影響美拉德反應的幾種因素
12食品科學與工程3班鄧春林 201230600311
摘要：本文研究了溫度、時間、反應體系 ph、底物、金屬離子、水分活度和亞硫酸鹽對美拉德顏色反應的影響。實驗表明在一定條件下，溫度越高、時間越長美拉德反應的顏色越深，ph 低於7.
0 時反應不明顯，當 ph>7.0 時美拉德反應的速度加快。5 種糖的反應活性依次為木糖﹥半乳糖﹥葡萄糖﹥果糖，蔗糖無明顯反應。
不同氨基酸的美拉德反應程度不一樣。fe3+，mg2+ ，gu2+能促進美拉德反應；sn2+對美拉德反應起抑制作用;一定範圍內，水分活度越高，反應越易進行；
關鍵詞：美拉德反應；溫度；時間；ph；底物；金屬離子；水分活度；亞硫酸鹽
前言：美拉德反應也稱為羰氨反應是引起食品非酶褐變的主要因素之一。美拉德反應是加工食品色澤（如焙烤類食品的色澤）和各種風味的重要**，在調味品生產中尤為重要。
美拉德反應技術在香精領域中的應用打破了傳統的香精調配和生產工藝的範疇，是一種全新的香精香料生產應用技術，該技術在肉類香精及菸草香精中有非常好的應用，所形成的香精具天然肉類香精的逼真效果，具有調配技術無法比擬的作用，這在食品加工生產上具有特殊意義。由於美拉德反應無論從反應還是產物，均可視作天然，這些香基被國際權威機構認定為「天然的」，因而其應用已廣受關注。 美拉德反應是十分複雜的化學過程，反應歷程、反應產物的性質及結構受氨基酸及糖種類、性質的影響，而且還與反應時的水分、ph 值、反應的溫度和時間、金屬離子等有關。
本文**溫度、時間、反應體系 ph、底物、金屬離子、水分活度和亞硫酸鹽幾個因素對美拉德反應的影響，希望對食品加工提供有益的理論依據。
1. 溫度和時間對美拉德反應的影響
圖1 溫度和時間對美拉德反應的影響
由圖 1[1]可見，不同溫度加熱相同時間的吸光度不同。總體來說，吸光度隨溫度的公升高而增加，隨加熱時間的延長而增加。80℃時其吸光度較低，100℃時吸光度明顯增加，100 ℃的吸光度在每個加熱時間約是90℃的1.
5倍到8倍，是 80℃的4倍到20倍，加熱時間在 30 min 時的差值較小，隨著加熱時間的延長，吸光度的差別越顯著。說明低於 100 ℃時，反應溫度越高，反應越劇烈，時間越長，顏色越深。 當溫度高於 100 ℃，加熱相同時間比常壓加熱的吸光度大。
110 ℃加熱10 min 就可以相當於 90 ℃加熱 180 min 加熱所得產物的吸光度，比100 ℃ 30 min還大。121 ℃加熱 10 min 比 90 ℃加熱180 min 大 2倍，比 100 ℃ 90 min 還要大。121 ℃加熱 30 min 與100 ℃加熱 180 min 的吸光度相近。
所以高於 100 ℃時，其反應速度加快，達到相應吸光度的時間縮短。
由上可知，溫度越高，時間越長，美拉德反應的顏色越深，所以食品的加工處理應盡量避免長時間高溫，儲存時也以低溫為宜。
2. ph對美拉德反應的影響
圖2 ph值對蒜氨酸美拉德反應的影響
由圖2[2]可看出，隨著ph的公升高，溶液顏色加深，吸光度值增加，這表明美拉德反應產物增多。這是因為ph上公升，氨基酸的陰離子濃度增加，這有利於美拉德反應的進行。
美拉德反應一般隨著ph值的公升高而加劇， ph值偏酸性時則會抑制美拉德反應的發生,偏鹼性時會加速美拉德反應。其原因為：
(1)在酸性溶液中，由於氨基處於質子化狀態，由於帶正電荷 n 原子的吸引，電子離開 c1，使 1,2-烯醇化較為容易，使得葡基胺不能形成。同時，羰胺縮合是乙個可逆的過程，在酸性條件下，羰胺縮合產物很容易水解，羰胺縮合過程中封閉了游離的氨基，反應體系 ph 值就下降，所以酸性條件不利於反應的繼續進行。因此，在這樣的條件下美拉德反應不顯著。
(2)在鹼性條件下，由於鄰近 n 原子的影響，糖鹼基 c1上電子密度增大，使 1,2-烯醇化轉為困難，所以在鹼性介質中，一般進行 2,3-烯醇化。
3．醣類對美拉德反應的影響
圖3醣類對美拉德反應影響
從圖 3[1]可以看出，除蔗糖外，吸光度隨糖濃度的增加而增加，表明該範圍內糖濃度增加能促進美拉德反應。蔗糖是非還原糖，不含游離的羰基，所以在實驗條件下，與氨基酸沒有顯示反應活性。對於不同的糖，它們與賴氨酸反應的活性次序為：
木糖》半乳糖》葡萄糖》果糖》蔗糖。
查有關資料可知，五碳糖褐變速度是六碳糖的 10 倍，還原性單醣中五碳糖褐變速度排序為：核醣》阿拉伯糖》木糖，六碳糖排序為：半乳糖》甘露糖》葡萄糖。
還原性雙醣分子量大，反應速度也慢，這結果相符。木糖是五碳糖，相對於六碳糖來說，其碳鏈較短，碳架空間位阻效應小，故其活性大。而葡萄糖屬於醛糖，果糖屬於酮糖，醛糖比酮糖更易於發生反應，是因為醛糖的末端基團位阻效應小，更易與氨基酸發生反應。
故葡萄糖的活性大於果糖的活性。
4.氨基酸種類對美拉德反應的影響
表4[3]相等量葡萄糖和氨基酸混合物加熱產生的香氣
表4[3]相等量葡萄糖和氨基酸混合物加熱產生的香氣
由於各種食品中所含的氮基酸的種類差異很大,而氨基酸種類不同,就會導致不同食品發生美拉德反應後所產生的風味也不同，如表4。為此,在加工過程中,人們通常利用氨墓酸的這種性質,將其和葡萄糖直接加入食品,以提高和改善食品的風味。
查閱資料的得，氨基酸的種類、結構不同會導致美拉德反應速度的很大差異,如氨基酸中的氨基在ε-位或末位比在α-位反應速度快,鹼性氨基酸比酸性氨基酸的反應速度要快。對於α-氨基酸，碳鏈長度越短，反應性越強。
5.金屬離子對美拉德反應的影響
表5 金屬離子對蘆薈非酶褐變的影響
由表5[1]可知,不同金屬離子對非酶褐變反應的影響不同,鐵、銅、鎂均具有促進蘆薈製品非酶褐變反應的作用,其影響力由大到小的順序為:mg2+>fe3+>cu2+；但是sn2+對蘆薈製品非酶褐變反應具有一定的抑制作用,這可能與sn2+具有還原能力有關。
6.水分活度對美拉德反應的影響
圖6 不同ａｗ對蛋糕黃度指數的影響
由圖6[5]可知，蛋糕的ａｗ值在0.85時,其顏色變化不明顯；奶油蛋糕的初始ａｗ大約為0.88,在ａｗ為0.
88和0.92時,蛋糕褐變速度加快, 即水分活度越高，美拉德反應越容易發生因此適當的控制ａｗ,能夠有效的控制褐變,此外,降低水分活度還能夠起到抑制微生物生長的作用。
美拉德反應速度與反應物濃度成正比，在完全乾燥條件下，難以進行；水分在10%-15%時，反應易進行，因此適當的控制ａｗ,能夠有效的控制褐變,此外,降低水分活度還能夠起到抑制微生物生長的作用。
7.亞硫酸鹽對美拉德反應的影響
由上圖[6]可知，亞硫酸鹽對脫色率有較大的影響，在條件固定時,在一定範圍內,亞硫酸鹽用量的增加,脫色率增加,但亞硫酸鹽用量增加到一定程度時,脫色率提高的幅度不大。這主要是由於模擬糖液中有色物含量隨著抑制劑用量的增加而不斷減少,當大部分的有色物被抑制劑破壞或結合時,再增加抑制劑的用量,也沒有明顯的脫色效果。
脫色率反映的是美拉德反應進行的程度，即亞硫酸鹽能有效的抑制美拉德反應的進行。其原因是反應物的羰基可以和亞硫酸根結合形成加成化合物,基加中成物能與氨基化合物縮合,但縮合產物不能再進一步生成薛夫鹼和氮代葡萄糖基胺,阻止了美拉德反應的進一步發生,因而有明顯的抑制效果;此外,亞硫酸根還能與中間產物的羰基結合形成加成化合物,這些加成化合物的褐變活性遠低於氨基化合物和還原糖所形成的中間產物,實際等於使用後面生成類黑精的反應難以發生。加成的結果:
使有機物失去雙鍵或減少雙鍵,因而使顏色失去或變淺。因此亞硫酸鹽抑制美拉德反應褐變主要是因為亞硫酸鹽捕獲了強褐變活性的中間體,而生成了褐變活性很低的中間產物,從而抑制了美拉德反應。
結論 值對美拉德反應的影響比溫度、時間的影響更大，ph<7.0 時反應不明顯，在 ph>7.0 時反應明顯加快，當 ph>11.0 時，美拉德反應顏色變化明顯減弱，
所以在 ph>11.0 時，ph 的變化對美拉德反應的影響減弱。
2.在相同條件下，加熱時間越長，美拉德反應顏色越深。溫度越高反應越快，低於 80 ℃時顏色反應不明顯。
溫度每公升高 10 ℃，達到相同的吸光度所需時間約減少2~3 倍。高於100 ℃時反應速度明顯加快。
3.5 種糖即蔗糖、木糖、半乳糖、葡萄糖、果糖分別與賴氨酸反應的活性次序為：木糖﹥半乳糖﹥葡萄糖﹥果糖。蔗糖沒有顯示反應活性。
4.氨基酸的種類、結構不同會導致美拉德反應速度的很大差異,如氨基酸中的氨基在ε-位或末位比在α-位反應速度快,鹼性氨基酸比酸性氨基酸的反應速度要快。對於α-氨基酸，碳鏈長度越短，反應性越強。
所產生的香味也有所不同。
5.不同金屬離子對非酶褐變反應的影響不同,鐵、銅、鎂均具有促進蘆薈製品非酶褐變反應的作用,其影響力由大到小的順序為:mg2+>fe3+>cu2+；但是sn2+對蘆薈製品非酶褐變反應具有一定的抑制作用,這可能與sn2+具有還原能力有關。
6.美拉德反應速度與反應物濃度成正比，在完全乾燥條件下，難以進行；水分在10%-15%時，反應易進行，因此適當的控制ａｗ,能夠有效的控制褐變。
7.亞硫酸鹽能有效的抑制美拉德反應的進行。在條件固定時,在一定範圍內,亞硫酸鹽用量的增加,美拉德反應進行的程度減弱,但亞硫酸鹽用量增加到一定程度時,美拉德反應減弱的幅度不大。
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