Reakcje Maillarda

Lubisz panierowanego kurczaka, chrupiącą skórkę świeżego chleba wyjętego wprost z piekarnika i rumiane pączki z różą? Mogłoby się wydawać, że nie mają ze sobą nic wspólnego, a jednak łączy je więcej niż myślisz. Za te wszystkie wspaniałe zapachy i smaki owych smakołyków odpowiadają reakcje Maillarda!
Ostatnio zgłębialiśmy temat karmelizacji. A z nią nierozerwalnie związane są reakcje Maillarda. Wystarczy tylko jeden element więcej i mamy już do czynienia z tymi skomplikowanymi procesami, którym zawdzięczamy piękny kolor potraw, jak i zniewalający zapach i smak. Czym są reakcje Maillarda? Jakie reagenty są potrzebne? Co jest produktem końcowym? Co wpływa na reakcje Maillarda? Jak je można przyspieszyć? I czy zawsze są pożądane?
tarta reakcje maillarda
Źródło: Priscilla Du Preez. https://unsplash.com/photos/lYOAaMPtEB8 (dostęp 09.01.2021r.).

Niezbędne reagenty do reakcji Maillarda

Po lekturze ostatniego artykułu wiesz już, czym jest karmelizacja. Wystarczy cukier oraz odpowiednio wysoka temperatura i voilà! Do reakcji Maillarda potrzebny jest jeszcze jeden reagent – aminokwas. Będąc bardziej precyzyjną, procesy Maillarda to szereg różnorodnych reakcji zachodzących między cukrami redukującymi a aminokwasami.

Czym są cukry redukujące? Z chemicznego punktu widzenia to cukry, które redukują wodorotlenki metali lub tlenki metali. Nie będziemy się jednak skupiać na tych aspektach, ale na praktyce. Do tej grupy związków należą m.in. glukoza, fruktoza czy galaktoza. Sacharoza, czyli biały cukier, nie jest cukrem redukującym, dopiero po rozpadzie na składowe (glukozę i fruktozę) może brać udział w reakcjach Maillarda.

chleb reakcje maillarda
Źródło: Jonathan Pielmayer. https://unsplash.com/photos/j1gr2w10EtQ (dostęp 09.01.2021r.).

Z poprzednich artykułów (link do białek) już wiesz czym są aminokwasy. To bloczki budujące białka. Jest ich wiele rodzajów. Co ciekawe, rodzaj cukru i aminokwasu wpływa na produkty końcowe (powstałe substancje chemiczne).

Szereg reakcji chemicznych

Spotkanie tych dwóch elementów tj. cukru redukującego i aminokwasu jest dopiero początkiem szeregu reakcji. Wyróżnia się trzy fazy, a w nich wiele różnych reakcji:

  1. Faza początkująca:
  • reakcja między cukrem redukującym a aminokwasem,
  • reakcje przegrupowań do związków:
    • Amadori,
    • Heyns’a.
  1. Faza pośrednia:
  • enolizacja,
  • deaminacja,
  • rozszczepienie (podział),
  • reakcje Streckera.
  1. Faza końcowa:
  • heterocyklizacja,
  • kondensacja do melanoidynów.

Nie musisz w żadnym wypadku znać tych wszystkich procesów. Nie będę ich także opisywać i wyjaśniać, bo jest to wyższa szkoła jazdy 😉 Chciałam Ci tylko pokazać, że reakcje Maillarda są dosyć złożonym procesem.

Rezultat złożonych reakcji Maillarda

Jaki jest efekt końcowy? W rezultacie powstaje wiele związków lotnych (furanony, oksazole, pirazyny, pirole i wiele innych), które są odpowiedzialne za zapach oraz związki nielotne (melanoidyny) zapewniające ładną brązową barwę (w różnych odcieniach, w zależności od parametrów procesu, np. długości, temperatury).

chrupiąca skórka reakcje maillarda
Źródło: Cocobols. https://unsplash.com/photos/5vu3kHFNMAg (dostęp 09.01.2021r.).

Powstałe związki lotne niosą ciekawy zapach. Przede wszystkim te uwodzicielskie  słodkie, karmelowe, pieczone nuty. Bukiet zapachowy wzbogacany jest także o orzechowe czy czekoladowe, a niekiedy nawet kwiatowe wonności. Pojawiają się charakterystyczne mięsne, cebulowe czy ziemniaczane aromaty.

orzechy reakcje maillarda
Charakterystyczne orzechowe nuty powstają podczas zachodzenia reakcji Maillarda.
Źródło: Pierre-Antoine Caisso. https://unsplash.com/photos/af4dHBT7ssI (dostęp 09.01.2021r.).

Parametry reakcji Maillarda: temperatura, czas i woda

Czy wystarczy tylko cukier redukujący i aminokwas? Niestety nie. Potrzebna jest również odpowiednia temperatura, wyższa niż 100°C, czyli powyżej wrzenia wody. Dlaczego ta wartość jest tak istotna? Woda obecna w żywności uniemożliwia przekroczenie wartości 100°C (więcej w artykule o gotowaniu). A niedostatecznie wysoka temperatura spowalnia reakcje Maillarda. Jednak pewna ilość wody jest niezbędna do zachodzenia tych procesów. Zbyt mała ilość również uniemożliwi współdziałanie cukrów i aminokwasów. Zwykle procesy te zachodzą najefektywniej w zakresie temperatury od 110 do 170°C.

Co ciekawe, reakcje Maillarda zachodzą również w niższych temperaturach, poniżej 100°C. Będą jednak one zachodzić znacznie wolniej. Doskonałym przykładem są buliony czy długo gotowane mięso przez wiele godzin. Procesy te zachodzą nawet w szampanie! Oczywiście w tych długo leżakowanych.

Źródło: Lomig. https://unsplash.com/photos/1GtqsbkrzK8 (dostęp 09.01.2021r.).

Wpływ pH na reakcje Maillarda

Innym czynnikiem mającym wpływ na te procesy jest wartość pH. To miara kwasowości/zasadowości. Wysoka wartość pH, czyli środowisko zasadowe, przyspiesza szybkość reakcji. Relacja ta została odkryta przypadkowo w Niemczech przez piekarza Antona Nepomuka Pfannenbrenner. Popełnił on błąd przy przygotowywaniu precli. Zamiast posmarować je przed pieczeniem mieszanką wody z cukrem, sięgnął omyłkowo po… ług (wodorotlenek sodu, czyli zasadę) przeznaczony do mycia kuchennych utensylii. W rezultacie uzyskał piękne brązowe wypieki o nowym smaku, które zostały docenione przez klientów.

precel_reakcje_maillarda
Źródło: Pierre Gui. https://unsplash.com/photos/1GeTpL5FJvY (dostęp 09.01.2021r.).

My również możemy zmienić pH naszych potraw poprzez dodatek powszechnie dostępnej sody oczyszczonej (wodorowęglan sodu), która jest słabą zasadą. Jest ona często używana w wypiekach jako środek spulchniający, ale dodatkowo przyspiesza reakcje Maillarda. I tak ciasteczka z domieszką sody będą się szybciej rumienić od tych bez niej oraz zyskają lekko orzechowy zapach i smak.

Soda dodawana jest często do popularnego smakołyku pochodzącego z Ameryki Łacińskiej – ‘dulce de leche’. To nic innego jak powolnie gotowane skondensowane mleko. Obecność sody pozwala otrzymać ciemniejszą barwę sosu i bogatszy smak. Podobnie jest z popularnym amerykańskim puddingiem z persymony czy chlebka bananowego, których ciemny kolor jest zasługą obecności właśnie sody, czyli wysokiego pH.

chlebek_bananowy_reakcje_maillarda
Źródło: Leigh Skomal. https://unsplash.com/photos/byaVdSDtpx0 (dostęp 09.01.2021r.).

Receptura na chińskie stuletnie jaja również wykorzystuje tę własność. Wysokie pH jest efektem użycia wapna (tlenku wapnia). To zasadowe środowisko zapewnia zmianę koloru i ukształtowanie charakterystycznego smaku i aromatu. Soda jest także często stosowana do przyrządzania japońskiej tempury w celu uzyskania ciemniejszej barwy panierki.

Źródło: bady Abbas. https://unsplash.com/photos/xBMNxrbQonw (dostęp 09.01.2021r.).

Soda może pomóc także i nam. Możesz dodać ją do karmelizowanej cebuli, by przyspieszyć ten proces. W celu osiągnięcia jeszcze lepszych efektów, przypraw je odrobiną soli. Przyspiesza ona osmozę, czyli dyfuzję wody. Dzięki temu szybciej „wyciągniemy” ją z cebuli i odparujemy, zatem reakcje Maillarda zajdą w krótszym czasie.

Koncentracja reagentów

Stężenie reagentów, czyli początkowych składników reakcji, ma również niebagatelne znaczenie. Dodatek cukru czy białka (aminokwasów) przyspiesza reakcje Maillarda. Zależność tą „czuły” intuicyjnie już nasze babcie i gosposie domowe. Jak? Ponieważ od dawien dawna smarowały bułeczki rozkłóconym jajem z mlekiem. Pierwsze zapewniało aminokwasy, drugie zaś cukry. W efekcie uzyskiwały piękną rumianą powierzchnię.

Źródło: Asiya Kiev. https://unsplash.com/photos/T1AX0yT9dd4 (dostęp 09.01.2021r.).

Podobnie jest z glazurowaniem mięsa. Często podczas grillowania mięso smaruje się marynatą, która w swoim składzie zawiera także cukry. Warto wykonywać tę czynność już pod koniec obróbki termicznej, by uniknąć zbyt mocnego spalenia powierzchni.

W niektórych państwach (Argentynie, Hiszpanii czy Singapurze) stosuje się ten patent przy produkcji kawy, znanej jako ‘torrefacto’ lub ‘torrado’. Podczas prażenia ziaren dodaje się… cukier. W trakcie obróbki termicznej ulega karmelizacji, a następnie wnika w ziarna, gdzie zachodzą reakcje Maillarda. Uzyskuje się dzięki temu piękny aromat i smak. Korzyścią dla producentów jest niższy koszt produkcji, ponieważ droższe ziarna kawy zastępują częściowo tańszym cukrem.

torrefacto reakcje maillarda
Porównanie ziaren kawy palonych w tradycyjny sposób (po lewej), z kawą ‘torrefacto’ (po prawej).

Wyjątkowy e-book z 20 przepisami na nietuzinkowe, autorskie dania: przystawki, zupy, dania główne i desery

Skutki niepożądane/wady

Reakcje Maillarda nie zawsze są pożądane. Proces ten ma swoje wady. Tracone są cenne substancje: witaminy (B1 i C) oraz aminokwasy (szczególnie lizyna, cysteina czy metionina). Tworzą się także szkodliwe dla zdrowia związki (np. akryloamid). Powstają także niezbyt przyjemne aromaty, a barwne melanoidyny nie zawsze są mile widziane, jak na przykład w mleku czy zupach w proszku.

zniesmaczony chłopczyk

Zmianom tym można zapobiec stosując opisane wyżej metody, ale w sposób przeciwny. A więc poprzez zastosowanie niższej temperatury, skrócenie procesu, dodatek wody, obniżenie pH oraz zmniejszenie ilości cukrów redukujących i aminokwasów.

Reakcjom Maillarda praktycznie nie udaje się zajść podczas gotowania w mikrofali. Oddziałuje ona na cząsteczki wody obecne w żywności i zwiększenie ich energii. Ich temperatura nie przekroczy wartości wrzenia, zatem zajście tych procesów jest w zasadzie niemożliwe.

Teraz już wiesz, czym się różni karmelizacja od reakcji Maillarda, w kolejnym artykule zdradzę tajemnice idealnego sosu karmelowego 😊

karmelizacja solony karmel sos karmelowy
Źródło: Kobby Mendez. https://unsplash.com/photos/idTwDKt2j2o (dostęp 09.01.2021r.).

Podsumowanie:

  • Reakcje Maillarda to szereg reakcji zachodzących między cukrami redukującymi a aminokwasami.
  • W wyniku tych reakcji powstaje wiele związków lotnych odpowiedzialnych za zapach oraz związki nielotne zapewniające brązową barwę żywności.
  • Istotny wpływ odgrywają reagenty (cukry redukujące oraz aminokwasy), temperatura, czas, woda i pH.
  • Reakcje Maillarda mają także wady: dochodzi do utraty cennych substancji: witamin i aminokwasów. Powstają również szkodliwe dla zdrowia związki.

Podobał Ci się mój artykuł?

Podziel się nim! 🤗

Literatura:

McGee, H. (2007). On food and cooking: the science and lore of the kitchen. Simon and Schuster.

Vincken, J.P. (2014). Molecular Gastronomy. Wageningen University & Research.

Vega, C., Ubbink, J., & Van der Linden, E. (Eds.). (2012). The kitchen as laboratory: Reflections on the science of food and cooking. Columbia University Press.

Chemia Żywności. Katedra Analizy Żywności. Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Węglowodany w żywności: struktura, właściwości, odróżnianie cukrów prostych od złożonych, właściwości redukujące cukrów prostych. Uniwersytet Gdański. Wydział Chemii.