Élelmiszer-feldolgozó és Maillard-reakció termékek: hatás az emberi egészségre és a táplálkozásra

1 Biológiai Tudományok Doktori Program, Manitoba Egyetem, Winnipeg, MB, Kanada

2 Biokémiai és orvosi genetikai diplomás program, University of Manitoba, Winnipeg, MB, Kanada

Absztrakt

A Maillard-reakció ízt és aromát eredményez a főzési folyamat során; és szinte mindenhol használják a sütőipartól a mindennapokig, hogy az ételek ízletesek legyenek. Gyakran nonenzimatikus barnulási reakciónak hívják, mivel enzim hiányában megy végbe. Amikor az ételeket magas hőmérsékleten dolgozzák fel vagy főzik, az aminosavak és a redukáló cukrok közötti kémiai reakció Maillard-reakciótermékek (MRP) képződéséhez vezet. Az élelmiszer feldolgozásának módjától függően jótékony és mérgező MRP-k is előállíthatók. Ezért meg kell érteni a különböző típusú MRP-ket és azok pozitív vagy negatív egészségügyi hatásait. Ebben az áttekintésben összefoglaltuk, hogy az élelmiszer-feldolgozás hogyan befolyásolja az MRP kialakulását néhány nagyon elterjedt ételben.

1. Bemutatkozás

A Maillard-reakciót Louis Camille Maillard (1878–1936) francia fizikusról és vegyészről nevezték el, aki ezt eredetileg leírta. Gyakran nemenzimás barnulási reakcióként definiálják. Míg az ételeket magas hőmérsékleten dolgozzák fel vagy főzik, kémiai reakció megy végbe az aminosavak és a redukáló cukrok között, amelyek különböző ízeket és barna színt eredményeznek (1. ábra). Tehát az élelmiszeriparban gyakran használják arra, hogy az ételeknek különböző ízű, színű és aromájú legyen.

Irodalom alapján Hodge (1953) először leírta a Maillard reakciótermékek (MRP), más néven fejlett glikációs végtermékek (AGE), kialakulásának lépéseit. Az MRP-k kialakulásának teljes folyamata három fő szakaszra osztható a színképződéstől függően. Az első szakaszban a cukrok és az aminosavak kondenzálódnak, majd a kondenzációt követően Amadori átrendeződés és 1-amino-1deoxi-2 ketóz képződik. A második szakaszban dehidráció és széttöredezés következik be a cukormolekulákban. Az aminosavak ebben a szakaszban is lebomlanak. Ebben a köztes szakaszban hidroxi-metil-furfurol (HMF) hasadási termékek keletkeznek, például piruvaldehid és diacetil. Ez a szakasz enyhén sárga vagy színtelen lehet. Az utolsó szakaszban aldol-kondenzáció következik be, végül a heterociklusos nitrogénvegyületek, a melanoidinok képződnek, amelyek erősen színesek [1]. A Maillard-reakció élő organizmusokban is lejátszódhat. Beszámoltak arról, hogy egyes MRP-k, különösen a melanoidinek, jótékony hatással vannak az egészségre, például antioxidáns [2] és antibiotikum [3]. Néhány jelentés azonban azt is javasolta, hogy az MRP-k, például a magas karboxi-metil-lizin (CML) elősegítsék a cukorbetegséget és a szív- és érrendszeri betegségeket, míg az akrilamid karcinogénként hat [4–6].

A hagyományos főzés helyett egyre nagyobb az előnye az azonnali étkezésnek, különösen az új generációs emberek körében. Beszámoltak arról, hogy azoknál az embereknél, akik nagy mennyiségű feldolgozott húst, pizzát vagy rágcsálnivalót fogyasztanak, inzulinrezisztencia és metabolikus szindróma alakul ki, szemben azokkal, akik nagy mennyiségű zöldséget és alacsony feldolgozott ételt fogyasztanak [7]. Az élelmiszer-feldolgozás során megváltozott MRP-k az egyik fontos tényező lehetnek a betegség progressziójában vagy a betegségek elleni küzdelemben. Ebben az áttekintésben összefoglaltuk az MRP változásait, amelyek az élelmiszerek feldolgozása során bekövetkeznek.

2. Szójabab-feldolgozás és MRP-k kialakítása

3. A tejfeldolgozással kapcsolatos MRP-k

A tej olyan ital, amelyet az egész világon fogyasztanak. Jelenleg az emberek által fogyasztott tej nagy százaléka, főleg a nyugati országokban, feldolgozott, nem pedig nyers tej. Az ultramagas hőmérsékletű (UHT) kezelést vagy a hagyományos sterilizálási eljárást gyakran használják a tej feldolgozására a minőség és a biztonság javítása érdekében. A tej fehérjében és cukorban gazdag. Tehát nyilvánvaló, hogy a tej magas hőmérsékleten történő feldolgozása MRP-k kialakulásához vezethet. Számos módszert alkalmaztak az MRP-k mértékének meghatározására a tejfeldolgozás során. Mind a kezdeti, mind az előrehaladott stádiumú MRP-ket használták a tejben előforduló barnulási reakció indikátoraként [11, 12]. Az MRP képződése nagyban befolyásolja a fehérje és az ásványi anyagok biológiai hozzáférhetőségét. A korai szakaszban a tejben lévő laktóz blokkolja a lizin aminocsoportját, így képezi az Amadori-terméket, amelyet laktulozililizinnek neveznek, amely megváltoztatja a fehérje biológiai hozzáférhetőségét [13]. Az is ismert, hogy az MRP-k kelátképzőként viselkedhetnek a fémkationok kelátképzésére különböző oldható és oldhatatlan komplexek képződésével, és ezáltal befolyásolhatják az ásványi anyagok biológiai hozzáférhetőségét [14]. Tehát a tej hőkezeléssel történő feldolgozása figyelmet igényel, különösen a csecsemők számára, mivel a tej az egyetlen tápanyagforrás ebben az életszakaszban.

Beszámoltak arról, hogy a hagyományos sterilizált palacktej kémiai összetétele eltér az UHT-val kezelt tejétől [15]. A HMF-szintet gyakran használják az MRP-k kialakulásának előrehaladásának értékelésére. Az UHT-n feldolgozott tej HMF-szintje azonban eltérő lehet [16] néhány egyéb tényező, például az A-vitamin, a kazein és a vas jelenléte miatt [17]. Tehát a tejfeldolgozás során a hőkezeléssel együtt más releváns tényezőket is figyelembe kell venni a tápérték megőrzése érdekében. Egy nemrégiben készült tanulmány kimutatta, hogy olyan enzimek használata, mint a Faox I és a Faox II, gátolhatják a Maillard-reakció fejlődését [18].

4. Tésztafeldolgozás és MRP-k

5. Húsfeldolgozás és MRP-k

Az MRP-k, például a heterociklusos amin (HCA) szintje megemelkedik az emelt főzési hőmérséklet mellett; és ez a jelenség a húsban hangsúlyosabb, mint a hal [26]. A húst magas hőmérsékleten főzik sütéssel, pörköléssel és forralással, vagy kemencében. Míg pozitív összefüggéseket találtak az élelmiszerekből származó HCA-k bevitele és a különböző típusú emberi rák fokozott kockázata között [27–29], néhány más tanulmány nem talált összefüggést a HCA-k és a rák kockázata között [30–32]. Számos tanulmány kimutatta, hogy a sütéshez és a sütéshez hasonló folyamatok nagy mennyiségű HCA-k képződését okozhatják [27, 33–35]. Éppen ellenkezőleg, ezek a HCA-k különböző ízeket és ízeket produkálnak az ételekben. A heterociklusos vegyületek, például a pirazin, az oxazol és a tiazolok elsősorban felelősek az íz kialakításáért a sült vegyületben. A magas hőkezelés és a grillezés során a pirazinok szintje jelentősen megemelkedett [36]. Javasoljuk, hogy az alkil-pirizn két alfa-amino-keton molekula kondenzációjával keletkezzen, amely a Strecker-féle lebomlásból származik [37], amely a Maillard-reakcióút köztes része.

Feldolgozott élelmiszerekben több mint 25 heterociklusos amint (HCA) azonosítottak [38]. Egy tanulmány kimutatta, hogy amikor a kacsahúst széngrillezéssel, rántással, pörköléssel, mikrohullámú főzéssel, serpenyőben történő sütéssel vagy forralással főzték, az MRP-k magasabbak voltak a serpenyősütési folyamatban a másik négy főzési módszerhez képest. Liao és mtsai. (2012) [39] arról számolt be, hogy a főzés és a mikrohullámú főzés volt a legmegfelelőbb módszer a kacsahús feldolgozására az MRP-k képződése szempontjából. Egy másik tanulmányban azonban kiderült, hogy mind a szénen grillezett kacsa, mind a csirkemell magas HCA-tartalommal rendelkezik a serpenyőben sült húshoz képest. Megállapították, hogy a pörkölés jelentősen csökkenti a HCA-ket [40].

Egy másik vizsgálatban a marhahús steaket és a hamburger pogácsákat serpenyőben sütéssel, kemencében megsütve, grillezve vagy grillezve dolgozták fel négyféle készséggel (ritka, közepes, jól főtt vagy nagyon jól főtt) [41]. A marhasülteket ritkán, közepesen és jól főzve kemencében dolgozták fel. Öt különböző HCA-t mértek. A 2-amino-3,4-dimetil-imidazo szintje

a kinolin magasabb volt a jól főzött steak és hamburger pogácsákban. A kacsa- és csirkepecsenyéhez hasonlóan a marhahús sültje sem tartalmazta az 5 HCA-t, de a jól elkészített pecsenyékből csepegtetett pecsenye kétféle HCA-t tartalmazott [41]. A három különböző vizsgálat alapján felvethető, hogy a hús (csirke, kacsa és marhahús) pörkölésével kevesebb HCA termelődik más módszerekhez képest.

Az elmúlt napokban az emberek időhiány miatt több fogyasztásra kész ételt fogyasztanak. Puangsombat és mtsai. (2011) értékelte a HCA-szintet néhány kész fogyasztásra alkalmas termékben. Megállapították, hogy a HCA-k magasabbak voltak a rotisserie csirke bőrében. A másik értékelt ételben a HCA szintet a következő sorrendben találtuk: rotisserie csirkehús, deli hústermékek és pepperoni [42]. Beszámoltak azonban arról, hogy a kereskedelemben főzött húsok és az éttermi húsok alacsony mennyiségű HCA-t tartalmaznak [43, 44].

6. Kávébab feldolgozása és MRP-k

7. Növényi eredetű élelmiszer-feldolgozás és MRP-k

A gyümölcs- és zöldségfélékben gazdag étrend fogyasztása számos egészségügyi előnyt jelent számunkra. A feldolgozási módszer azonban fontos szerepet játszik a gyümölcsök és zöldségek által előidézett jótékony hatások nagyságának diktálásában. A kezelési hőmérséklettől függően furoil-metil-származékokat (FM) találtak a feldolgozott zöldségekben és gyümölcsökben, például a narancslében [50] és a feldolgozott paradicsomtermékekben [51], valamint a dehidrált sárgarépában [52]. Bebizonyosodott, hogy a dehidratált sárgarépa jelentős mértékben tartalmaz FM-t a sárgarépaléhez, a babarépához vagy a konzervált sárgarépához képest. Javasoljuk, hogy a hőkezelés alatti feldolgozási idő fontos szerepet játszik az FM kialakulásában [52]. Dueik és Bouchon (2011) arról számoltak be, hogy a sárgarépa chips chipses sütésével a burgonya és az alma szelet jelentősen megtarthatja karotinoid- és aszkorbinsavszintjüket [53].

Amikor a zöldségeket alacsony hőmérsékleten kezelik, prooxidánsok keletkeznek, míg a magas hőmérsékleten történő kezelés csökkenti a prooxidánsokat és növeli az antioxidáns tulajdonságokat az MRP-k termelése miatt [54]. Az MRP-k ilyen antioxidáns aktivitása a nagy molekulasúlyú barna vegyületekből származik, amelyek a reakció előrehaladott szakaszában képződnek [54]. Itt kell azonban megemlíteni, hogy az MRP-k prooxidáns tulajdonságokkal is bírhatnak [55, 56].

Az MRP-k megakadályozhatják a polifenol-oxidáz (PPO) által okozott enzimatikus barnulási reakciót [57]. A növényi eredetű termékek, mint például a gyümölcsök és zöldségek, sok endogén fenolvegyületet termelnek a szüret utáni kezelés és feldolgozás során. Ezeket a vegyületeket oxidoreduktáz enzimek, például polifenoloxidázok (PPO) és tirozinázok oxidálják. Ez a reakció viszont rendkívül reaktív kinonvegyületeket hoz létre, amelyek kondenzálódva és polimerizálódva barna pigmenteket eredményeznek, és ezáltal rontják az élelmiszertermék minőségét. Az MRP-k megakadályozhatják ezt az enzimatikus folyamatot a reakció kezdeti szakaszában, és ezáltal hozzájárulhatnak a termék minőségének fenntartásához. Az antibrowning mellett az MRP-k antiallergén tulajdonságot is biztosítanak a cseresznye eredetű allergéneknél [58].

8. Az MRP-ből származó élelmiszerek néhány egyéb hatása

Az angiotenzin-I konvertáló enzim (ACE) a vérnyomás szabályozására szolgáló szabályozó enzim. Az ACE-gátló peptid csökkenti a vérnyomást az ACE-enzim gátlásával [59]. Rufián-Henares és Morales (2007) kimutatták, hogy a hét aminosav-glükóz modell rendszerből izolált melanoidinok mind az ACE gátlását okozták in vitro [60]. Nemrégiben Hong és munkatársai (2014) kimutatták, hogy megfelelő körülmények között a Maillard-reakció hatékonyan javíthatja a kazein-hidrolizátum ACE-gátló aktivitását [61].

Azt állították, hogy Maillard barnulási reakciótermék beadása, amely a Panax a ginsenozid Re-t vagy ginsenozidból származó szacharidot, amely aminosavval van kezelve 100 és 130 ° C közötti hőmérsékleten, megelőzheti, javíthatja vagy kezelheti a vesebetegséget [62].

Az élelmiszerből származó sokoldalú MRP baktériumölő hatású lehet számos kórokozó esetében. Például az aminoredukton hatékonyabb baktériumölő hatású lehet négyen Pseudomonas aeruginosa izolátumok, egy multirezisztens Pseudomonas aeruginosa (MDRP), egy Escherichia coli, egy meticillinre fogékony Staphylococcus aureus, és egy meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) mikacinnal, ciprofloxacinnal, imipenemmel és levofloxacinnal összehasonlítva [63]. Az MRP-k hatékonynak bizonyultak az élesztővel szemben is [64].

9. Következtetés és perspektívák

A Maillard-reakció termékeinek pozitív és negatív hatása is van az egészségre. A változatos MRP-k antioxidánsokként, baktériumölő, antiallergén, barnásodásgátló, prooxidánsok és rákkeltőként hatnak. Ezen tulajdonságok többsége az élelmiszer feldolgozásától függ. A magas hőmérsékletű melegítés néhány ételt táplálóvá tesz, míg egyes ételek elveszítik tápértéküket. Az élelmiszeriparban számos stratégiát alkalmaznak az MRP-k termelésének csökkentésére. Például az akrilamidot a Nemzetközi Rákkutató Ügynökség az emberre nézve valószínű rákkeltő anyagként osztályozta [65]. A magas hőmérsékleten történő ételkészítés során Maillard reakció útján sokféle élelmiszerben képződnek az akrilamidok [66–68]. Az akrilamid mennyiségének csökkentése érdekében az aszparaginázt laboratóriumban sikeresen alkalmazták burgonya és gabonafélék számára [69, 70]. Beszámoltak arról is, hogy a CO2 injektálása az extrudálási folyamat során segít csökkenteni az akrilamid szintjét [71].

Jelen áttekintés célja az volt, hogy összefoglaljuk a Maillard reakció által közvetített változásokkal az élelmiszerben az élelmiszer-feldolgozási lépések során. Ez hasznos betekintést nyújthat az élelmiszer-feldolgozó létesítményekkel foglalkozók számára.

Érdekkonfliktus

A szerzők kijelentik, hogy a jelen cikk megjelenésével kapcsolatban nincs összeférhetetlenség.