挤压膨化过程中的美拉德反应

一、美拉德反应的概念及历程

美拉德反应，又称为非酶棕色化反应，是指还原糖与氨基酸、蛋白质之间进行的复杂的过程。1912年，Louis-Camille Maillard发现了这个进程，1953年Hodge等把这个反应正式起名为Maillard（美拉德）反应。美拉德过程基本可分为3个阶段，即：初级阶段、中间阶段和终极阶段。

二、美拉德反应的初级阶段和中间阶段

1. 初级阶段：该阶段主要包含羰胺缩合和重排反应。在羰胺缩合阶段，还原糖的半缩醛羟基与胺类物质的氨基进行缩合形成亚胺，进而生成席夫碱（Schiff Base），席夫碱经环化生成N-替代糖基胺。随后，糖基胺将进一步发生重排过程，通过1,2-烯醇化反应致使糖基胺羰基转移，最终生成重排产物，醛糖胺的重排产物为Amadori分子重排产物（ARPs），酮糖胺的重排产物为Heyenes重排产物（HRPs）。

2. 中间阶段：该反应阶段是风味物质的产生阶段，主要包括三条反应路径，分别是1,2-烯醇化反应，2,3-烯醇化反应以及Strecker降解反应。美拉德中期阶段生成的二羰基化合物与氨基酸发生降解反应，产生二氧化碳和相应的醛，该反应被称为Strecker降解反应。

三、美拉德反应的高级阶段

高级阶段主要包括醇醛缩合、醛氨聚合、环化反应等，在胺的催化下，醛酮发生羟醛缩合反应生成不含氮的聚合脱氢、重排、异构化等一系列反应也可生成类黑素。该反应过程伴随着共轭体系的形成与增加。类黑素结构尚不明确，含氮量很少，其反应机理尚未明确，但碱性条件下褐变加强。目前已知的结构组成有不饱和咪唑、吡嗪、吡咯、吡啶类的杂环等。

四、影响美拉德反应的因素

影响美拉德反应的因素重要的因素有参与底物糖类和氨基化合物，其次影响的因素还有温度、时间、酸度、水分等。

1. 氨基酸的种类：不同的氨基酸具有不同的Strecker醛，氨和Strecker醛都是美拉德反应产生风味和色泽的重要中间体。参与反应的氨基酸不同，产生的风味也不同。

2. 糖的种类：可以参与美拉德反应的糖类有单、双糖，单糖反应产品比双糖反应产品风味较好，因此选择单糖为反应底物，包括戊糖、己糖等。研究表明，单糖的反应活性一般取决于羰基的还原性，一般来说，反应活性戊糖己糖双糖，而戊糖中核糖的反应活性最高，己糖中，反应活性为半乳糖甘露糖葡萄糖。

3. 温度和时间：温度对美拉德进程影响作用大，大概在30摄氏度附近便可以发生。温度升高，褐变速度加快。此外，时间也是影响美拉德反应的重要因素。

4. pH值：美拉德反应中有很多酸碱催化反应，因此，pH对其具有重要影响。当pH2时，氨基处于质子状态，对反应进行不利；当ph8时，反应进行较快，但难以控制，氨基氮数量显著减少，导致产品风味较差。

5. 水分：水是美拉德过程的重要溶剂，其可增进底物的流动性，对反应有利。另外，当水过多会起到稀释效果，进而致使反应速度下降。

五、挤压膨化过程中美拉德反应的应用

在挤压膨化过程中，通过对美拉德反应的影响因素进行调控，可以生产出口感独特、色泽美观的膨化食品。例如，在膨化玉米、膨化大米等产品中，通过控制挤压条件，如温度、水分、压力等，可以促进美拉德反应的发生，从而产生独特的风味和色泽。

总之，挤压膨化过程中美拉德反应的研究对于提高膨化食品的质量和口感具有重要意义。今后应进一步加强对美拉德反应的研究，以便更好地应用于膨化食品加工中。