren, of deze kunnen worden gecondenseerd tot aldolen.

Deze drie belangrijke reactieschema's resulteren uiteindelijk in erg complexe mengsels, waaronder smaakcomponenten en bruine pigmenten met een groot moleculair gewicht: de melanoïden .

Melanoïden zijn aanwezig in veel levensmiddelenproducten zoals koffie, brood en bier. Toch is er tot nu toe weinig kennis over de structurele, functionele en fysiologische eigenschappen van deze groep componenten.

De Maillard reactieproducten veranderen de kleur en de smaak van levensmiddelen en in de meeste gevallen worden deze veranderingen gewaardeerd door de consument. De melanoïden hebben bovendien ook andere gunstige eigenschappen, zoals als een antioxidant.

Aan de andere kant kunnen Maillard reactieproducten de voedingswaarde van een product verlagen, bijvoorbeeld door het verlies van aminozuren en koolhydraten. Soms is de smaak niet gewenst zoals de “ kooksmaak” in gesteriliseerde melk.

Sommige van de Maillard eindproducten kunnen toxisch of kankerverwekkend zijn. Een Maillard reactieproduct is acrylamide. Dit is een potentieel giftige stof die alleen gevormd wordt bij temperaturen hoger dan 180 ^oC, vooral in gebakken of gefrituurde producten (patat). Als je frituurt onder de 180 ^oC wordt acrylamide niet gevormd.

Over het algemeen kan gezegd worden dat Maillard producten al meer dan duizend jaar aanwezig zijn in ons voedsel en worden dagelijks geconsumeerd door bijna alle mensen in de wereld. Bij het verhitten van voedsel kunnen Maillard reacties niet, of bijna niet, voorkomen worden. Alleen door het verwijderen van suikers of aminozuren, of door het product erg zuur of basisch te maken kunnen de reacties voorkomen worden.

Referenties en bronnen:

1) drie referenties door L. C. Maillard van http://www.lc-maillard.org/ :

• Réaction générale des acides aminés sur les sucres. Journal de Physiologie, 1912 tome 14 page 813;
• Action des acides aminés sur les sucres: formation des mélanoïdines par voie méthodique. Compte-rendu de l'Académie des sciences, 1912 tome 154, page 66-68.
• Réaction générale des acides aminés sur les sucres: ses conséquences biologiques. Compte-rendu Société de Biologie, 1912, tome 72 (LXXII), page 599 à 601 (559-561)
• Thèse présentée à la Fac des Sciences de Paris. Action de la glycérine et des sucres sur les acides x-aminés : cyclo-glycil-glycines & polypeptides; mélanoïdines et matières humiques. Laval . Imp. De L. Barnéoud 1913. In 8° XV 425 pages . Bibliothèque Nationale 4° R 489. 1508.série A n° 738 & n° 1508

2) Owen R. Fennema, Food Chemistry, 3rd Edition, 1996
3) http://www.chemsoc.org/chembytes/ezine/1997/naughty.htm
4) http://www.gdch.de/vas/tagungen/archiv/5561.htm
5) http://en.wikipedia.org/wiki/Maillard_Reaction