ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลและการออกซิเดชันของไขมัน

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลและการออกซิเดชันของไขมันเป็นเส้นทางเคมีหลักที่ทำให้อาหารเปลี่ยนสี รสชาติ และคุณค่าทางโภชนาการเมื่อเวลาผ่านไป โดยไม่ขึ้นกับการเน่าเสียจากจุลินทรีย์ การเกิดสีน้ำตาลประกอบด้วยปฏิกิริยาเมลลาร์ดที่ไม่ใช้เอนไซม์ระหว่างน้ำตาลรีดิวซ์และหมู่อะมิโน การเกิดคาราเมลของน้ำตาล และการเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์โพลีฟีนอลออกซิเดส ส่วนการออกซิเดชันของไขมันคือปฏิกิริยาของไขมันไม่อิ่มตัวกับออกซิเจนที่ทำให้เกิดกลิ่นหืน

Definition

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลและการออกซิเดชันของไขมันเป็นกระบวนการทางเคมีที่ไม่ใช่จุลินทรีย์หลักที่เปลี่ยนแปลงคุณภาพอาหาร: การเกิดสีน้ำตาล (เมลลาร์ด, คาราเมล, และเอนไซม์) เปลี่ยนสีและรสชาติผ่านการสร้างเม็ดสีและกลิ่นหอม และการออกซิเดชันของไขมันจะย่อยสลายไขมันไม่อิ่มตัวให้เป็นสารประกอบที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์และสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงเคมี ผลิตภัณฑ์ และผลกระทบต่อคุณภาพของการเกิดสีน้ำตาลแบบเมลลาร์ด การเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์ และการออกซิเดชันของไขมัน รวมถึงปัจจัยกว้างๆ ที่ส่งเสริมหรือยับยั้งปฏิกิริยาเหล่านี้ เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับเคมีของการเสื่อมสภาพภายในวิทยาศาสตร์คุณภาพอาหาร โดยไม่ได้ให้สูตรการปรุง สารเติมแต่ง หรือคำแนะนำด้านโภชนาการส่วนบุคคลเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา

Core questions

• เคมีใดที่ขับเคลื่อนการเกิดสีน้ำตาลแบบเมลลาร์ด คาราเมล และเอนไซม์ และผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นคืออะไร?
• การออกซิเดชันของไขมันดำเนินไปอย่างไรและทำให้เกิดกลิ่นหืนได้อย่างไร?
• เมื่อใดที่การเกิดสีน้ำตาลเป็นที่ต้องการ (รสชาติ สี) และเมื่อใดที่มันเป็นข้อกังวลด้านคุณภาพหรือความปลอดภัย?
• เงื่อนไขใดที่เร่งหรือยับยั้งปฏิกิริยาเหล่านี้?

Key concepts

• ปฏิกิริยาเมลลาร์ด
• การเกิดคาราเมล
• การเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์และเอนไซม์โพลีฟีนอลออกซิเดส
• การออกซิเดชันของไขมันและการออกซิเดชันอัตโนมัติ
• ปฏิกิริยาลูกโซ่อนุมูลอิสระ
• สารต้านอนุมูลอิสระและความคงตัวต่อการออกซิเดชัน
• สารปนเปื้อนในกระบวนการผลิต (เช่น อะคริลาไมด์)
• กลิ่นไม่พึงประสงค์และกลิ่นหืน

Mechanisms

การเกิดสีน้ำตาลที่ไม่ใช้เอนไซม์เริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาเมลลาร์ด ซึ่งน้ำตาลรีดิวซ์จะควบแน่นกับหมู่อะมิโนและดำเนินไปตามลำดับที่ให้สารประกอบอะโรมา เม็ดสีเมลานอยดินสีน้ำตาล และภายใต้เงื่อนไขบางประการ สารปนเปื้อนในกระบวนการผลิต เช่น อะคริลาไมด์ การเกิดคาราเมลคือการย่อยสลายน้ำตาลเพียงอย่างเดียวที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อน การเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์นั้นแตกต่างกัน: เอนไซม์โพลีฟีนอลออกซิเดสจะออกซิไดซ์สารประกอบฟีนอลิกในเนื้อเยื่อพืชที่เสียหายให้เป็นควิโนนที่รวมตัวกันเป็นเม็ดสีน้ำตาล การออกซิเดชันของไขมันเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่อนุมูลอิสระที่ออกซิเจนเข้าทำปฏิกิริยากับกรดไขมันไม่อิ่มตัว ก่อให้เกิดไฮโดรเปอร์ออกไซด์ที่แตกตัวเป็นอัลดีไฮด์และสารระเหยอื่นๆ ที่ทำให้เกิดกลิ่นหืน ซึ่งถูกส่งเสริมโดยความร้อน แสง ออกซิเจน และไอออนของโลหะ และถูกชะลอโดยสารต้านอนุมูลอิสระและการจำกัดการสัมผัสออกซิเจน ปฏิกิริยาเหล่านี้อาจเป็นที่ต้องการ (สีและรสชาติของขนมปัง กาแฟ หรืออาหารทอด) หรือไม่เป็นที่ต้องการ (กลิ่นหืน การเปลี่ยนสีของผลิตผลที่หั่นแล้ว)

Clinical relevance

ปฏิกิริยาเหล่านี้กำหนดสี รสชาติ คุณค่าทางโภชนาการ และปริมาณสารปนเปื้อนของอาหารที่ปรุงสุกและเก็บไว้ ซึ่งเป็นพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการสอนด้านโภชนาการและคุณภาพอาหาร ข้อมูลนี้อธิบายถึงเคมีและผลกระทบต่อคุณภาพ ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจด้านอาหารส่วนบุคคล และข้อความเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา เช่น อะคริลาไมด์ สะท้อนถึงวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์มากกว่าแนวทางทางคลินิก

Evidence & guidelines

หลักฐานอ้างอิงเป็นข้อมูลทางเคมีและกลไก ซึ่งรายงานในบทวิจารณ์เคมีอาหารและการศึกษาเบื้องต้น โดยมีการให้ความสนใจด้านกฎระเบียบต่อสารปนเปื้อนในกระบวนการผลิตที่ได้จากปฏิกิริยาเมลลาร์ด ข้อมูลอ้างอิงมาตรฐานรวมถึงบทวิจารณ์การออกซิเดชันของไขมันโดย Shahidi & Zhong (2010), บทวิจารณ์อะคริลาไมด์โดย Friedman (2003), งานบรรเทาปฏิกิริยาเมลลาร์ดโดย Rannou et al. (2016) และบทวิจารณ์การควบคุมการเกิดสีน้ำตาล เช่น Zhang et al. (2022)

History

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลระหว่างน้ำตาลและกรดอะมิโนได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Louis-Camille Maillard ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และความสำคัญต่ออาหารได้รับการอธิบายอย่างละเอียดผ่านเคมีคาร์โบไฮเดรตและรสชาติในช่วงกลางศตวรรษ เคมีของการออกซิเดชันของไขมันได้รับการพัฒนาควบคู่ไปกับทฤษฎีการออกซิเดชันอัตโนมัติของอนุมูลอิสระ และการค้นพบการก่อตัวของอะคริลาไมด์ในอาหารที่ผ่านความร้อนในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ได้กระตุ้นความสนใจอีกครั้งในมิติความปลอดภัยของเคมีเมลลาร์ด

Debates

ผลิตภัณฑ์เมลลาร์ดที่เป็นประโยชน์เทียบกับที่เป็นอันตราย

เคมีเมลลาร์ดสร้างสีและกลิ่นหอมที่พึงประสงค์และเมลานอยดินบางชนิดที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ แต่ก็สร้างสารปนเปื้อนในกระบวนการผลิต เช่น อะคริลาไมด์ การสร้างสมดุลระหว่างการพัฒนารสชาติกับการก่อตัวของสารปนเปื้อนผ่านการควบคุมกระบวนการเป็นพื้นที่ทำงานที่กำลังดำเนินอยู่

Seminal works

• shahidi-zhong-2010
• friedman-2003

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์และไม่ใช้เอนไซม์คืออะไร?

การเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์โพลีฟีนอลออกซิเดสที่ออกฤทธิ์ต่อสารประกอบฟีนอลิกในเนื้อเยื่อพืชที่เสียหาย (เช่นในแอปเปิลที่หั่นแล้ว) ในขณะที่การเกิดสีน้ำตาลที่ไม่ใช้เอนไซม์ — ปฏิกิริยาเมลลาร์ดและการเกิดคาราเมล — ถูกขับเคลื่อนด้วยความร้อนและเคมีโดยไม่มีเอนไซม์ (เช่นในการอบหรือคั่ว)

การเกิดสีน้ำตาลเป็นสิ่งที่ไม่ดีต่อคุณภาพอาหารเสมอไปหรือไม่?

ไม่ การเกิดสีน้ำตาลทำให้เกิดสีและรสชาติที่พึงประสงค์ของเปลือกขนมปัง กาแฟคั่ว และอาหารทอด มันจะกลายเป็นปัญหาเมื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนสีที่ไม่พึงประสงค์ กลิ่นไม่พึงประสงค์ การสูญเสียสารอาหาร หรือสารปนเปื้อนในกระบวนการผลิต