Food-Info.net > Konula > Gıda bileşenleri > Gıda renklerdir > Esmerleşme

Maillard reaksiyonları

Maillard reaksiyonu adını Fransız bilim adamı Louis Camille Maillard'dan (1878-1936) alır ki o 1912 yılında amino asidler ve karbonhidratların reaksiyonları üzerinda çalışmıştır ve bu onun 1913 te yayınlanmış olan PhD tezinin bir parçasıdır (referans 1).

Maillard (Kaynak)

Maillard reaksiyonu , tek bir reaksiyon değildir, amino asitler ve indirgen şekerlerin arasında, genellikle yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen reaksiyonların, bir kompleks serisidir. Karamelizasyon gibi enzimatik olmayan esmerleşmenin bir çeşididir.

Bu işlemde, yüzlerce farklı lezzet bileşiği meydana gelir. Bu bileşikler parçalanarak yeni lezzet bileşiklerine dönüşürler. Maillard reaksiyonu boyunca, gıdaların herbir çeşidinde çok özel lezzet bileşikleri oluşur.

Maillard reaksiyonları, fırında pişmiş, kızartılmış yada diğer ısısal işlem görmüş bütün gıdalarda önemlidir. Maillard reaksiyonları, ekmeğin, kurabiyelerin, keklerin, etin, biranın, çikolatanın, patlamış mısırın, pilavın lezzetinden (kısmen) sorumludur. Birçok olayda, kahve gibi, lezzet Maillard reaksiyonları ve karamelizasyonun bir kombinasyonudur. Bununla birlikte, karamelizasyon sadece 120-150 °C'nin üzerinde oluşurken, Maillard reaksiyonları oda sıcaklığında meydana gelir.

Bir yüzyıla yakın çalışılmış olmasına rağmen, Maillard reaksiyonları oldukça komplekstir hala birçok reaksiyon ve yolları bilinmemektedir. Maillard reaksiyonlarının ve böylece son renk ve aromanın oluşmasında birçok farklı faktör rol oynar; pH (asitlik), amino asitlerin ve şekerlerin çeşitleri, sıcaklık, zaman, oksijenin bulunması, su, su aktivitesi (a w) ve diğer bütün gıda bileşenleri önemlidir.

Maillard reaksiyonlarının ilk basamağı, glukoz gibi bir indirgen şekerin, bir amino asitle reaksiyonudur. Bu reaksiyon aşağıda Şekil 1'de gösterilmekte ve Amadori bileşiği denilen reaksiyon ürünü ile sonuçlanır.

Şekil 1 : Glukoz ve bir amino asit (RNH₂) arasında olan maillard reaksiyonlarının ilk basamağı, R amino asitin yan grubu (ref. 2'den)

Daha büyük şekerlerin amino asitlerle reaksiyonu daha yavaştır. Pentoz şekerler (5 karbon atomu), riboz gibi, heksoz şekerlerden (glukoz, fruktoz) ve disakkaritlerden (şeker, laktoz) daha hızlı reaksiyona girerler. Amino asitlerden lisin, iki amino grubuyla, daha hızlı reaksiyona girer ve koyu rengin oluşmasına neden olur. Sistein, sülfur grubu ile, spesifik lezzetlere neden olur, fakat daha az renk oluşur. Şeker alkolleri yada polioller (sorbitol, ksilitol) maillard reaksiyonlarına katılmazlar. Bunun anlamı fırın ürünleri sorbitolle tatlandırıldığında, fırınlama esnasında renk değişmez yada zorlukla değişir.

Bir sonraki basamaklar, Amadori bileşiğinin izomerine bağlı olarak farklılık gösterir. Herbirinde amino asit yer değiştirir ve en sonunda önemli lezzet bileşikleri olan furfural ve hidroksimetil furfurala (HMF) indirgenen reaktif bileşikler oluşur. Diğer reaksiyon Amadori-yeniden düzenlenmesi olarak adlandırılan, temel esmerleşme reaksiyonlarının başlangıç noktasıdır, bak Şekil 2.

Şekil 2 : HMF'nin olşumu ve Amadori-yeniden düzenlenmesi (ref 2'den)

Furfural ve hidroksimetil furfural, Maillard reaksiyonlarında oluşan karakteristik lezzet bileşikleridir. Furfural, pentoz şekerlerin (riboz gibi) reaksiyonlarının sonucunda oluşur; HMF ise heksoz şekerlerin (glukoz, fruktoz) reaksiyonu sunucu oluşur.

Şekil 3 : Furfural ve HMF'nin yapısı

• Dehidrasyon reaksiyonları,
• Bölünme, kısa zincirli hidrolitik ürünler üretildiği zaman, örneğin diasetil ve pürivaldehid
• Amino asitlerle “Strecker parçalanmaları” yada aldollere kondense olabilir.

Bu üç yol sonucunda, lezzet bileşenleri ve kahverengi, yüksek molekül ağırlıklı pigmentleri, melanoidin, içeren çok kompleks karışımlar oluşur.

Melanoidinler kahve, ekmek ve bira gibi birçok gıdada bulunur. Bununla birlikte, şimdiye kadar, gıda bileşenlerinin bu grubunun, yapısal, fonksiyonel ve fizyolojik özelliklerine ait bilgiler oldukça sınırlıdır.

Maillard reaksiyonu ürünleri böylece gıdanın renk ve lezzetini değiştirir, ve çoğu zaman bu değişiklikler insanlar tarafından beğenilir. Buna ek olarak melanoidinler, yararlı anti-oksidan özelliklerlere sahiptir.

Diğer yandan, Maillard reaksiyonları, ürünün besin değerini azaltabilir, amino asitler ve karbonhidratlar kaybolabilir. Bazen bu lezzet beğenilmez, sterilize sütteki “pişmiş lezzet“ buna örnek verilebilir.

Maillardın bazı son ürünleri toksik ve karsinojenik olabilir. Maillard reaksiyonu ürünlerinden biri akrilamidtir, sadece 180°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oluşan potansiyel toksik bileşiktir, özellikle fırınlanmış yada kızartılmış ürünlerde (French fries) oluşur. Kızartma 180 °C aşağı olduğu zaman akrilamid oluşmaz.

Genel olarak maillard ürünleri binlerce yıllardır bizim gıdalarımızda bulunur ve dünyadaki bütün insanlar tarafından günlük olarak tüketilir.

Gıdayı ısıttığımızda, maillard reaksiyonlarından korunmak mümkün değildir veya çok zordur. Sadece şeker ve amino asitlerin uzaklaştırılmasıyla veya çok asitli yada alkali ürün yapılarak reaksiyondan korunulur.

Referanslar ve kaynaklar:

1) L. C. Maillard la ilgili üç referans 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