褐变反应与脂质氧化

褐变反应和脂质氧化是食物在储存过程中，独立于微生物腐败，改变颜色、风味和营养价值的主要化学途径。褐变包括还原糖与氨基之间的非酶促美拉德反应、糖焦糖化以及由多酚氧化酶催化的酶促褐变；脂质氧化是不饱和脂肪与氧气反应产生酸败的过程。

Definition

褐变反应和脂质氧化是改变食品质量的主要非微生物化学过程：褐变（美拉德反应、焦糖化和酶促褐变）通过色素和香气的形成改变颜色和风味，而脂质氧化则将不饱和脂肪降解为异味和活性化合物。

Scope

本主题涵盖美拉德褐变、酶促褐变和脂质氧化的化学性质、产物和对食品质量的影响，以及促进或抑制这些反应的广泛因素。它是食品质量科学中关于劣变化学的参考资料；它不提供配方、添加剂剂量或关于反应产物的个体饮食建议。

Core questions

• 哪些化学反应驱动美拉德反应、焦糖化和酶促褐变，它们会形成哪些产物？
• 脂质氧化如何进行并产生酸败？
• 褐变何时是可取的（风味、颜色），何时是质量或安全问题？
• 哪些条件会加速或抑制这些反应？

Key concepts

• 美拉德反应
• 焦糖化
• 酶促褐变和多酚氧化酶
• 脂质氧化和自氧化
• 自由基链式反应
• 抗氧化剂和氧化稳定性
• 加工污染物（例如丙烯酰胺）
• 异味和酸败

Mechanisms

非酶促褐变始于美拉德反应，其中还原糖与氨基缩合，并通过一系列反应生成香气化合物、棕色类黑精色素，在某些条件下还会生成丙烯酰胺等加工污染物。焦糖化是糖类单独受热降解的过程。酶促褐变则不同：多酚氧化酶将受损植物组织中的酚类化合物氧化为醌类，这些醌类聚合形成棕色色素。脂质氧化是一种自由基链式反应，其中氧气攻击不饱和脂肪酸，形成氢过氧化物，氢过氧化物分解为醛类和其他导致酸败气味的挥发性物质；它受热、光、氧气和金属离子的促进，并可通过抗氧化剂和限制氧气暴露来减缓。这些反应可能是有益的（面包、咖啡或油炸食品的颜色和风味）或有害的（酸败、切割农产品的变色）。

Clinical relevance

这些反应影响烹饪和储存食品的颜色、风味、营养价值和污染物含量，这对于营养学和食品质量教学具有相关背景意义。本条目描述了化学性质及其对质量的影响；它不是个体化饮食决策的基础，关于丙烯酰胺等反应产物的陈述反映的是科学文献，而非临床指导。

Evidence & guidelines

证据基础是化学和机理性的，报告于食品化学综述和初步研究中，并关注美拉德反应衍生的加工污染物。标准参考文献包括Shahidi & Zhong (2010) 的脂质氧化综述、Friedman (2003) 的丙烯酰胺综述、Rannou et al. (2016) 的美拉德反应缓解工作，以及Zhang et al. (2022) 等的褐变控制综述。

History

糖与氨基酸之间的褐变反应最早由Louis-Camille Maillard在20世纪初描述，其在食品中的重要性通过20世纪中期的碳水化合物和风味化学得到阐述。脂质氧化化学通过自由基自氧化理论并行发展，21世纪初在加热食品中发现丙烯酰胺的形成，重新引起了对美拉德化学安全维度的关注。

Debates

美拉德产物的有益与有害性

美拉德化学产生理想的颜色和香气以及一些抗氧化类黑精，但也产生丙烯酰胺等加工污染物；通过加工控制平衡风味发展与污染物形成是一个活跃的研究领域。

Seminal works

• shahidi-zhong-2010
• friedman-2003

Frequently asked questions

酶促褐变和非酶促褐变有什么区别？

酶促褐变是由多酚氧化酶作用于受损植物组织中的酚类化合物（如切开的苹果）所催化的，而非酶促褐变——美拉德反应和焦糖化——是由热和化学作用驱动的，不涉及酶（如烘焙或烤制）。

褐变总是对食品质量有害吗？

不。褐变会产生面包皮、烘焙咖啡和油炸食品的理想颜色和风味。当它导致不必要的变色、异味、营养流失或加工污染物时，才会成为问题。