Reazione di Maillard: fasi e degradazione di Strecker

La reazione di Maillard è il nome dato alle reazioni chimiche tra aminoacidi e zuccheri riducenti che oscurano il cibo durante la tostatura, la cottura, la torrefazione e la frittura. I composti marroni si formano responsabili per il colore e l'aroma di prodotti come la crosta di pane, il roast beef, le patatine fritte e i biscotti cotti al forno.

La reazione è favorita dal calore (temperature tra 140 e 165 ˚C), anche se si verifica anche a una velocità inferiore, a temperatura ambiente. Fu il medico e chimico francese Louis-Camille Maillard a descriverlo nel 1912.

L'oscuramento avviene senza l'azione degli enzimi, così come la caramellizzazione; quindi entrambe sono chiamate reazioni di colorazione non enzimatica.

Tuttavia, essi differiscono in quanto nella caramellizzazione vengono riscaldati solo i carboidrati, mentre per le proteine si verificano o Maillard deve essere presente anche proteine o amminoacidi.

Fasi della reazione

Anche se sembra facile ottenere il colore dorato negli alimenti con tecniche di cottura culinaria, la chimica coinvolta nella reazione di Maillard è molto complessa. Nel 1953 John Hodge pubblicò lo schema della reazione che è ancora ammessa in generale.

In una prima fase uno zucchero riducente come il glucosio viene condensato con un composto contenente un gruppo amminico libero, quale un amminoacido, per dare un prodotto di addizione che viene trasformato in una glicosilammina N-sostituita.

Dopo una disposizione molecolare chiamata riarrangiamento di Amadori, si ottiene una molecola del tipo 1-ammino-desossi-2-chetoso (noto anche come composto Amadori).

Una volta formato questo composto, sono possibili due vie di reazione:

- Potrebbe esserci una scissione o una rottura di molecole in composti carbonilici privi di azoto, come acetolo, piruvaldeide, diacetile.

- È possibile che si verifichi un'intensa disidratazione che dà luogo a sostanze come il furfurolo e il deidrofurfurale. Queste sostanze sono prodotte dal riscaldamento e dalla decomposizione dei carboidrati. Alcuni hanno un leggero sapore amaro e aroma di zucchero bruciato.

Degrado di Stecker

C'è un terzo modo di reazione: il degrado di Strecker. Questo consiste in una moderata disidratazione che genera sostanze riducenti.

Quando queste sostanze reagiscono con gli amminoacidi inalterati, vengono trasformate in aldeidi tipiche degli aminoacidi coinvolti. Con questa reazione si formano prodotti come la pirazina, che conferisce l'aroma caratteristico alle patatine.

Quando un aminoacido interviene in questi processi, la molecola viene persa dal punto di vista nutrizionale. Questo è particolarmente importante nel caso degli aminoacidi essenziali, come la lisina.

Fattori che influenzano la reazione

Natura degli amminoacidi e dei carboidrati della materia prima

Nello stato libero quasi tutti gli amminoacidi hanno un comportamento uniforme. Tuttavia, è stato dimostrato che tra gli aminoacidi inclusi nella catena polipeptidica, quelli di base - specialmente la lisina - presentano un'alta reattività.

Il tipo di amminoacido coinvolto nella reazione determina il gusto risultante. Gli zuccheri devono essere riduttivi (cioè devono avere un gruppo carbonile libero e reagire come donatori di elettroni).

Nei carboidrati è stato scoperto che i pentosi sono più reattivi degli esosi. Cioè, il glucosio è meno reattivo del fruttosio e, a sua volta, del mannosio. Questi tre esosi sono tra i meno reattivi; seguito da pentoso, arabinosio, xilosio e ribosio, in ordine crescente di reattività.

I disaccaridi, come il lattosio o il maltosio, sono ancora meno reattivi degli esosi. Il saccarosio, poiché non ha una funzione riducente libera, non interviene nella reazione; lo fa solo se è presente in un alimento acido e viene quindi idrolizzato in glucosio e fruttosio.

temperatura

La reazione può svilupparsi durante la conservazione a temperatura ambiente. Per questo motivo si considera che il calore non è una condizione indispensabile per il suo verificarsi; tuttavia, le alte temperature lo accelera.

Per questo motivo, la reazione si verifica principalmente in operazioni di cottura, pastorizzazione, sterilizzazione e disidratazione.

Quando si aumenta il pH, l'intensità aumenta

Se il pH sale, aumenta anche l'intensità della reazione. Tuttavia, il pH tra 6 e 8 è considerato il più favorevole.

Una diminuzione del pH rende possibile attenuare la doratura durante la disidratazione, ma modifica sfavorevolmente le caratteristiche organolettiche.

umidità

La velocità della reazione di Maillard presenta un massimo tra 0, 55 e 0, 75 in termini di attività idrica. Pertanto, gli alimenti disidratati sono i più stabili, a condizione che siano tenuti lontano dall'umidità e a temperature moderate.

Presenza di metalli

Alcuni cationi metallici lo catalizzano, come Cu + 2 e Fe + 3. Altri come Mn + 2 e Sn + 2 inibiscono la reazione.

Effetti negativi

Sebbene la reazione sia generalmente considerata desiderabile durante la cottura, presenta uno svantaggio dal punto di vista nutrizionale. Se gli alimenti con un basso contenuto di acqua e la presenza di zuccheri e proteine riducenti (come cereali o latte in polvere) vengono riscaldati, la reazione di Maillard porterà alla perdita di aminoacidi.

I più reattivi in ordine decrescente sono lisina, arginina, triptofano e istidina. In questi casi è importante ritardare l'inizio della reazione. Ad eccezione dell'arginina, gli altri tre sono aminoacidi essenziali; cioè, devono essere forniti dall'alimentazione.

Se un gran numero di aminoacidi di una proteina si trova legato a residui di zucchero come conseguenza della reazione di Maillard, gli aminoacidi non possono essere usati dall'organismo. Gli enzimi proteolitici dell'intestino non possono idrolizzarli.

Un altro inconveniente notato è che, a temperature elevate, si può formare una sostanza potenzialmente cancerogena come l'acrilammide.