Phản ứng hóa nâu và quá trình oxy hóa lipid

Phản ứng hóa nâu và quá trình oxy hóa lipid là những con đường hóa học chính làm thay đổi màu sắc, hương vị và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm theo thời gian, độc lập với sự hư hỏng do vi sinh vật. Hóa nâu bao gồm phản ứng Maillard không enzyme giữa đường khử và nhóm amino, quá trình caramel hóa đường và quá trình hóa nâu enzyme được xúc tác bởi polyphenol oxidase; quá trình oxy hóa lipid là phản ứng của chất béo không bão hòa với oxy tạo ra mùi ôi.

Definition

Phản ứng hóa nâu và quá trình oxy hóa lipid là các quá trình hóa học phi vi sinh vật chính làm thay đổi chất lượng thực phẩm: hóa nâu (Maillard, caramel hóa và enzyme) làm thay đổi màu sắc và hương vị thông qua sự hình thành sắc tố và mùi thơm, và quá trình oxy hóa lipid làm suy giảm chất béo không bão hòa thành các hợp chất có mùi vị khó chịu và dễ phản ứng.

Scope

Chủ đề này bao gồm hóa học, sản phẩm và hậu quả về chất lượng của quá trình hóa nâu Maillard, hóa nâu enzyme và quá trình oxy hóa lipid, cùng với các yếu tố rộng thúc đẩy hoặc ức chế chúng. Đây là tài liệu tham khảo về hóa học suy giảm chất lượng trong khoa học chất lượng thực phẩm; nó không cung cấp công thức chế biến, liều lượng phụ gia hoặc lời khuyên ăn kiêng cá nhân về các sản phẩm phản ứng.

Core questions

• Hóa học nào thúc đẩy quá trình hóa nâu Maillard, caramel hóa và enzyme, và chúng tạo ra những sản phẩm nào?
• Quá trình oxy hóa lipid diễn ra như thế nào và tạo ra mùi ôi?
• Khi nào quá trình hóa nâu là mong muốn (hương vị, màu sắc) và khi nào nó là mối lo ngại về chất lượng hoặc an toàn?
• Những điều kiện nào làm tăng tốc hoặc ức chế các phản ứng này?

Key concepts

• Phản ứng Maillard
• Caramel hóa
• Hóa nâu enzyme và polyphenol oxidase
• Oxy hóa lipid và tự oxy hóa
• Phản ứng dây chuyền gốc tự do
• Chất chống oxy hóa và độ ổn định oxy hóa
• Chất gây ô nhiễm trong quá trình chế biến (ví dụ: acrylamide)
• Mùi vị khó chịu và mùi ôi

Mechanisms

Quá trình hóa nâu không enzyme bắt đầu bằng phản ứng Maillard, trong đó một loại đường khử ngưng tụ với một nhóm amino và tiếp tục thông qua một chuỗi phản ứng tạo ra các hợp chất mùi thơm, sắc tố melanoidin màu nâu và, trong một số điều kiện, các chất gây ô nhiễm trong quá trình chế biến như acrylamide. Caramel hóa là quá trình phân hủy đường đơn thuần do nhiệt. Quá trình hóa nâu enzyme thì khác biệt: polyphenol oxidase oxy hóa các hợp chất phenolic trong mô thực vật bị tổn thương thành quinone, sau đó polymer hóa thành các sắc tố màu nâu. Quá trình oxy hóa lipid là một phản ứng dây chuyền gốc tự do trong đó oxy tấn công các axit béo không bão hòa, tạo thành hydroperoxide phân hủy thành aldehyde và các chất dễ bay hơi khác gây ra mùi ôi; nó được thúc đẩy bởi nhiệt, ánh sáng, oxy và các ion kim loại và được làm chậm bởi chất chống oxy hóa và bằng cách hạn chế tiếp xúc với oxy. Các phản ứng này có thể mong muốn (màu sắc và hương vị của bánh mì, cà phê hoặc thực phẩm chiên) hoặc không mong muốn (mùi ôi, sự đổi màu của sản phẩm tươi cắt).

Clinical relevance

Các phản ứng này định hình màu sắc, hương vị, giá trị dinh dưỡng và hàm lượng chất gây ô nhiễm của thực phẩm đã nấu chín và bảo quản, đây là kiến thức nền tảng liên quan cho việc giảng dạy dinh dưỡng và chất lượng thực phẩm. Mục này mô tả hóa học và hậu quả về chất lượng của nó; nó không phải là cơ sở cho các quyết định ăn kiêng cá nhân hóa, và các tuyên bố về các sản phẩm phản ứng như acrylamide phản ánh tài liệu khoa học hơn là hướng dẫn lâm sàng.

Evidence & guidelines

Cơ sở bằng chứng là hóa học và cơ chế, được báo cáo trong các đánh giá hóa học thực phẩm và các nghiên cứu ban đầu, với sự chú ý của cơ quan quản lý đối với các chất gây ô nhiễm trong quá trình chế biến có nguồn gốc từ Maillard. Các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn bao gồm đánh giá về quá trình oxy hóa lipid của Shahidi & Zhong (2010), đánh giá về acrylamide của Friedman (2003), công trình giảm thiểu Maillard của Rannou et et al. (2016), và các đánh giá kiểm soát hóa nâu như Zhang et al. (2022).

History

Phản ứng hóa nâu giữa đường và axit amin lần đầu tiên được mô tả bởi Louis-Camille Maillard vào đầu thế kỷ XX, và ý nghĩa của nó đối với thực phẩm đã được làm rõ thông qua hóa học carbohydrate và hương vị vào giữa thế kỷ. Hóa học oxy hóa lipid được phát triển song song thông qua lý thuyết tự oxy hóa gốc tự do, và việc phát hiện ra sự hình thành acrylamide trong thực phẩm được đun nóng vào đầu những năm 2000 đã làm mới sự chú ý đến khía cạnh an toàn của hóa học Maillard.

Debates

Sản phẩm Maillard có lợi và có hại

Hóa học Maillard tạo ra màu sắc và mùi thơm mong muốn và một số melanoidin chống oxy hóa, nhưng cũng tạo ra các chất gây ô nhiễm trong quá trình chế biến như acrylamide; việc cân bằng sự phát triển hương vị với sự hình thành chất gây ô nhiễm thông qua kiểm soát chế biến là một lĩnh vực hoạt động tích cực.

Seminal works

• shahidi-zhong-2010
• friedman-2003

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa hóa nâu enzyme và không enzyme là gì?

Hóa nâu enzyme được xúc tác bởi polyphenol oxidase tác động lên các hợp chất phenolic trong mô thực vật bị tổn thương (như trong táo cắt lát), trong khi hóa nâu không enzyme — phản ứng Maillard và caramel hóa — được thúc đẩy bởi nhiệt và hóa học mà không có enzyme (như trong nướng hoặc rang).

Hóa nâu luôn có hại cho chất lượng thực phẩm phải không?

Không. Hóa nâu tạo ra màu sắc và hương vị mong muốn của vỏ bánh mì, cà phê rang và thực phẩm chiên. Nó trở thành vấn đề khi nó gây ra sự đổi màu không mong muốn, mùi vị khó chịu, mất chất dinh dưỡng hoặc các chất gây ô nhiễm trong quá trình chế biến.