Food Chemistry I Browning...

Food Chemistry I Browning Reactions

อาจารยเปรมศร โรจนสจจะกล

Contents

Enzymatic Browning 1

Maillard Reaction 2

Caramelization 3

Ascorbic Acid Oxidation 4

Browning Reactions

เกดขนระหวางกระบวนการผลตอาหารและการเกบรกษา

เปน Secondary reaction: มหลายๆ ปฏกรยาเกดขนรวมกน

Enzymatic browning reaction

ปฏกรยาการเกดสนาตาลทเรงดวยเอนไซม

Nonenzymatic browning reaction

ปฏกรยาการเกดสนาตาลทไมมเอนไซม

The Maillard reaction

Caramelization

Amino acid Oxidation

Enzymatic Browning Reaction

มผลตอสของ ผก ผลไม และ อาหารทะเล

Polyphenol oxidase (PPO)

EC 1.10.3.1; o-diphenol oxidoreductase

• Phenoloxidase

• Phenolase

• Monophenol oxidase

• Diphenol oxidase

• Tyrosinase



Desirable Color : ผลไมแหง; ลกเกด, ลกพรน, อนทผลม, มะกอก Color & flavor : โกโก, ชา, กาแฟ PPO : สตวทะเล ; รกษาแผล, เปลอกแขงตวหลง ลอกคราบ

Melanoidin Antibacterial Anticancer Antioxidant Antifungal

Undesirable Color : ผก, ผลไม, กง ผก : ผกใบเขยว, ผกกาดหอม, มนฝรง, มนเทศ, เหด ผลไม : แอปเปล, อะโวกาโด, กลวย, องน, มะกอก ลกแพร, ลกทอ



Melanosis

การเกดสนาตาลโดยเอนไซมในอาหารทะเล

เกดมากเมอเกบกงทยงมหว

ปองกน

• แยกหวกง ลางกงใหสะอาด (กาจด protease)

ไมเปนอนตราย ไมมผลตอกลนรสของกง

ผบรโภคคดวากงเกดการเนาเสย

การลอกคราบของกง

• 1. Postmoult 2. Intermoult

• 3. Premoult 4. Moult


Different developmental stages in the formation of Flarida Spiny

Lobster cuticle


การลอกคราบ

A : กงลอกคราบแลว (postmoult)

• ไมมเปลอกแขง (cuticle) มแตชน epidermis

• PPO activity ตามาก

B : intermoult stage

• ชวงเรมแรกของเกดเปลอกแขงใหมแทนทเปลอกแขงเกา

PPO activity สงในชวง premoult

C : early premoult

• เกดเปลอกแขงใหมตอจาก intermoult stage

D : later premoult

• เปลอกแขงใหมเกดขนสมบรณ

• ใชเวลา 2-3 วนเพอใหเปลอกแขงใหมแขงตว


Black spot

การเกดจดดาในกง

เกด melanosis

ตารางท 1 Colour scale used to describe the progression of

melanosis (black spot) on pink shrimp.

Melanosis Scale Description

0 Absent

2 Slight, noticeable on some shrimp

4 Slight, noticeable on most shrimp

6 Moderate, noticeable on most shrimp

8 Heavy, noticeable on most shrimp

10 Heavy, totally unacceptable


Melanosis progression scale of shrimp

http://www.fao.org/ag/ags/agsi/ENZYMEFINAL/Enzymatic Browning Figure.htm


การยบยงการเกดสนาตาลทเกดโดยเอนไซม

สมบตของเอนไซม

สบสเตรต

ตวยบยงปฏกรยา


Polyphenol oxidase Properties Oxidoreductase: oxidised phenolic cpds

O2 ตวรบ H

พช PPO ; Mw 57-62 kDa

Active between pH 5-7

Inactivate at pH < 3

Cu cofactor

PPO catalysis 2 reactions

• 1. Hydroxylation

–ท Hydroxyl group (-OH) of monophenol

–Monophenol oxidase or cresolase

– Slow reaction


Polyphenol oxidase Properties

PPO catalysis 2 reactions

• 1. Hydroxylation

Cresolase reaction


Polyphenol oxidase Properties PPO catalysis 2 reactions

• 2. Oxidation –Oxidation of diphenol เปน o-benzoquinone – โดย diphenol oxidase

» catecholase (catechol oxidase) » laccase

Monophenol oxidase • สตว :

– Tyrosinase : Major monophenolic cpd. = L-tyrosine

» เกยวของกบการลอกคราบ (molting) – Cresolase : Major monophenolic cpd. = cresol


Polyphenol oxidase pathway



Monophenol oxidase : tyrosinase, cresolase

Monophenol oxidase pathway producing the diphenol


Polyphenol oxidase Properties Monophenol oxidase

• ไมนยมวดคา monophenol oxidase activity ในพช –Rate of reaction

»Hydroxylation < oxidation – Product of oxidation

»Quinone : สารตงตนในการเกดปฏกรยา สนาตาล

Diphenol oxidase : catecholase, laccase • High catalysis activity • Fast reaction • Product = quinones

– สารตงตนในการเกด สารใหสนาตาล (melanoidins)



Diphenol oxidase

Diphenol oxidase pathway Prodicing the quinones



Diphenol oxidase

• Laccase

– EC 1.10.3.2 ; p-diphenol oxidase, DPO

– Substrate = p-diphenol

– Pure laccase สนาเงนเขม

–Glycoprotein; Mw 60-80 kDa

– ม Carbohydrate 15-41%

– Cu 2-4 atoms : 1 molecule laccase or unit

–พบในเชอรา พชชนสง ลกทอ apricots



ในพช

• monophenol oxidase activity : diphenol oxidase activity = 1:40 to 1:10

• catecholase activity > cresolase activity

–Most phenolic cpds in plants

»dihydroxyphenol

• PPO pH ทเหมาะสม 5-7

• PPO ถกยบยงการทางานท pH <3



Laccase

Comparison of reactions catalysed by catecholase (o-DPO) & laccase (p-DPO)


Sustrates : Phenolic compounds

Aromatic rings

ม hydroxyl group 1 group

หมทถกแทนทอนๆ

• simple phenolic cpds, cinnamic acid derivatives, flavonoids

เปนตวกาหนดชนดของ PPO

Flavonoids : anthocyanidins, flavonols

cinnamic acid derivatives

• Flavonols : flavones, flavanones

–Anthoxanthin pigments : สเหลองออน

–Quercetin, myricetin, kaempferol


Substrates

Catechins

• พบในธรรมชาต

• โครงสรางคลาย flavonoids


Substrates : Bone structure of flavonoids


Substrates : Phenolic compounds



Catechol : o-dihydroxyphenol

• ใชศกษา model of enzymatic oxidation

Tyrosine : monohydroxy phenol

• Hydroxylation of tyrosine

–Dihydroxyphenylalanine (DOPA)



Caffeic acid derivatives

• o-diphenolic compounds

• Chlorogenic (caffeoylquinic) acid

– Substrate in apple

• Caftaric (caffeoyltartaric) acid

– Substrate in grape



Substrates ของ PPO ในผก & ผลไม

• Catechins

• Cinnamic acid esters

• 3,4-dihydroxy phenylalanine (DOPA)

• Tyrosine

• กลวย : dopamine

(3,4-dihydroxy phenylalanine)

• อนทผลม : 3-o-caffeoylshikimic acid

(dactylifric acid)

• มนแกว : catecholamine


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล

ผก & ผลไม

• Substrates in vacuole

• PPO in cytoplasm

• ปอกเปลอก หน ตด เกดสนาตาลโดยเอนไซม

อตราการเกดปฏกรยา ขนอยกบ

• ปรมาณของ PPO

• ปรมาณของสบสเตรท

• คา pH

• อณหภม

• ปรมาณออกซเจน




กาจด/ปองกน สารทจาเปนตอการเกดปฏกรยา

• ออกซเจน เอนไซม ทองแดง สบสเตรท

กาจดออกซเจนจากผวของผก & ผลไม

• แชผก/ผลไม ในนา นาเชอม นาเกลอ

• บรรจแบบสญญากาศ

– ยบยง Clostridium botulinum

Enzymatic browning inhibitors

• ความเปนพษ

• ความปลอดภย

• ผลกระทบทมตอรสชาต กลนรส และเนอสมผส

• ราคา




Reducing agents sulphiting agents

ascorbic acid and analogs

cysteine

glutathione

Chelating agents phosphates

EDTA

organic acids

Acidulants citric acid

phosphoric acid




Enzyme inhibitors aromatic carboxylic acids

aliphatic alcohol

anions

peptides

substituted resorcinols

Enzyme treatments oxygenases

o-methyl transferase

proteases

Complexing agents cyclodextrins



Reducing agents


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Reducing agents

• Thiol

– 2-mercaptoehtanol »ยบยงการเกด polymerization ของ o-quinone » เปน reductant ทาให o-quinone เปน

o-dihydroxyphenol • Sulphiting agents

–ควบคมการเกดสนาตาลทงแบบทใชและไมใชเอนไซม

– SO2 sulphur dioxide (g) – SO3

2- sulphite –HSO3

- bisulphate – S2O5

2- metabisulphite



กาซซลเฟอรไดออกไซด

• ยบยง PPO ไดดทสด

• ยบยงแบบถาวรไมกลบคน

• ผลไมอบแหง : ลกเกด

• ขอเสย : เกดกลน เปนอนตรายตอสขภาพ เกดการแพ เกดอาการหอบหด

• FAO: รบประทานในหนงวนไดไมเกน

0.7 mg SO2 / kg of body weight

• Sulfhydryl group (-SH) ของสารประกอบซลเฟอรจบท active site ของเอนไซม



กาซซลเฟอรไดออกไซด

• ซลไฟตทาปฏกรยากบ o-quinone เปน sulphoquinones ท PPO ไมสามารถทาปฏกรยาได

• ซลไฟตยบยงปฏกรยา melanosis (blackspot) ใน กง เหด แอปเปล ผก & ผลไม

• Antimicrobial activity

• ทาใหไวนมสทคงตว มกลนรสทด

• ปรมาณทใชขนอยกบสบสเตรท

– ใชปรมาณนอย

»Monophenol : tyrosine ในมนฝรง

– ใชปรมาณมาก

»Diphenols ในอะโวกาโด


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล L-ascorbic acid

• strong reducing agent

• Oxygen scavenger : จบกบ O2

• รดวซ o-benzoquinone เปน o-diphenol

• L-ascorbic acid ถกออกซไดซ L-dehydroascorbic acid แบบผนกลบไมได

• อนพนธของกรดแอสคอบก

– Erythrobic acid

– 2- and 3-phosphate derivatives of ascorbic acid

– Phosphate esters of ascorbic acid

–Ascorbyl-6-fatty acid esters of ascorbic acid



การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Erythorbic acid & sodium erythorbate

• Strong reducing agents

• Oxygen scavenger

• D-isomer ของ ascorbic acid

• ไมม vitamin C activity

• ใชรวมกบ citric acid แทนซลไฟต

• ควบคมการเกดสนาตาลในผลไมแชแขง

Cysteine

• Sulfhydryl amino acids

• เกด complex กบ PPO หรอ จบกบสบสเตรท

• จบกบ Cu ของ copper prosthetic group ของ PPO


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Acidulants

• ทาใหอาหารม pH ตา

• PPO เสยสภาพ ไมสามารถเกดปฏกรยา catalyst

• citric acid, malic acid, phosphoric acid

• ใชรวมกบ antibrowning agents ชวยเสรมประสทธภาพการทางาน

• citric acid

– นยมใชในอตสาหกรรมอาหาร

– 0.5-2% (w/v)

– ใชรวมกบ ascorbic or erythorbic acids and its salts

– ยบยง PPO : ลดคา pH, ดง Cu จาก active site ของเอนไซม


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Chelating agents

• จบกบโลหะท active site ของเอนไซม

• จบกบ copper and iron ions

• Sorbic acid, polycarboxylic acid (citric, malic, tartaric, oxalic, and succinic acid), polyphosphates (ATP and pyrophosphates), macromolecules (porphyrins, proteins), EDTA

• ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)

– Chemical preservatives: calcium disodium EDTA, disodium EDTA

– จบกบ iron, copper, calcium

– ใชรวมกบ ascorbic acid, citric acid


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Chelating agents

• Phosphates

– Polyphosphates, sodium acid pyrophosphate, metaphosphate

– ละลายไดนอยในนาเยน

–ผกสด & ผลไมสด ปอกเปลอก

»0.5-2% ใน dip solution

– SporixTM : acidic polyphosphate mixture

»Sodium acid pyrophosphate

»Citric acid

»Ascorbic acid

»Calcium chloride


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Maltol

• 3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one

• -pyrone derivative

• จบกบ Cu ท active site ของ PPO

• ทาให o-benzoquinone เปลยนกลบเปน

o-dihydroxyphenol

Polysaccharides

• Sulfated polysaccharides

– Carrageenans, amylose sulfate, xylan sulfate

–Browning inhibitor ใน นาแอปเปล แอปเปลแหง


การควบคมปฏกรยาการเกดสน าตาล

Polysaccharides

• Pectin

– 5-10% ยบย งการเกดสน าตาลในน าแอปเปล

»Carboxyl group ของ pectin จบกบ Cu ใน PPO

Kojic acid

• 5-hydroxy-2-hydroxymethyl-4H-pyran-4-one

• -pyrone derivative

• เกดจากเมตาบอลซมของเช อรา Aspergillus & Penicillium

• จบกบ Fe (III), Cu (II)

• พบในอาหารหมกดองพ นบาน


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Kojic acid

• Antibacterial & antifungal activities • ใชรวมกบ ascorbic acid • ปองกนการเกด melanosis ในพช & อาหารทะเล

– จบกบ Cu ท active site ของ tyrosinase Complexing agents

• Cyclodextrins – Cyclic oligosaccharides –ภายในวง CD เปน hydrophobic –ภายนอกวง CD เปน hydrophilic – จบกบสบสเตรทของเอนไซม PPO เกดเปน

โครงสราง inclusion complex –Beta-CD: ยบยงการเกดสนาตาลในนา แอปเปล



Chemical structure of beta-cyclodextrin


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Heat treatments

• Steam treatments

– ยบยงการเกดสนาตาลในผก & ผลไม บรรจกระปอง/แชแขง

– ไมเหมาะกบผก & ผลไมสด

– อณหภมทใชขนอยกบชนดของเอนไซม

• Pasteurization 60-85C

• Blanching 70-105C หรอสงกวา

– 70-90C ทาลาย catalytic activity ของ PPO

–การลวกถวลนเตา: temp. 82C, time > 3.5 min

»ทาลาย catalase, lipoxygenase, PPO ไดเกอบสมบรณ


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Heat treatments

• Blanching –ปองกน chlorophyll & carotenoids

pigments ไมใหถกทาลายโดยเอนไซม –คณคาทางอาหารลดลง – สญเสยวตามน กลนรส ส เนอสมผส

คารโบไฮเดรต สารประกอบทละลายในนา – เปลองพลงงาน –หลงลวกตองทาใหเยน (cooling) ทนทกอน

การแชแขง Natural antibrowning agents

• นาผง • Papaya latex extract


การควบคมปฏกรยาการเกดสนาตาล Natural antibrowning agents

• Banana leaf extract

– ใชเพยงตวเดยว หรอใชรวมกบ ascorbic acid และ

»4-hexylresorcinol

»Onion juice

»Onion oil

»สารละลาย citric acid, calcium chloride, garlic extract

Minimal processing fruits & vegetables

• การยบยงการทางานของ PPO

– ลวกผกโดยใชไมโครเวฟ หรออาจใช antibrowning agents รวมดวย



Minimal processing fruits & vegetables

• การยบยงการทางานของ PPO

– CO2 treatments – ใช Sodium or calcium chloride and

lactic acid ในการลวกผก

–การเคลอบผลไม

»Edible whey protein isolate-bees wax

–การบรรจในบรรยากาศทมออกซเจนสง (>70% O2)

–Modify atmosphere

»90.5% N2 + 7% CO2 + 2.5% O2

Nonenzymatic Browning Reaction

The Maillard Reaction

Caramelization

Ascorbic Acid Oxidation



พบครงแรก ค.ศ. 1912 โดย Louis Maillard

อาหารไดรบความรอน

• สญเสยนา (dehydration)

• สลายตว (degradation)

• เกดการรวมตวกน (condensation)

– Carbonyl group : reducing sugar, aldehydes, ketones

–Amine group : amonia, amino acid, peptides, proteins

• พฒนาเปนสารประกอบเชงซอนสเหลองถงนาตาล และนาตาลแดง

• เกดกลน และรสชาตเฉพาะ



Beneficial

• Food processing : การอบขนม การทอด

การคว การยาง การเผา

• กลนรส และ สทดในผลตภณฑ

– เนอยางหรออบ กาแฟ ชา ชอคโกแลต ถว มนฝรงทอด ขนมปงกรอบ เบยร ซอสถวเหลอง

• โปรดกซทไดจากปฏกรยาเมลลารด

–Antimutagenic agents

–Antimicrobial agents

–Antioxidants พบใน นาผง และ tomato purees



Undesirable

• ปฏกรยาเมลลารดทเกดขนระหวางกระบวนการ pasteurization, sterilization, drying, storage

• สญเสย essential amino acids : lysine

• เกดสนาตาลและกลนทไมเปนทตองการ

• การวเคราะหปรมาณ lysine

–ตวบงชการเกดปฏกรยาเมลลารด

–ขนมปง ผลตภณฑอาหารเชา อาหารทารก ไขผง นมผง



Undesirable

• การทอด/ยาง เนอและปลา

–Mutagenic/carcinogenic heterocyclic amine

–ปรมาณขนกบ อณหภม เวลา และ เทคนด และ เครองมอทใช

– อาหารทมโปรตนสง

»Acrylamide 5-50 ppb

– อาหารทมคารโบไฮเดรตสง : มนฝรง

»Acrylamide 150-4000 ppb

– อาหารดบและอาหารตม

» ไมพบ Acrylamide


การเกด acrylamide จากปฏกรยาเมลลารด



ปฏกรยาระหวาง หมอะมโนของแอมโมเนย กรดอะมโน เพปไทด หรอโปรตน และ หมคารบอนล ของนาตาลรดวซ เปน N-substituted glycosylamine และ เกดปฏกรยาตอเนองจนไดสารสนาตาล

โปรตนเกดการเสอมเสยระหวางกระบวนการผลตหรอการเกบรกษา

สญเสยคณคาทางอาหาร: กรดอะมโนจาเปน

เกดสารระเหยและไมระเหย

เกด 3 ขนตอนหลก: initial, intermediate, final stages



Condensation (amine/carbonyl)

Rearangement (or enolization)

Fragementation

Strecker degradation

Polymerization-brown color

Initial stage

• ปฏกรยา condensation ระหวาง amino group ของกรดอะมโน เพปไทด โปรตน กบ carbonyl group ของ นาตาลรดวซ (aldose, ketose)

• เกดปฏกรยา dehydration สญเสยนา

• เกด imines หรอ Schiff’s base



Initial stage

• เกด cyclization เปน N-substituted glycosamine ทไมเสถยร

• เกด Amadori rearangement ของ imine

–Amadori product

»1-amin 1-deoxy-2-ketose or aldoseamine เมอ reducing sugar เปน hexose

»Heyns compound or ketoseamine เมอ reducing sugar เปน ketose

»สารตงตนในการเกดสารใหกลนรส และสารประกอบทมสนาตาล

• pH 5: เกดปฏกรยาตอเนอง


Carbonylamine reaction

and Amadori rearrangement

Leading to formation of

1-amino-1-deoxy-2-ketose

in the Maillard reaction


ปฏกรยา condensation ของ amine group กบ carbonyl group


Amadori rearangement ของปฏกรยาเมลลารด


The Maillard Reaction Intermediate stage

• ในสภาวะ pH = 4-7

–การแตกตว (fragmentation) ของ Amadori compound

– เกดเปน 3-deoxyglucosane (-dicarbonyl compound)

– เกดปฏกรยา dehydration ตอได HMF =

5-hydroxymethyl-2-furaldehyde

– ในสภาวะทเปนกรด เกดสารประกอบพวก Osones และ furfural

– Furfural เกดปฏกรยา condensation กบ amino compounds และเกด polymerization เปน melanoidins (nitrogenous dark brown polymers)



Intermediate stage

• ในสภาวะทเปนดาง

– เกดอตราการเกดสนาตาลมากขน: เกดการแตกตวของนาตาลเปน free radical ตางๆ

– เกดปฏกรยา enolization ของ 1-amino-deoxy-1-ketose ทตาแหนง 2 และ 3

– เกด 2,3-enediols เปลยนเปน reductones

– เกดปฏกรยา decomposition, dehydration, fragmentation ได

»สารประกอบใหกลน: aldehydes, furans, maltol, isomaltol, diacetyls



acidic condition

basic condition




• กรดอะมโนทาปฏกรยากบ intermediate dicarbonyl compound จาก amadori cpd

• เกดปฏกรยา decarboxylation ได สารสนาตาลเขม & CO2 (g)

• โปรดกซ : aminoketones, aldehyde, CO2

• Strecker aldehyde มจานวนคารบอนนอยกวากรดอะมโนเรมตน 1 อะตอม

• โปรดกซ: heterocyclic compounds

– Pyrazines, pyrrolines, oxazole, oxazolines, thiazole derivative

– ใหกลนของอาหารทผานความรอน


The Maillard Reaction Final stage

• HMF เกด polymerization เปน nitrogen-containing brown polymers= Melanoidins

• Melanoidin

– สารทมส (pigments)

– โครงสรางทางเคม มวลโมเลกล และปรมาณไนโตรเจน ผนแปรไปตามชนดของสารตงตน

สารประกอบคารบอนล & เอมนทมความคงตวตา ทสลายตวไดงาย

• สามารถเกดปฏกรยาเมลลารดไดทอณหภมหอง ระหวางการเกบรกษา





• Aldehyde & aminoketone = สารใหกลนทสาคญในอาหาร

• Strecker aldehyde

– Ethanal (fruity, sweet aroma)

–Methylpropanal (malty)

– 2-phenylethanal (flowery/honey like aroma)

• Aminoketone

– เกดปฏกรยา condensation & cyclization

– เกดเปน aldehyde




The Maillard Reaction Strecker degradation

• Aminoketone –Heterocyclic compounds : pyrazine,

pyrroline, pyrilodines, pyridines, oxazole, oxazolins, thiazole derivatives, carbocyclic compounds, furanones, pyrrolinones, cyclopentenones


The Maillard Reaction Strecker degradation

• Pyrazine

– สารใหกลนทสาคญในอาหาร : ผลตภณฑเนอสตว ผลตภณฑจากถวเหลอง เนยแขง กาแฟ มนฝรง ชา

– เกดจากปฏกรยา condensation ของ aminoketone

• Pyrroles

–Heterocyclic compounds

– เกดจาก ปฏกรยา cyclization ของ methyldicarbonyl compounds

• Oxazoles & Oxazolines

– สารระเหยใหกลนทพบใน กาแฟ มนฝรงอบ ถวลสงคว


การเกดสารประกอบ pyrroles จากปฏกรยาเมลลารด





• Thiazoles

– เกดจาก sulfur amino acids

– สารระเหยใหกลนทพบใน กาแฟ ถวลสงคว เนอทผานการใหความรอน มนฝรงทอด



การวดปฏกรยาเมลลารด

• Initial stage

– เกด Schiff base, Amadori/Heyns products ทไมมความคงตว

– ไมดดกลนแสง UV

–ตดตามการเกดปฏกรยาโดยการตดตามการเปลยนแปลงคา pH ของสารละลาย

»หมอะมโนทมสมบตเปนดางถกทาลาย ทาใหมปรมาณนอยลง ทาใหคา pH เปลยน

• Intermediate stage

– วดการดดกลนแสง UV ของ dicarbonyl & HMF



การวดปฏกรยาเมลลารด

• Final stage

– วดความเขมของสนาตาล (dark brown color) ทเกดขน

– วดคาการดดกลนแสงในชวงความยาวคลน

420-490 nm


The Maillard Reaction ปจจยทมผลตอปฏกรยาเมลลารด

• คาวอเตอรแอคตวต

• คา pH

• องคประกอบทางเคมของอาหาร

• อณหภม

– อตราการเกดปฏกรยาเมลลารดเพมขน

»คา pH และ/หรอ อณหภม ของระบบเพมขน



ปจจยทมผลตอปฏกรยาเมลลารด

• อณหภม

–ผลของ pH ตอการเกด Maillard browning ของ L-lysine, L-alanine,

L-arginine

» ใหความรอนพรอม D-glucose

ท 121C, 10 min

»ทความเปนเบส จะเกด 2,3-enolization pathway ไดด





• คา pH

– pH ตา ยบยงปฏกรยาระหวางคารบอนลกบเอมน

»pH = 3 นาตาลมความคงตวมากทสดในรป pyranose hemiacetal ring

»pH ลดลงทาใหอตราการเกดปฏกรยาเมลลารด ลดลง

– pH สง นาตาลอยในรป reactive acyclic aldehyde

» เกดปฏกรยารวมตวกนระหวางนาตาลและเอมนอยางรวดเรว




• ชนดของนาตาลรดวซ

– อตราการเกดปฏกรยา

»Pentose (ribose) > hexose (glucose) > disaccharide (lactose)

– นาตาลนอนรดวซง เชน ซโครส

» เกดปฏกรยาไดเมอถกไฮโดรไลซเปนนาตาลรดวซแลว

–นาตาลรดวซ

» Fructose เกดปฏกรยาไดดทสด

»D-galactose > D-mannose > D-glucose




• ชนดของกรดอะมโน

– -amino acid : glycine เกดปฏกรยาไดเรวทสด

»กรดอะมโนขนาดโมเลกลใหญขน เกดปฏกรยาชาลง

–-amino acid

» เกดปฏกรยาเมลลารดไดเรวขนเมอความยาวของสายในโมเลกลเพมขน

–กรดอะมโนทอยในโมเลกลของโปรตน

»หมอะมโนในโมเลกลของ lysine เกดปฏกรยาไดเรวทสด


การเกดสนาตาลในสารละลายกลโครส และสารละลายทประกอบดวยกลโครส และกรดอะมโนจาเปนชนดตางๆ เมอใหความรอนทอณหภม 100C ท pH 7.5





– สภาวะแหงกลโครสกบกรดอะมโนไกลซนจะคงตว ไมเกดปฏกรยาเมลลารด ถงแมจะมอณหภมถง 50 C

– มนาเลกนอย ปฏกรยาเมลลารดจะเกดขน

–ปฏกรยาเกดขนนอยเมอ aw สง

»ท aw สง สารตงตนในการเกดปฏกรยามความเจอจาง

–ปฏกรยาเกดขนมากขนเมอ aw ตาลง

»สารตงตนในการเกดปฏกรยาเคลอนทไดจากด และมความเขมขนเพมมากขน






–ปฏกรยาเมลลารดเกดไดดท aw ระหวาง 0.5-0.8

»aw ของอาหารแหงและอาหารกงแหง

–ปรมาณนาสงสดในการเกดปฏกรยาเมลลารด ประมาณ 30%

• ออกซเจน

– ไมมผลตอปฏกรยาเมลลารด

– ออกซเจนชวยออกซไดซสารอนใหอยในรปทไวตอการเกดปฏกรยา

–ปฏกรยาเมลลารดเกดไดในสภาวะทไมมออกซเจน




• สารประกอบเชงซอนของ metals-amino acids มผลในการเรงอตราการเกดปฏกรยา

– Cu2+ และ Fe3+

– Fe3+ มผลในการเรงการเกดปฏกรยาไดดกวา Fe2+

–Manganese (Mn) และ ดบก (Sn) เปนตวยบยงการเกดปฏกรยา



การควบคมปฏกรยาเมลลารด

• กาจดสารเรมตนทเปนสบสเตรทของปฏกรยา

–กาจดนาตาลกลโครส โดยออกซไดซใหเปนกรดกลโคนก ดวยเอนไซม glucose oxidase

• การลาง

– ลดปรมาณนาตาล และกรดอะมโนออกจากผวนอก

• มนฝรง : เกบรกษาไวระยะเวลาหนง

– นาตาลจะเปลยนเปนสตารช ลดการเกดปฏกรยาการเกดสนาตาลใหนอยลง ระหวางการแปรรป




• ภาวะทใชในการแปรรปอาหาร หรอ การเกบรกษาผลตภณฑ

– ใชอณหภมตา ลดการเกดปฏกรยาเมลลารด

• ควบคมปรมาณนาในอาหาร

– ใหนอยลง หรอ

– เพมปรมาณนาใหมากขน: สบสเตรทเจอจาง

• ลดคา pH

–Dried egg powders

» เตมกรดในกระบวนการ dehydration




• SO2 (g)

–ทาปฏกรยากบ degradation product ของ aminosugar ปองกนไมใหเกดการรวมตว หรอ เกด polymerization เปน melanoidin

–ขอเสยของ SO2

»SO2 ทาปฏกรยากบ วตามนบหนง และโปรตน

»คณคาทางโภชนาการของอาหารลดลง




• ใชสารเคมยบยงการทาหนาทของ carbonyl group

– Sodium/ potassium metabisulfite

»จบกบ carbonyl group ของ นาตาลรดวซ

» เกดเปน hydroxysulfonate สญเสย reducing properties




• Carbohyl compounds ทเกดจากปฏกรยาออกซเดชนของลพด

– ใช antioxidants

• การปรงอาหารดวยไมโครเวฟ

– ไมเกดปฏกรยาเมลลารด

– เตม browning precursors

» เพอใหเกดสนาตาลขนระหวางการใหอาหารรอนดวยไมโครเวฟ


Caramelization

เกดบรเวณผวของอาหารทไดรบความรอนสง ระหวางการอบ การคว

ระหวางกระบวนการผลตอาหารทมปรมาณนาตาลสง ทงรดวซและนอนรดวซ

• แยม นาผลไม การผลตไวน

เกดกลน caramel และสนาตาล ใชเปน food additive

เกดสาร mutagenic และรสขม


Caramelization

การใชความรอนสง

• สลายโมเลกลของนาตาลใหแตกออก

• เกดโพลเมอไรเซชนของสารประกอบคารบอนไดเปนสารสนาตาล

สารเรมตนในการเกดปฏกรยา : นาตาล

การเผานาตาลกลโคสทอณหภม 200C

• นาถกกาจดออกจากโมเลกลของนาตาล (dehydration)

• เกดสารประกอบทมพนธะค และเปนวงแหวน (anhydro ring)

• มความหนด รสขม สเขมขน แปรผนไปตามระยะเวลาและ อณหภมทใช


Caramelization


Caramelization

Dehydration (water elimination)

Isomerization

เกด enediol และ dicarbonyl เปน caramel flavor และ pigments

นาตาลไดรบความรอน (200C)

Sugar Isosacchrosan Caramelan

Caramelin (humin) Caramelen


Caramelization

Isosacchrosan

• นาตาลไดรบความรอน สญเสยนา 5.5%

• ไมเกดการสลายตว

• C12H20O10

Caramelan

• นาตาลไดรบความรอน สญเสยนา 9%

• สญเสยนาออกจากโมเลกลนาตาล 2 โมเลกล

• เกดการรวมตวของนาตาล 2 โมเลกล

• Dehydro sugar

• C24H36O18

• ละลายไดในนา


Caramelization

Caramelen

• นาตาลไดรบความรอน สญเสยนา 13.6%

• เกดการรวมตวกนของนาตาลซโครส 3 โมเลกล

• สญเสยนาออกไป 8 โมเลกล

• C36H50O25

Caramelin (humin)

• การใหความรอน caramelen

• สารสดา ไมละลายนา

• C125H188O80


Caramelization

Caramel

• สารใหส จาก Caramelization

• ประกอบดวย C, H และ O

• ละลายนามสภาวะเปนกรด pH 2.0-4.5

การเกด caramel

• Acid degradation

• Alkaline degradation


Caramelization การเกด Caramel

• Acid degradation

• Organic acid = ตวเรงปฏกรยา

• pH 2.2-2.9

• Lodry de Bruyn-Alberda van Ekenstein transformation

• Isomerization เกด 1,2-enediols & Dehydration

• Product = Furaldehyde

– 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde (HMF) – เกดจาก hexose

– 2-furaldehyde – เกดจาก pentose

D-glucose D-fructose D-mannose


Lodry de Bruyn-Alberda van Ekenstein

transformation

mechanism of sugar

dehydration and

formation of HMF,

a precursor of caramel


Caramelization

การเกด caramel

• Alkaline degradation

–การสลายตวของนาตาลในสภาวะทเปนดาง

– นาตาลเปลยนเปน 1,2-enediol & 2,3-enediol

– โดยปฏกรยา enolization

– เกด cleavage และ fragmentation

– เกดสารประกอบใหกลน

– saccharinic acid, lactic acid, 2,4-dihydroxybutyric acid, ethyl alcohol, aromatic compounds, benzene, maltol, catechol, และ benzaldehyde


Alkaline degradation


Caramelization

อตราการเกดปฏกรยาคาราเมลไลเซชน ขนกบ

• อณหภม

• คา pH

• ระยะเวลาการใหความรอน

• สารตงตน

ปฏกรยาเกดไดดท temp. > 120C คา pH > 9 หรอ คา pH < 3


Caramelization

การใชอณหภมตา

• เกดสดกวาเกดกลน

• การเกบรกษาสารละลายนาตาล

– fructose, xylose, glucose, maltose, lactose, sucrose

–ท temp. 45-65C คา pH 4-,6 aw 0.9

» Fructose & xylose เกดสนาตาลไดมากกวาและเรวกวานาตาลชนดอน


Caramelization

Caramel

• สารใหสในเครองดมโคลา ขนมอบ ลกอม นาเชอม และ ซอสปรงรส

• สารละลายคอลลอยดทมประจลบ

Sucrose + ammonium bisulfite (NH4HSO3) caramel heat


Caramelization

Caramel

• สนาตาลแดง

• สารละลายคาลาเมล = สารละลายคอลลอยดทมประจบวก

• pH 4.2-4.8

• สารใหสในผลตภณฑขนมอบ นาเชอม พดดง

Sucrose + ammonium salts caramel heat


Caramelization Caramel

• การใหความรอนกบนาตาลเพยงอยางเดยว ไมมการใชเกลอแอมโมเนย – ใหสนาตาลแดง – สารละลายคาลาเมล = สารละลาย

คอลลอยดทมประจลบเพยงเลกนอย – pH 3-4 – สารใหสในเบยร เครองดมแอลกอฮอล – มโมเลกลเปนโพลเมอร – โครงสรางทางเคมผนแปรตามสภาวะและ

สารตงตนทใช – อตราการเกด caramel เรวขนเมอเพม

temp. & คา pH ใหสงขน »อตราการเกดคาลาเมลไลเซชนท pH 8

เกดไดเรวกวาท pH 5.8 ถง 10 เทา


Pyrolysis

การเผานาตาลดวยความรอนสง

เกดสารใหสและสารประกอบทมกลนเฉพาะตว

• Maltol (3-hydroxy-2-methylpyran-4-one)

• Isomaltol (3-hydroxy-2-acetylfuran)

– เกดกลนในขนมปง

• 2H-4-hydroxy-5-methylfuran-3-one

– สารใหกลนและรสหวาน


ผลตภณฑทเกดจากปฏกรยา pyrolysis ของนาตาล



ความรอนทาใหกรดแอสคอบกแตกตว

เกดการเสอมเสยของ citrus productsหนอไมฝรง บอคคอล กะหลาปล ถว ผกขม มนฝรง แอปเปล เมลอน สตอเบอร ขาวโพด และผลไมแหง


Ascorbic Acid Oxidation ปจจยทมผลตอการแตกตวของกรดแอสคอบก

• อณหภม

• ความเขมขนของเกลอและนาตาล

• คา pH

• ปรมาณออกซเจน

• เอนไซม

• โลหะทเปนตวคะตะไลซ

• กรดอะมโน

• สารททาใหเกดปฏกรยาออกซเดชน/ปฏกรยารดกชน

• ปรมาณกรดแอสคอบกเรมตน

• อตราสวนระหวางกรดแอสคอบกและกรดดไฮโดรแอสคอบก


Ascorbic Acid Oxidation ในระบบทมออกซเจน

• กรดแอสคอบกแตกตวได dehydroascorbic acid (DHAA) ทไมมความคงตว

• เปลยนเปน 2,3-diketo-L-gulonic acid

• เกดปฏกรยา decarboxylation ได xylosone และเกดการเปลยนเปน reductones

ในสภาวะทไมมอากาศ

• กรดแอสคอบกแตกตวเปน diketogulonic acid

• ตามดวยปฏกรยา -elimination ท C4

• ปฏกรยา dehydroxylation ไดเปน

3-deoxypentosone

• สลายตวเปน furfural

Ascorbic Acid Degradation



ในสภาวะทมกรดอะมโน

L-AA, DHAA, furfural, reductone,

3-deoxypentosone

• เกดปฏกรยากบกรดอะมโน เปนปฏกรยาเมลลารด

Ascorbic acid oxidation จากปฏกรยาของเอนไซม

• Ascorbic acid oxidase (Cu-containing enzyme)

• เกดในอาหารประเภทซตรส

– เกดมากในระหวางการสกดนาผลไม


Ascorbic Acid Oxidation Ascorbic acid oxidation จากปฏกรยาของ

เอนไซม

• เกดในอาหารประเภทซตรส

– ยบยงการทางานของเอนไซม

»การสกดนาผลไมอยางรวดเรวท temp. ตา

» ระหวางการผสมตองไมมอากาศ

»พาสเจอไรซ: ยบยง enzymatic activity

– เกดการสลายตวของกรดแอสคอบกของผวสมทใชทาแยมผวสม (marmalade)

»ลวกผวสมเพอลดการสญเสยกรดแอสคอบก

Browning Reactions

Browning Reactions

Date post:	08-Jul-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	2 times
Download:	0 times

Food Chemistry I Browning...

Documents