• acrylamide
• AGEs
• aroma.
• flavour
• glycation
• HMF
• Maillard
• melanoidins

ABSTRACT ITALIANO

La reazione di Maillard è un insieme di meccanismi reattivi alquanto complesso che si manifesta negli alimenti quando sottoposti a trattamenti termici. La sua scoperta risale al 1912 grazie al chimico e medico francese Louis Camille Maillard (da cui il nome) che durante alcuni esperimenti nota una particolare interazione tra zuccheri riducenti e amminoacidi. Qualche anno più tardi grazie al chimico J. Hodge è stato possibile suddividere i meccanismi reattivi in tre fasi distinte: la fase iniziale, la fase intermedia e la fase finale. La prima si costituisce di processi di condensazione ammino-zuccherina e del riarrangiamento di Amadori-Heyns. La seconda prevede una reazione di deidratazione e una frammentazione zuccherina, insieme alla degradazione di Strecker (o degradazione amminoacidica). La terza si compone di una condensazione aldolica e di una condensazione ammino-aldeidica, responsabili, entrambe, della formazione delle melanoidine (composti essenziali nella colorazione degli alimenti). Tutti i processi reattivi appena citati sono fortemente dipendenti da numerosi fattori, primi fra tutti la qualità e la quantità dei reagenti (la cui variazione dà origine a prodotti finali strutturalmente molto vari) ma giocano un ruolo altrettanto importante anche il pH, la temperatura, il tempo, l’attività dell’acqua e la pressione. Un alimento in cui la reazione di Maillard ha destato particolare interesse è il caffè, essa sembra essere coinvolta essenzialmente durante il processo di tostatura. In questa fase di lavorazione, infatti, il chicco di caffè cambia la propria composizione quali-quantitativa generando composti strutturalmente molto differenti ed aventi funzioni biologiche alquanto varie. Tra questi ultimi molto studiate sono in particolare le melanoidine. Esse sono molecole implicate nella generazione di colore e possono variare il proprio peso molecolare in modo consistente a seconda della duplice condizione tempo-temperatura. Le melanoidine cosiddette LMW (Low Molecular Weight) si formano nei primi stadi della reazione di Maillard, mentre le HMW (High Molecular Weight) si formano tendenzialmente nelle fasi finali, probabilmente per condensazione delle prime. Esse godono di alcune caratteristiche nutrizionali vantaggiose poiché possiedono la capacità di chelare i metalli, in particolare Fe e Mg (agendo da antibatterici o battericidi), e di interrompere la catena reattiva radicalica (chain-breakers). Tali azioni sembrano essere collegate alla carica negativa dei composti e alla presenza di acidi clorogenici radicalici inglobati nella complessa struttura. Ulteriori aspetti vantaggiosi delle melanoidine sono legate alle azioni, per ora manifeste solo in vitro, dirette sull’enzima ACE (enzima di conversione dell’angiotensina): da una parte le HMW sembrano inibire la conversione dell’angiotensina I in angiotensina II (inibendo l‘enzima in modo non competitivo),
dall’altra sembrano chelare lo zinco, metallo essenziale per l’esplicazione della funzione enzimatica. Alquanto interessante è poi il coinvolgimento della reazione nella formazione di composti generanti aromi. Nel caffè i composti molecolari sensorialmente attivi sono numerosissimi, alcuni di questi sono però risultati essenziali nella generazione di proprietà organolettiche tipiche di questo particolare alimento. Tra queste ritroviamo: il 2-furfuriltiolo, il 2-metil-3-furantiolo, il metantiolo, l’acetaldeide, il metilpropanale, il 3-metilbutanale, il 2-metilbutanale, il 2,3-butandione, 4-idrossi-2,5-dimetil-3-furanone o furaneolo, il sotolone o 3-idrossi-4,5-dimetil-2-furanone, la trimetilpirazina e la etildimetilpirazina. Nell’elaborato si sono approfonditi i meccanismi di reazione e le origini molecolari associate. Inoltre, la reazione di Maillard può dare origine a composti tossici o potenzialmente tali come l’acrilamide, il 5-idrossimetilfurfurale o gli AGEs (prodotti finali di glicazione avanzata) ottenuti mediante il consumo di reagenti zuccherini o amminoacidi. Tra questi ultimi vengono persi anche i cosiddetti “essenziali” abbassando il valore nutrizionale dell’alimento stesso in termini qualitativi.

ABSTRACT INGLESE

The Maillard reaction is a rather complex set of reactive mechanisms that occurs in foods when subjected to heat treatments. Its discovery dates to 1912 thank to the French chemist and doctor Louis Camille Maillard who, during some experiments, noted a particular interaction between reducing sugars and amino acids. A few years later thank to the chemist J. Hodge it was possible to classify the reactive mechanisms in three different phases: the initial phase, the intermediate phase and the final phase.
The first one consists of amine-sugar condensation processes and the Amadori-Heyns rearrangement. The second one presents a dehydration and a sugar fragmentation with the Strecker degradation (or amino acid degradation). The third one consists of an aldol condensation and an amine-aldehyde condensation, which are responsible for the formation of melanoidins (essential compounds in food coloring). All the above mentioned reactive processes depend on several factors: the quality and quantity of the reactants (whose variation originates end products structurally highly different) but also pH, temperature, time, water activity and pressure. Coffee is a food in which the Maillard reaction has aroused particular interest. It seems to be involved essentially during the roasting process. In fact, in this processing phase, the coffee bean changes its qualitative and quantitative composition of nutrients, generating compounds with a very different structure and varied biological functions. Melanoidins have been widely studied. They are molecules involved in the generation of color and they can vary their molecular weight in a consistent way according to the dual time-temperature condition. The so-called LMW (Low Molecular Weight) melanoidins form themselves in the early stages of the Maillard reaction, while the HMW (High Molecular Weight) tend to form in the final stages, probably due to condensation of the LMW. They have some good nutritional characteristics since they’re able to chelate metals, in particular Fe and Mg (acting as antibacterial or bactericides) and to interrupt the radical reactive chain (chain-breakers). These actions seem to be linked to the negative charge of the compounds and to the presence of radical chlorogenic acids incorporated in the complex structure.
Further positive aspects of melanoidins are linked to the actions, observed by now only in vitro, directed on the ACE enzyme (angiotensin converting enzyme). On the one hand, HMWs seem to inhibit the conversion of angiotensin I into angiotensin II (inhibiting the enzyme in a non-competitive way), on the other hand by chelating the zinc which is an essential metal for the explication of the enzymatic function. The reaction is interesting when it generates aroma compounds. The sensorially active molecular compounds are very numerous in coffee but some of these are essential ones. Among these we find: 2-furfurylthiol, 2-methyl-3-furantiol, metantiol, acetaldehyde, methylpropanal, 3-methylbutanal, 2-methylbutanal, 2,3-butanedione, 4-hydroxy-2 , 5-dimethyl-3-furanone or furaneol, sotolone or 3-hydroxy-4,5-dimethyl-2-furanone, trimethylpyrazine and ethyl dimethylpyrazine. The reaction mechanisms and associated molecular origins are explored in this paper.
Furthermore, the Maillard reaction can also generate toxic or potentially toxic compounds such as acrylamide, 5-hydroxymethylfurfural or AGEs (advanced glycation end products) obtained by consuming sugary reagents or amino acids.
The "essentials" amino acids reduce themselves and, as a consequence, the nutritional value of the food itself is lowered in qualitative terms.