美拉德反應亦稱非酶棕色化反應，是廣泛存在于食品工業的一種非酶褐變。指的是含氨基的化合物和羰基化合物在常溫或加熱時發生的聚合、縮合等反應，經過復雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質類黑精或稱擬黑素，故又稱羰氨反應（1912年法國化學家L.C.Maillard提出）。該反應對食品的色澤、風味及營養均有重要影響，因此在烘焙、咖啡加工、肉類加工、香精生產與釀酒等領域應用廣泛。有研究表明，用多種氨基酸的混合物與糖反應的產物效果好于單一氨基酸的反應產物，它對提高白肋煙的質量有較明顯的作用。此外，該反應還與生物體的生理和病理過程有關，因此在國際上也是一個熱門的研究領域。產物的形成以及反應條件（如溫度、時間、濃度、含水量、pH、鹽度）對反應有重要影響。
發現歷史
1908年，A.R.Ling曾發現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，法國科學家美拉德（1878~1936，L.C.Maillard）對該現象進行了報道。1953年，霍奇（J.E.Hodge）等人經總結歸納，把氨基化合物（如蛋白質、肽、胺、氨和氨基酸）和羰基化合物（如還原糖、脂質、醛、酮、多酚、維生素c以及類固醇等）之間的一類復雜化學反應正式命名為Maillard反應（Maillard D琀稀反應）或羰-氨反應（Amino－carbonyl Reaction）。因其最終產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（Melanoidin Reaction）或非酶褐變反應（Non-enzymatic Browning Reaction）。1995年，Tressl等人進一步發展和修訂了Hodge的理論。
反應原理
在經典的美拉德反應中，美拉德反應機理分為初期、中期和末期三個階段，醛或酮[tóng]（例如葡萄糖、丙酮等）與氨基化合物（例如氨、胺和氨基酸等）在高溫下共同反應，形成一系列的中間化合物和終產物。熱反應和長時間儲藏都可以促使Maillard反應形成。其反應機理可以分為三個階段:
初期階段是糖類和氨基化合物之間的羥醛縮合：醛或酮上的羰基和氨基化合物之間發生縮合反應，形成包含氨基標記的化合物，這個中間體稱為糖胺。中間體的分解和重排反應：糖胺進一步分解和重排，形成一系列的中間產物，其中包括醛糖胺、酮糖胺和羧基酰胺等化合物。終產物的生成反應：在第二階段中生成的中間體在其他反應中進一步轉化，最終形成帶有棕色色素的終產物，終期階段反應復雜，反應機理尚不明確，僅明確其主要產物是類黑精。除類黑精外，還會生成一系列美拉德反應的中間體還原酮、醛類及揮發性雜環化合物。主要有Strecker降解產物氨基酮，而氨基酮經異構為烯胺醇則再經環化形成吡嗪類化合物。
影響因素
反應物種類
美拉德反應的底物一般為葡萄糖和氨基化合物，但因為參與化學反應的葡萄糖和氨基酸種類不同，所產生的香氣成分也不同，因此化學反應的速度也有所不同。參與化學反應的糖類,主要是五碳糖、己糖和單糖。從反應速度上來看，通常五碳糖 ＞六碳糖 ＞ 二糖。在常見的幾種引起美拉德反應的氨基化合物中，發生反應速度的順序為：胺＞氨基酸＞蛋白質。
溫度
在通常情況下，隨著加熱溫度的提高以及美拉德反應的速率提高，香味化合物通常是主要在較高溫度下反應后才能產生的。在高溫下，有某些較低分子量的雜環化合物物質生成。如果溫度過高，時間過長，不僅會使食品中營養成分氨基酸和糖類物質遭到破壞，而且可能會導致致癌物質產生，隨加工溫度的升高，致癌物質的含量也越高。不同種類的食物對于美拉德反應的溫度敏感度也是不同的。例如，肉類會在較高溫度下進行美拉德反應，產生誘人的焦糖色和香氣，但在溫度過高時會變得干燥、硬化。而一些烘焙食品如蛋糕等則需要在相對較低的溫度下進行美拉德反應，以獲得柔軟且松軟的口感。總的來說，溫度對美拉德反應的影響是復雜的，并且需要在特定情況下進行調節，以獲得最佳的食品口感和風味。
水分
水分是美拉德反應中一個非常重要的因素。一方面，適量的水分可以促進美拉德反應的進行，因為水分可以促進反應物的擴散、加速反應的進行和產物的形成。另一方面，過多或過少的水分都會對美拉德反應產生負面影響。一般要求食品水分含量在 10% 以上，通常為 15% 為好。在10%到25%的范圍內，美拉德反應速度隨水分的增加有上升趨勢，但是美拉德反應難以在完全干燥的食品發生。
pH
一般美拉德反應的pH在3~10范圍內隨著pH上升而上升，在偏酸性環境中，pH小于7時，美拉德反應會被抑制，反應速率降低，難于形成吡嗪類物質。在強酸環境下，pH小于2時，氨基處于質子化狀態，難以形成葡基胺類物質，從而使反應難以進行下去，因為在強酸條件下，葡基胺容易被水解，而由于葡萄糖胺是美拉德反應的風味所形成的前體成分，這將使呈香效果達不到理想結果；在偏堿條件下，當pH值超過7后,由于美拉德反應加快，且反應物質產生得快,因此溫度變化很難掌握，產品的美拉德反應濃度迅速增加，并引起嚴重褐變現象，導致制品色澤加深，較好的pH值有利于脫羧反應。
應用領域
食品領域
加深食品顏色
美拉德反應能導致面包、烤肉、咖啡、紅茶、啤酒、蛋糕等不同類型的食品中出現大一些的棕黑物質。食品焙烤原料中含較高的還原糖類和蛋白質，通過高溫烘焙，可產生美拉德反應生成類黑精等化學物質,而這些化合物又可使焙烤產品顯示出良好的顏色、香味和口感，使產品看起來更為迷人。
改善食品風味
當氨基酸與還原糖（如葡萄糖或果糖）結合時產生，美拉德反應在食品的香氣、口味等風味特征的形成過程中起到重要作用，形成具有香氣和味道的物質，因此被廣泛應用于烘焙、烤制和烹等領域。例如，在烘焙面包、制作烤肉、烘烤咖啡豆等過程中，美拉德反應會導致顏色、口感和風味的改變。美拉德反應通常會產生栗色的色素和豐富的香味，這對于許多產品的質量和味道至關重要。例如，人們從反應物配比、初始反應pH及真空脫水方法等方面進行了優化，顯著提高了桃酥中吡嗪、吡咯的含量，使桃酥變得更加酥脆，豐富了焙烤香氣。為了更加突出烤紅薯中紅薯的香甜，科學家們利用紅薯水提物作為美拉德反應原料，制備出香味純正逼真的烤紅薯香料。
抗褐變活性
水果和蔬菜中含有多酚氧化酶，會影響產品的營養、功能和感官特性，使水果蔬菜的外表，口味受到影響。美拉德反應可以抑制酚酶的活性，從而降低褐變的程度。例如，在蘋果泥中添加還原糖（如葡萄糖）能夠促進美拉德反應的進行，形成的反應產物可以與酚酶結合并減少其活性，從而抑制蘋果泥的褐變。此外，研究還表明，美拉德反應中形成的一些化合物（如羧基化合物）具有一定的抗氧化性，可以進一步抑制褐變的發生。總的來說，美拉德反應在一定程度上可以抑制食品的褐變，但對于不同的食品和處理方法，其效果可能存在差異。因此，在具體的食品加工過程中，需要根據實際情況綜合考慮各種因素，以獲得最佳的抗褐變效果。
生物領域
用于傷口愈合敷料
用葡萄糖/果糖和精氨酸溶液，在高溫、堿性環境下加熱60分鐘制成的美拉德反應復合體，該復合物與聚己內脂(聚己內酯)在電紡作用下形成的納米纖維膜。并且該復合物保證了此薄膜的濕潤度、機動性和孔隙度等特性，人體傷口吸收滲出液和營養物質，以及進行氣體交換所必需要有的特性。這種功能化薄膜可以抑制金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的生長，并且對人的成纖維細胞沒有毒性，所以這種纖維薄膜可以在臨床上可能較好地用于傷口愈合的敷料。
抗菌活性
水溶性氨基酸/糖體的美拉德反應所生成的類黑素也具有抗菌功能，如甜鹵水、啤酒、咖啡等食物水溶液中生成的類黑具有抗菌的功能，而類黑素則對革蘭氏陽性菌(如金黃色葡萄球菌、鏈球菌)產生了更強的抑制效應。樣品若經過較強的化學熱處理,如焙烤,或微波處理后,可產生更強的抗菌效應。此外,由于美拉德反應的副產物的可與細菌的細胞壁、蛋白質、脂類、核酸等進行化學反應,進而影響細胞生長,使得美拉德產物的抗菌效果獲得了證明。
改進蛋白質的功能性質
美拉德反應產物能夠改善蛋白質的乳化性，起泡性，溶膠性，溶解性，成膜性。美拉德反應已被證實是一種非常有前途的蛋白肽和肽的改性方法。
抗氧化作用
科學研究表明，癌癥、衰老或其它疾病大都與過量自由基的產生有關聯。美拉德反應產物（如類黑精等）具有一定的抗氧化活性，可通過清除自由基或抑制自由基生成，在生物體內發揮抗氧化作用，從而可能對相關疾病的預防或緩解產生積極影響。
安全事宜
盡管美拉德反應配位化合物能夠很高效地提高食物的功能性,使之實現所有關鍵的生物學功效，并在食物加工與醫藥等產業中表現出了極大的使用潛能，但是目前對于美拉德反應不同階段的反應機制的研究還不深刻，尤其是對于在美拉德反應的最高級階段所形成的各種物質，還不能充分了解其中的化學結構。根據應用領域的幾個實例,在美拉德反應中可能會產生一些有害物質，而高糖、高脂飲食也可能會導致美拉德反應,并形成了大量的高糖基化終產物（AGEs），這些物質可能與糖尿病、心血管疾病、腎臟疾病、老年癡呆癥等疾病的發生有關。
參考資料 >