影響美拉德反應(yīng)的幾種因素研究

影響美拉德反應(yīng)的幾種因素研究一、本文概述美拉德反應(yīng)，又稱梅拉德反應(yīng)或麥拉德反應(yīng)，是一種在食品加工和烹飪過程中常見的非酶促褐變反應(yīng)。該反應(yīng)涉及氨基酸或蛋白質(zhì)與糖之間的相互作用，生成一系列具有風味和色澤的化合物，對于食品的風味、色澤和營養(yǎng)價值具有重要影響。本文旨在探討影響美拉德反應(yīng)的幾種關(guān)鍵因素，包括反應(yīng)溫度、pH值、水分活度、底物濃度以及反應(yīng)時間等，以期為提高食品品質(zhì)和控制美拉德反應(yīng)過程提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。本文將對美拉德反應(yīng)的基本原理進行簡要介紹，包括其反應(yīng)機制、主要產(chǎn)物以及對食品品質(zhì)的影響。隨后，將重點分析反應(yīng)溫度、pH值、水分活度、底物濃度和反應(yīng)時間等因素如何影響美拉德反應(yīng)的速率和程度。通過綜述相關(guān)文獻和實驗結(jié)果，本文將揭示這些因素對美拉德反應(yīng)的具體作用機制，并探討如何通過調(diào)控這些因素來優(yōu)化食品加工過程中的美拉德反應(yīng)，從而改善食品的風味、色澤和營養(yǎng)價值。本文還將討論在實際食品加工中如何應(yīng)用這些研究成果，以提高食品品質(zhì)和控制美拉德反應(yīng)過程。將對未來的研究方向進行展望，以期為推動美拉德反應(yīng)在食品科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展提供有益參考。二、美拉德反應(yīng)的基本原理美拉德反應(yīng)，也稱為梅拉德反應(yīng)或麥拉德反應(yīng)，是一種在食品加工和儲存過程中廣泛存在的非酶促褐變反應(yīng)。其基本原理主要涉及氨基酸或蛋白質(zhì)與還原糖之間的相互作用。美拉德反應(yīng)可以分為三個階段：初級階段、中級階段和高級階段。在初級階段，氨基酸與還原糖發(fā)生縮合反應(yīng)，生成一種稱為阿馬多里化合物的中間產(chǎn)物。這一階段反應(yīng)速度較快，且不需要酶的參與。進入中級階段，阿馬多里化合物進一步分解，生成多種醛、酮、醇和胺類等化合物，這些化合物為食品提供了豐富的香氣和風味。同時，這一階段還伴隨著顏色的變化，食品逐漸從淺黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樽睾稚?。到了高級階段，反應(yīng)生成的醛、酮等化合物進一步與氨基酸發(fā)生反應(yīng)，生成更為復(fù)雜的化合物，如含氮的雜環(huán)化合物和含硫的雜環(huán)化合物。這些化合物為食品增添了更為濃郁的風味和香氣。美拉德反應(yīng)不僅影響食品的顏色、風味和香氣，還對食品的營養(yǎng)價值和安全性產(chǎn)生影響。因此，在食品加工和儲存過程中，合理控制美拉德反應(yīng)的條件和程度至關(guān)重要。三、影響美拉德反應(yīng)的因素美拉德反應(yīng)是一種在食品加工和儲存過程中常見的非酶促反應(yīng)，其過程復(fù)雜且受到多種因素的影響。了解這些影響因素對于優(yōu)化食品加工過程，提高食品品質(zhì)和安全性具有重要意義。本文主要探討溫度、pH值、水分活度、底物濃度和反應(yīng)時間等因素對美拉德反應(yīng)的影響。溫度是影響美拉德反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素。一般來說，美拉德反應(yīng)的速率隨著溫度的升高而加快。較高的溫度可以提供更多的能量，使得反應(yīng)中間體的形成和轉(zhuǎn)化更為迅速。然而，過高的溫度可能導(dǎo)致反應(yīng)過度，生成不利于食品品質(zhì)的化合物，如丙烯酰胺等。因此，在食品加工過程中需要控制適當?shù)臏囟确秶?，以實現(xiàn)美拉德反應(yīng)的最佳效果。pH值對美拉德反應(yīng)的影響也不可忽視。美拉德反應(yīng)是一個酸堿反應(yīng)，因此pH值的變化會顯著影響反應(yīng)的速率和產(chǎn)物。在較低的pH值下，反應(yīng)中間體的形成和轉(zhuǎn)化受到抑制，美拉德反應(yīng)的速率減慢。相反，在較高的pH值下，反應(yīng)速率加快，但可能生成更多的不良風味物質(zhì)。因此，通過調(diào)整食品的pH值，可以實現(xiàn)對美拉德反應(yīng)的有效控制。水分活度也是影響美拉德反應(yīng)的重要因素。水分活度反映了食品中水分與周圍環(huán)境的相對濕度關(guān)系，它影響反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性和擴散速率。一般來說，較低的水分活度有利于美拉德反應(yīng)的進行，因為水分過多會稀釋反應(yīng)物，降低反應(yīng)速率。然而，過低的水分活度也可能導(dǎo)致反應(yīng)中間體的積累和不良風味的生成。因此，在食品加工過程中需要控制適當?shù)乃只疃?，以促進美拉德反應(yīng)的正常進行。另外，底物濃度也是影響美拉德反應(yīng)的重要因素之一。底物濃度越高，反應(yīng)中間體的形成和轉(zhuǎn)化就越容易進行，從而加快美拉德反應(yīng)的速率。然而，過高的底物濃度可能導(dǎo)致反應(yīng)過度，產(chǎn)生不良風味和色澤。因此，在食品加工過程中需要控制適當?shù)牡孜餄舛龋詫崿F(xiàn)美拉德反應(yīng)的最佳效果。反應(yīng)時間也是影響美拉德反應(yīng)的關(guān)鍵因素。美拉德反應(yīng)是一個時間依賴性的過程，隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)中間體的形成和轉(zhuǎn)化逐漸增多，食品的色澤和風味也隨之變化。然而，過長的反應(yīng)時間可能導(dǎo)致反應(yīng)過度，生成不利于食品品質(zhì)的化合物。因此，在食品加工過程中需要控制適當?shù)姆磻?yīng)時間，以獲得理想的食品品質(zhì)和安全性。溫度、pH值、水分活度、底物濃度和反應(yīng)時間等因素均會對美拉德反應(yīng)產(chǎn)生重要影響。在食品加工過程中，通過控制這些因素可以實現(xiàn)對美拉德反應(yīng)的有效調(diào)控，從而優(yōu)化食品品質(zhì)和提高安全性。未來研究可以進一步探討這些因素之間的相互作用及其對美拉德反應(yīng)的影響機制。四、實驗研究方法為了深入研究影響美拉德反應(yīng)的幾種因素，本研究采用了多種實驗研究方法。我們采用了控制變量法，通過設(shè)定不同的溫度、pH值、水分活度、反應(yīng)時間和底物濃度等條件，觀察美拉德反應(yīng)過程中的色澤、香氣和風味等變化，以確定各因素對美拉德反應(yīng)的影響程度和機制。在實驗中，我們采用了光譜分析技術(shù)，如紫外可見光譜、紅外光譜和熒光光譜等，對美拉德反應(yīng)過程中的產(chǎn)物進行定性和定量分析。同時，我們也使用了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）等現(xiàn)代儀器分析方法，對美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物和非揮發(fā)性化合物進行了全面分析，以揭示美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的種類和含量變化。為了更深入地了解美拉德反應(yīng)的動力學(xué)過程，我們還建立了反應(yīng)動力學(xué)模型，并通過實驗數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行了擬合和驗證。通過動力學(xué)模型，我們可以預(yù)測美拉德反應(yīng)在不同條件下的產(chǎn)物生成速率和產(chǎn)物分布，為優(yōu)化美拉德反應(yīng)條件提供理論支持。在實驗中，我們還采用了感官評價方法，邀請了多位評價員對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色澤、香氣和風味等感官屬性進行評價。通過感官評價，我們可以了解美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在不同條件下的感官特性，為產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供參考。本研究采用了多種實驗研究方法，包括控制變量法、光譜分析技術(shù)、現(xiàn)代儀器分析方法、反應(yīng)動力學(xué)模型和感官評價方法等，以全面深入地研究影響美拉德反應(yīng)的幾種因素。這些方法的綜合運用，將有助于我們更好地理解美拉德反應(yīng)的機制和應(yīng)用潛力，為食品工業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支持。五、實驗結(jié)果與討論在本研究中，我們深入探討了影響美拉德反應(yīng)的幾種關(guān)鍵因素，包括溫度、pH值、反應(yīng)時間、底物濃度和水分活度。通過精心設(shè)計的實驗，我們觀察到了這些變量如何影響美拉德反應(yīng)的過程和產(chǎn)物。溫度對美拉德反應(yīng)的影響是顯著的。實驗結(jié)果表明，隨著溫度的升高，美拉德反應(yīng)的速率加快。這是因為高溫能夠提供更多能量，促進分子間的碰撞和反應(yīng)。然而，過高的溫度可能導(dǎo)致反應(yīng)過快，產(chǎn)生不良風味或營養(yǎng)損失。因此，在食品加工中，選擇合適的溫度范圍對于控制美拉德反應(yīng)至關(guān)重要。pH值對美拉德反應(yīng)的影響不容忽視。我們的實驗數(shù)據(jù)顯示，在酸性環(huán)境下，美拉德反應(yīng)的速率降低。這是因為酸性條件不利于反應(yīng)中間體的形成和穩(wěn)定。相反，在堿性環(huán)境下，反應(yīng)速率加快。然而，過高的pH值可能導(dǎo)致食品質(zhì)地和色澤的改變。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)食品類型和加工需求來調(diào)控pH值。反應(yīng)時間對美拉德反應(yīng)的影響也是重要的。實驗結(jié)果顯示，隨著反應(yīng)時間的延長，美拉德反應(yīng)的程度逐漸加深，風味和色澤逐漸豐富。然而，過長的反應(yīng)時間可能導(dǎo)致食品過度褐變，產(chǎn)生不良風味。因此，在食品加工過程中，需要精確控制反應(yīng)時間，以獲得最佳的風味和色澤。底物濃度對美拉德反應(yīng)的影響也不可忽視。實驗數(shù)據(jù)顯示，底物濃度越高，反應(yīng)速率越快。這是因為高濃度底物能夠提供更多反應(yīng)位點，促進反應(yīng)的進行。然而，過高的底物濃度可能導(dǎo)致食品質(zhì)地和口感的改變。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)食品類型和加工需求來調(diào)整底物濃度。水分活度對美拉德反應(yīng)的影響也是值得關(guān)注的。實驗結(jié)果表明，水分活度較低時，美拉德反應(yīng)速率加快。這是因為低水分活度有利于反應(yīng)中間體的形成和穩(wěn)定。然而，過低的水分活度可能導(dǎo)致食品質(zhì)地過硬或口感不佳。因此，在食品加工中，需要找到合適的水分活度平衡點，以獲得最佳的風味和口感。溫度、pH值、反應(yīng)時間、底物濃度和水分活度是影響美拉德反應(yīng)的關(guān)鍵因素。在食品加工過程中，通過調(diào)控這些變量，可以實現(xiàn)對美拉德反應(yīng)的精確控制，從而獲得具有理想風味和色澤的食品。未來研究可以進一步探討這些因素之間的相互作用及其影響機制，為食品加工提供更加精準的指導(dǎo)。六、結(jié)論與展望本研究通過系統(tǒng)的實驗和分析，深入探討了影響美拉德反應(yīng)的多種因素，包括溫度、pH值、水分活度、底物濃度以及反應(yīng)時間等。研究發(fā)現(xiàn)，這些因素對美拉德反應(yīng)的速率和程度均產(chǎn)生顯著影響。適當提高溫度和降低pH值，可以加速美拉德反應(yīng)，提高產(chǎn)物風味和色澤的形成。然而，過高的溫度和過低的pH值可能導(dǎo)致產(chǎn)物風味的劣化。水分活度對美拉德反應(yīng)的影響呈現(xiàn)出先促進后抑制的趨勢，適度的水分活度有利于反應(yīng)的進行。底物濃度的增加在一定范圍內(nèi)可以促進美拉德反應(yīng)，但過高的濃度可能導(dǎo)致反應(yīng)速率下降。反應(yīng)時間對美拉德反應(yīng)的影響則表現(xiàn)為隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)物風味和色澤逐漸增強，但過長的反應(yīng)時間可能導(dǎo)致風味劣化。展望未來，我們將進一步深入研究美拉德反應(yīng)機理，探索更多影響反應(yīng)的因素及其相互作用，為優(yōu)化美拉德反應(yīng)條件、提高產(chǎn)物品質(zhì)提供理論支持。我們還將關(guān)注美拉德反應(yīng)在食品加工中的應(yīng)用，探討如何利用美拉德反應(yīng)改善食品風味和色澤，提升食品的整體品質(zhì)。隨著消費者對食品安全和健康的關(guān)注度不斷提高，我們還將關(guān)注美拉德反應(yīng)對食品安全和健康的影響，為食品安全風險評估提供科學(xué)依據(jù)。本研究對影響美拉德反應(yīng)的多種因素進行了系統(tǒng)的研究和分析，為深入理解美拉德反應(yīng)機理和優(yōu)化反應(yīng)條件提供了有益參考。未來的研究將致力于進一步拓展美拉德反應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，為食品工業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新提供有力支持。參考資料：美拉德反應(yīng)亦稱非酶棕色化反應(yīng)，是廣泛存在于食品工業(yè)的一種非酶褐變。是羰基化合物（還原糖類）和氨基化合物（氨基酸和蛋白質(zhì)）間的反應(yīng)，經(jīng)過復(fù)雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑精或稱擬黑素，故又稱羰氨反應(yīng)（1912年法國化學(xué)家L.C.Maillard提出）。美拉德反應(yīng)指的是含氨基的化合物和羰基化合物在常溫或加熱時發(fā)生的聚合、縮合等反應(yīng)，最終生成棕色甚至是棕黑色的大分子物質(zhì)類黑精或稱擬黑素，所以又被稱為羰胺反應(yīng)。除產(chǎn)生類黑精外，反應(yīng)還會生成還原酮、醛和雜環(huán)化合物。幾乎所有含有羰基和氨基食品在加熱條件下均能發(fā)生Maillard反應(yīng)。Maillard反應(yīng)能賦予食品獨特的風味和色澤，所以，Maillard反應(yīng)成為食品研究的熱點，是一項與現(xiàn)代食品工業(yè)密不可分的技術(shù)。在食品烘焙、咖啡加工、肉類加工、香精生產(chǎn)、制酒釀造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1908年，A.R.Ling曾發(fā)現(xiàn)甘氨酸和葡萄糖混合液共熱時會形成褐色的類黑精，并可以聞到香氣。1912年，法國科學(xué)家美拉德（1878~1936，L.C.Maillard）對該現(xiàn)象進行了報道。1953年，霍奇（J.E.Hodge）等人經(jīng)總結(jié)歸納，把氨基化合物（如蛋白質(zhì)、肽、胺、氨和氨基酸）和羰基化合物（如還原糖、脂質(zhì)、醛、酮、多酚、抗壞血酸以及類固醇等）之間的一類復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)正式命名為Maillard反應(yīng)（MaillardReaction）或羰-氨反應(yīng)（Amino－carbonylReaction）。因其最終產(chǎn)物主要是棕色的類黑素，且無需酶的參與所以亦被稱為類黑素反應(yīng)（MelanoidinReaction）或非酶褐變反應(yīng)（Non-enzymaticBrowningReaction）。同年，Hodge提出了Maillard反應(yīng)模擬體系及其反應(yīng)歷程框架。1995年，Tressl等人進一步發(fā)展和修訂了Hodge的理論。隨后，Hodge等人對Maillard反應(yīng)原理作了論述，提出了較完整Maillard反應(yīng)原理。自20世紀50年代后Maillard反應(yīng)一直備受關(guān)注，60年代的研究集中在對其揮發(fā)性化合物的分離與鑒定。70年代和80年代初，Maillard反應(yīng)的研究重點聚焦于模擬反應(yīng)系統(tǒng)、反應(yīng)條件以及生成的風味化合物的分析研究。近年來，Maillard反應(yīng)在中藥現(xiàn)代化和疾病生理等研究中成為新的研究熱點。Maillard反應(yīng)自發(fā)現(xiàn)以來，在食品學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、香料化學(xué)、毒理學(xué)以及中藥學(xué)研究中成為經(jīng)久不衰的研究課題。目前，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生理活性和保健功能也引起了世界各國的高度重視，越來越多的研究結(jié)果顯示出美拉德反應(yīng)與人類自身的生命活動密切相關(guān)。有關(guān)美拉德反應(yīng)的研究非常活躍，自1979年第1次美拉德反應(yīng)國際大會以來，由國際美拉德協(xié)會（InternationalMaillardReactionSociety）組織的系列會議已經(jīng)開過10次，會議吸引了眾多的化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)界的研究者參加。美拉德反應(yīng)按其本質(zhì)而言是氨羰間的加縮反應(yīng)，它可以在醛、酮、還原糖及脂肪氧化生成的羰基化合物與胺、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)甚至氨之間發(fā)生反應(yīng)，熱反應(yīng)和長時間儲藏都可以促使Maillard反應(yīng)形成。其化學(xué)過程十分復(fù)雜。目前對該反應(yīng)產(chǎn)生低分子和中分子的反應(yīng)機理比較清楚，而對產(chǎn)生的高分子聚合物的機理仍不能滿意的解釋。食品化學(xué)家Hodge認為美拉德反應(yīng)過程可以分為初期、中期和末期，每一階段又可細分為若干反應(yīng)。氨基化合物中游離氨基酸與羰基化合物的游離羧基縮合形成亞胺衍生物，該產(chǎn)物不穩(wěn)定，隨即環(huán)化成N-葡萄糖基胺。N-葡萄糖基胺在酸的催化下經(jīng)Amadori分子重排生成有反應(yīng)活性的1-氨基-1-脫氧-2-酮糖，即單果糖胺。酮糖還可與氨基化合物生成酮糖基胺，而酮糖基胺可以經(jīng)過Heyenes分子重排異構(gòu)成2-氨基-2-脫氧葡萄糖。Maillard初級反應(yīng)產(chǎn)物不會引起食品色澤和香味的變化，但其產(chǎn)物是不揮發(fā)性香味物質(zhì)的前體成分。在此階段Amadori化合物通過3條不同的反應(yīng)路線：一是在酸性（pH小于或等于7）條件下烯醇式與酮式的互變異構(gòu)，之后在酸的作用下，3-C上的羥基脫水，形成碳正離子，碳正離子發(fā)生分子內(nèi)重排，通過失去N上的質(zhì)子而形成Schiffs堿，然后經(jīng)過烯醇式和酮式的重排得到3-脫氧奧蘇糖。34-碳之間會發(fā)生消去反應(yīng)形成烯鍵，最后5-C上的羥基與2-羰基發(fā)生半縮酮反應(yīng)而成環(huán)，消去一分子水形成羥甲基糖醛（HMF）。二是堿性條件下進行2，3-烯醇化反應(yīng)，產(chǎn)生還原酮類及脫氫還原酮類；三是繼續(xù)進行裂解反應(yīng)形成含羰基或二羰基化合物，或與氨基進一步氧化降解，在Strecker降解中，α-氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)，失去一分子CO2降解成為少一個碳原子的醛類及烯醇胺，各種特殊醛類是造成食品不同香氣的因素之一。該階段主要為醛類和胺類在低溫下聚合成為高分子的類黑精或稱類黑素。此階段反應(yīng)相當復(fù)雜，其反應(yīng)機制尚不清楚。除類黑精外，還會生成一系列美拉德反應(yīng)的中間體還原酮、醛類及揮發(fā)性雜環(huán)化合物。主要有Strecker降解產(chǎn)物氨基酮，而氨基酮經(jīng)異構(gòu)為烯胺醇則再經(jīng)環(huán)化形成吡嗪類化合物。Maillard反應(yīng)機制相當復(fù)雜，不僅與參加反應(yīng)的糖類的羰基化合物及氨基酸等氨基化合物種類有關(guān)，而且還與溫度及反應(yīng)時間、水分活度和pH、金屬離子和化學(xué)試劑、輻照等外界因子有關(guān)。了解這些因素對Maillard反應(yīng)的影響，有助于我們控制食品褐變，對食品工業(yè)具有重大的現(xiàn)實意義。糖是Maillard反應(yīng)中必不可少的一類物質(zhì)。有資料表明，單糖和ARP（AmadoriRearrangementProduct）的呋喃或吡喃糖比其它形式的糖更能脫水。環(huán)狀A(yù)RP脫水后隨著溫度的升高形成共軛產(chǎn)物，再經(jīng)過專一的再環(huán)化，可形成7環(huán)雜環(huán)化合物，而許多雜環(huán)類化合物本身就是風味物質(zhì)。有研究者認為隨著環(huán)狀結(jié)構(gòu)的增大，Maillard反應(yīng)速度急劇降低。所以，在食品加工中可以人為的添加適量的糖，使形成誘人的風味、色澤。在美拉德反應(yīng)中，參與反應(yīng)的糖可以是雙糖、五碳糖和六碳糖?？捎玫碾p糖有乳糖和蔗糖；五碳糖有木糖、核糖和阿拉伯糖；六碳糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等。反應(yīng)的速度為五碳糖>己醛糖>己酮糖>雙糖，開環(huán)的核糖比環(huán)狀的核糖反應(yīng)要快，因為開環(huán)核糖更利于Amadori產(chǎn)物形成。有研究表明，Gly、Ala、Tyr、Asp等氨基酸于180℃和等量葡萄糖反應(yīng)可產(chǎn)生焦糖香氣；而Val能產(chǎn)生巧克力香氣；His、Lys、Pro可產(chǎn)生烤面包香味；Phe則能產(chǎn)生一種特殊的紫羅蘭香氣；L－精氨酸能產(chǎn)生烤蔗糖香氣、香味；L－蛋氨酸能產(chǎn)生土豆香氣、香味；L－谷氨酸能產(chǎn)生奶油糖果香氣、香味；L－亮氨酸能產(chǎn)生烤干酪香氣、香味；L－異亮氨酸能產(chǎn)生烤干酪香味。因此在加工過程中，我們可以利用氨基酸的這種性質(zhì)，將其和葡萄糖直接加入食品并熱處理，使食品產(chǎn)生宜人的風味和色澤，以提高營養(yǎng)和改善食品的風味。溫度是美拉德反應(yīng)當中最重要的影響因素之一。一般情況下，Maillard反應(yīng)速度隨溫度的上升而加快，香味物質(zhì)也主要在較高溫度下反應(yīng)形成的。一些低分子量的雜環(huán)化合物在高溫下易于形成。其中吡喃環(huán)對熱敏感，開環(huán)后使產(chǎn)物結(jié)合增加，然后再環(huán)化，從而形成新的碳環(huán)或雜環(huán)化合物，大多數(shù)是含有8個原子的芳香族化合物，如苯、呋喃、噻唑、咪咯、吡咯、吡啶等。烯醇胺或α-氨基酸在高溫下也可縮合成吡嗪類化合物。若溫度過高，時間過長，不僅使食品中營養(yǎng)成分氨基酸和糖類遭到破壞，而且可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，隨加工溫度的升高，其含量也越高。如花生、油脂等物料的焦化，以及在制作咸味香精膏體，如雞肉，牛肉，豆醬等膏體時都可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，對食品安全造成影響；若溫度過低，反應(yīng)比較緩慢，同時也會影響呈香風味物質(zhì)的形成，達不到成品的風味效果。所以，在香物香料的生產(chǎn)中如何控制反應(yīng)溫度和時間，使反應(yīng)中生成更多的特征香味成分，及在食品加工處理中預(yù)測并提供有效的控制點為避免生成致癌物質(zhì)，是近階段研究的一大熱點。美拉德反應(yīng)的強度很大程度上取決于介質(zhì)的水合作用，為達到最大的反應(yīng)活性，一般要求食品水分含量在10%以上，通常為15%為好。在一定范圍內(nèi)（10～25%），Maillard反應(yīng)速度隨水分的增加有上升趨勢，完全干燥的食品難以發(fā)生Maillard反應(yīng)。一般Maillard反應(yīng)隨著pH（3～10）上升呈上升趨勢，在偏酸性環(huán)境中，美拉德反應(yīng)會被抑制，反應(yīng)速率降低，吡嗪類物質(zhì)難于形成。在強酸環(huán)境下，氨基處于質(zhì)子化狀態(tài)，使N-糖基化合物（葡基胺）難以形成，從而使反應(yīng)難以進行下去。另外，在強酸條件下N-葡萄糖胺容易被水解，而葡萄糖胺是Maillard特征風味形成的前體物質(zhì)，這就導(dǎo)致呈香達不到預(yù)期效果；在偏堿性環(huán)境下，美拉德反應(yīng)加速，反應(yīng)物質(zhì)生成得很快，速度很難控制，原因在于氨基酸是一類兩性離子，它在堿性介質(zhì)中呈陰離子，此時氨基反應(yīng)活性較強，易發(fā)生褐變反應(yīng)。若用Maillard反應(yīng)制備肉類香精，水分活度在65～75最適宜，水分活度小于30或大于75反應(yīng)很慢。金屬鐵離子和亞鐵離子能加速反應(yīng)進度。銅能催化還原酮的氧化，而鈣鎂離子則對反應(yīng)有一定的抑制作用。研究表明，鈣鹽與氨基酸結(jié)合生成不溶性化合物。Leonard研究發(fā)現(xiàn)，在磷酸鹽緩沖溶液中，隨著緩沖液濃度的增加，甘氨酸減少，色素增多，這可能是因為磷酸鹽影響醛糖的穩(wěn)定性，加速Maillard反應(yīng)。輻射也可以影響Maillard反應(yīng)的進行，射線、γ射線輻射滅菌是食品加工過程中的常用手段。非還原雙糖、蔗糖在加熱的條件下不產(chǎn)生褐色色素，但是在輻射的條件下有褐色物質(zhì)形成，它表明在輻射的情況下，蔗糖也出現(xiàn)了還原性。在輻射時，糖類參與反應(yīng)的速度為蔗糖>果糖、阿拉伯糖、木糖>葡萄糖，但是在熱反應(yīng)中，糖類參與反應(yīng)的速度是戊醛糖>庚醛糖>己酮糖>雙糖。這可能是因為輻射釋放出來的能量使糖苷鍵斷裂，從而釋放出羰基，進一步與氨基化合物發(fā)生反應(yīng)。美拉德反應(yīng)的褐變初期是食品加工過程產(chǎn)生風味物質(zhì)中間體所必須的，但它對食品的保藏，品質(zhì)不利，這也是從事食品行業(yè)科研人員所必須研究去考慮的。為防止褐變可采用以下方法：（1）隔氧法以阻止由于與氧接觸所發(fā)生的氧化反應(yīng)；（2）降低溫度Maillard反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，隨著溫度的增加，反應(yīng)速率也隨之加快。一般溫度每升高10℃，反應(yīng)速度提高3～5倍。有研究表明，在100℃得到的甘氨酸和葡萄糖色度，在56℃下要求反應(yīng)250小時才能達到這個色度。因此，食品冷藏或低溫貯藏有利于抑制食品的褐變。（3）降低pH值和調(diào)節(jié)水分活度在酸性條件下（pH<0）美拉德反應(yīng)中的羰氨縮合是一個可逆過程，因為羰氨縮合過程中封閉了游離氨基酸，反應(yīng)體系pH下降，因此堿性條件有利于反應(yīng)的進行。（4）添加酶或化學(xué)物質(zhì)在干蛋白粉儲藏過程中由于賴氨酸與葡萄糖發(fā)生褐變導(dǎo)致成品失色，若預(yù)先添加葡萄糖氧化酶于蛋白粉中，使葡萄糖氧化成酸則可防止褐變?？茖W(xué)研究表明，癌癥、衰老或其它疾病大都與過量自由基的產(chǎn)生有關(guān)聯(lián)。研究清除自由基、抗氧化可以有效克服其所帶來的危害，所以抗氧化被保健品、化妝品企業(yè)列為主要的研發(fā)方向之一，也是市場最重要的功能性訴求之一。眾多的研究資料表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗氧化活性。但是其抗氧化能力受多重因素的影響，如美拉德反應(yīng)的底物、反應(yīng)的溫度、反應(yīng)時間、pH等。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抑菌作用已經(jīng)被研究的較多。有學(xué)者研究了沙蠶美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的水溶液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、蠟質(zhì)芽抱桿菌、水稻紋枯菌、黃瓜枯萎病菌、白菜絲核菌和黑曲霉菌的體外抑制效果。結(jié)果顯示沙蠶與葡萄糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物沒有明顯抑菌效果，但是沙蠶與蔗糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對大腸桿菌和蠟質(zhì)芽抱桿菌有很強的抑制效果，對其它的幾種菌也表現(xiàn)出一定的抑菌效果；另有研究發(fā)現(xiàn)，聚酞胺纖維素和木糖發(fā)生反應(yīng)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物不管是對革蘭氏陽性細菌還是革蘭氏陰性細菌如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌都表現(xiàn)出很強的抑制效果；還有報道稱，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以抑制嗜熱微生物——敏捷氣熱菌的生長。因此，美拉德反應(yīng)有望被應(yīng)用于食品的保藏。過敏，也稱變態(tài)反應(yīng)，指的是身體的免疫應(yīng)答超出了正常范圍，對無害物質(zhì)進行攻擊。過敏反應(yīng)會對身體健康造成一定的傷害，尤其是當免疫系統(tǒng)對正常的身體組織和器官進行攻擊和破壞時。含有氨基酸或蛋白質(zhì)和糖等組分的食品在適宜的條件下發(fā)生美拉德反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物能減少食品的抗原性，并可能對引起過敏反應(yīng)的關(guān)鍵位點進行修飾。研究表明，核糖參與的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有顯著的抗過敏作用。因此，特定的美拉德反應(yīng)可以用于對一些強致敏性食物成分進行改性，使它們的致敏性降低或消除。這一特性將使得美拉德反應(yīng)在一些強致敏性食品的加工中具有廣泛的應(yīng)用前景。一些研究資料還表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗突變作用。突變是指生物體、病毒或染色體外DNA基因組核苷酸序列的改變，有學(xué)者將焙烤可可豆的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物用于沙門氏菌，研究了該美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抗菌，抗突變和清除自由基作用，結(jié)果表明，該美拉德反應(yīng)產(chǎn)物確有抗菌，清除自由基及抗突變作用。這種抗突變作用可能與美拉德反應(yīng)產(chǎn)物類黑精中的活性物質(zhì)有一定的聯(lián)系，它可以消除自由基、鈍化抑制酶活力。有學(xué)者研究了牛奶蛋白在美拉德反應(yīng)和發(fā)酵的雙重作用下對心血管疾病的預(yù)防作用。以牛奶蛋白如濃縮乳清蛋白，酪蛋白酸鈉和乳糖發(fā)生反應(yīng)制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，再經(jīng)發(fā)酵得到的水解產(chǎn)物具有很強的DPPH自由基清除能力，其抗氧化活性遠遠高于未經(jīng)任何處理的牛奶蛋白，而且發(fā)酵可以使美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的作用得到增強。同時，他們還驚喜地發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有抗血栓形活性和抑制經(jīng)甲基戊二酸單酞輔酶A還原酶（HMGR）活性。多項指標均表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物及其發(fā)酵水解液可以有效地降低心血管疾病的風險。這一結(jié)論將為美拉德反應(yīng)產(chǎn)物用于預(yù)防心血管疾病的保健食品的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。食品經(jīng)加熱處理后或長時間貯藏后，都會產(chǎn)生不同程度的類黑精色素。比如面包、烤肉、熏肉、烤魚、咖啡、茶以及醬油、豆醬等調(diào)味品中都有美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，因為這一大類反應(yīng)沒有酶的參與，故又稱非酶褐變。這些食品經(jīng)加工后會產(chǎn)生非常誘人的金黃色至深褐色，增加人們的食欲。食品香味的來源主要有三個方面：一是食品本身固有的香味，如蔥蒜、芫荽本身就有一種特有的香味。二是食品原料在加工過程中由于酶促反應(yīng)形成的風味。三是食品在蒸煮、焙烤及油炸過程中產(chǎn)生的食品香味，也即食品經(jīng)過了熱分解、氧化、重排或降解形成的香味前體，然后形成特殊的食品風味。如爆米花、烤面包、烤肉等食品所形成的香味。美拉德反應(yīng)對食品營養(yǎng)的影響包括降低蛋白質(zhì)的營養(yǎng)質(zhì)量、蛋白質(zhì)改性以及抑制胰蛋白酶活性等。對于糧食制品，美拉德反應(yīng)無疑會使其蛋白質(zhì)的生物價更低。Maillard反應(yīng)可能普遍存在于中藥加熱提取或加工炮制過程中，是引起內(nèi)在成分變化的共性途徑。某些中藥在加工前后氨基酸含量有很大變化，據(jù)推測可能發(fā)生了Maillard反應(yīng)。加工過程產(chǎn)生的Maillard產(chǎn)物的生物活性，肯定對中藥功效的改變有影響，但目前化學(xué)家卻忽視了對該影響的研究，對此也引起其他中醫(yī)藥研究者的重視。中藥是一個復(fù)雜體系，發(fā)揮作用的有效成分除藥材本身已有的成分外，加工炮制、制劑工藝過程中內(nèi)在成分之間會發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，以及所形成的反應(yīng)產(chǎn)物都會直接或間接影響中藥整體功效的發(fā)揮。研究這些反應(yīng)的特點，對于闡明中藥功效和確定活性成分具有重要意義。Maillard產(chǎn)物的功能主要包括：抗氧化、抗突變、抗癌、抗衰老、抗自由基，從而能提高對細胞的保護作用，這些已被證實。Maillard產(chǎn)物的抗突變性與其抗氧化活性和還原能力有良好的相關(guān)性。紅參抗腫瘤的效果優(yōu)于白參，這與Maillard反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化、抗突變的結(jié)論相應(yīng)。有的研究認為，其抗突變機理是清除致突變自由基和通過與致突變化學(xué)物結(jié)合而減少其致突變毒性。而且，Maillard產(chǎn)物保護髓系樹突狀細胞（MDC）抵抗氧嘧啶損傷實驗，證實Maillard產(chǎn)物的細胞保護功能。Maillard反應(yīng)能生成一氧化碳、堿、黃酮類等。組成不同、作用器官不同，藥性也不盡相同。因此，深入研究Maillard反應(yīng)產(chǎn)物必將會完善中藥材的加工與炮制理論。Science雜志2009年報道吸食低煙堿香煙不會降低有關(guān)疾病的發(fā)病率，而吸入的焦油量升高，則會增加患病的機率。因此，低焦煙的生產(chǎn)成為卷煙制造商十分關(guān)心的問題。但一旦降低煙氣中焦油含量，會致使煙味不足和香味減弱。開發(fā)低焦油且能彌補香味的損失和提高煙氣香味質(zhì)量至關(guān)重要。而Maillard反應(yīng)能產(chǎn)生煙草協(xié)調(diào)香味，對提高香煙的特征香氣、掩蓋雜氣、減輕刺激、改善余味有較明顯的作用。因此Maillard反應(yīng)在降低煙草尼古丁含量和增香中的應(yīng)用研究廣受關(guān)注。煙草在調(diào)制、陳化、加工、保存及燃吸中常常發(fā)生Maillard反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物對煙草的顏色、香味起著主要作用。自20世紀70年代以來，美國、日本、西德都已出現(xiàn)過以棕色化反應(yīng)產(chǎn)物作為煙草增香劑的專利、文獻。最初，大多是以純氨基酸和還原糖或其他羰基化物（如異戊醛、丁二酮等）作為反應(yīng)原料，以多元醇作為溶劑進行反應(yīng)的，后來發(fā)展了以多種氨基酸、天然蛋白質(zhì)代替單一氨基酸來進行棕色化反應(yīng)的文獻報道。有研究表明，用多種氨基酸的混合物與糖反應(yīng)的產(chǎn)物效果好于單一氨基酸的反應(yīng)產(chǎn)物，它對提高白肋煙的質(zhì)量有較明顯的作用。大量的研究顯示，Maillard反應(yīng)產(chǎn)物可以作為一種天然的抗氧化劑。通過不同條件的優(yōu)化所獲得的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物可以在對煙草增香的同時，有效清除煙氣中出現(xiàn)的自由基，達到卷煙產(chǎn)品降焦減害的目的。具有抗氧化作用的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物在煙草中將具有良好的應(yīng)用前景。中國白酒傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為美拉德反應(yīng)提供相關(guān)條件的經(jīng)典之作，只是不同香型的不同生產(chǎn)工藝所控制的條件使酒體中美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的種類和含量各不相同。美拉德反應(yīng)能產(chǎn)生一系列包括酮、醛、醇及呋喃、吡喃、吡啶、噻吩、吡咯、吡嗪等雜環(huán)化合物在內(nèi)的香味物質(zhì)。它們不僅是酒體香和味的微量物質(zhì)，同時也是其他香味物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì)。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的種類和含量以醬香型白酒為最，次之是兼香和濃香，清香型白酒種類少，含量低。就同一香型而言，其種類尤其含量的差異則形成了自身的個性和風格。Maillard反應(yīng)產(chǎn)物極其復(fù)雜，前期對其成分的理論研究較少，導(dǎo)致在應(yīng)用中更多停留在“經(jīng)驗”性上，即更多依靠感官（色、香和味）來定性，使其機理研究有一定難度。經(jīng)過科研工作者長期不懈的努力，至今，已發(fā)展了多種Maillard產(chǎn)物分離提純和表征方法。分離提純方法有：薄層層析、超濾、凝膠柱層析、膜透析、超速離心、固相萃取、電泳等方法，其中薄層層析色譜和超濾最為常用。薄層層析色譜是快速分離和定性分析少量物質(zhì)的一項重要實驗技術(shù)，常用于Maillard產(chǎn)物的分離和半定性分析。膜透析法是分離提純Maillard產(chǎn)物的一種簡便而有效的方法。采用膜透析法能有效地將體系中未反應(yīng)的原料和小分子產(chǎn)物除去，從而可以得到Maillard大分子產(chǎn)物。采用不同截留分子量的透析膜對Maillard大分子產(chǎn)物進行透析，可以選擇性地得到不同分子量的產(chǎn)物，這樣能更準確地對其成分和結(jié)構(gòu)進行分析。Maillard產(chǎn)物含量少且極不穩(wěn)定，各種先進的現(xiàn)代分析表征手段的引入對其形成機理、成分、分子結(jié)構(gòu)乃至效用和性質(zhì)的研究起了重要的作用。已經(jīng)用于Maillard產(chǎn)物分析表征的手段有：氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）以及液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）、體積排阻色譜，流動注射分析法、發(fā)光光譜分析法、紫外光譜法、熒光光譜法、凝膠電泳、放射性同位素標記、紅外、凝膠滲透色譜（GPC）、元素分析（EA）、核磁共振等，這些方法都比較常用。近年來GC-MS、LC-MS、串聯(lián)質(zhì)譜和傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜等先進分析手段的引進，使得對Maillard產(chǎn)物的成分和性質(zhì)研究更進一步深入。人們對美拉德反應(yīng)已經(jīng)有了較為深入的認識，但是其反應(yīng)相當復(fù)雜，對其反應(yīng)機理和各中間產(chǎn)物的了解還不太清楚。而由于美拉德反應(yīng)對食品、機體的生理和病理過程密切相關(guān)，越來越多的結(jié)果表明它作為與人類自身密切相關(guān)的課題具有重要的研究意義。因此，需要在這個領(lǐng)域開展大量的研究，不斷挖掘其潛能，以便于開拓其應(yīng)用的領(lǐng)域。美拉德反應(yīng)，也被稱為非酶棕色化反應(yīng)，是一種復(fù)雜的化學(xué)過程，涉及到糖與氨基酸之間的非酶促反應(yīng)。這個反應(yīng)在食品科學(xué)、生物化學(xué)和烹飪等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。美拉德反應(yīng)的核心是糖與氨基酸之間的反應(yīng)。糖的羰基與氨基酸的氨基之間會發(fā)生縮合反應(yīng)，生成褐色或黑色的化合物。這種反應(yīng)不僅改變了食物的顏色，還產(chǎn)生了獨特的香氣和味道。美拉德反應(yīng)的速率和結(jié)果受到多種因素的影響，包括溫度、pH值、水分含量、氧氣濃度以及糖和氨基酸的種類和濃度。在高溫下，美拉德反應(yīng)會加速，導(dǎo)致食物的顏色和味道發(fā)生變化。而在酸性環(huán)境下，美拉德反應(yīng)的