Reacción de Maillard: Fases y Degradación de Strecker

La reacción de Maillard es el nombre dado a unas reacciones químicas entre aminoácidos y azúcares reductores que oscurece los alimentos durante el tostado, horneado, asado y freído. Se forman compuestos marrones responsables del color y aroma de productos como la corteza de pan, la carne asada, las patatas fritas y las galletas horneadas.

La reacción se ve favorecida por el calor (temperaturas entre 140 a 165 ˚C), aunque también ocurre a menor velocidad, a temperatura ambiente. Fue el médico y químico francés Louis-Camille Maillard quien la describió en 1912.

Reacción de Maillard

El oscurecimiento se produce sin la acción de las enzimas, así como la caramelización; por esto ambas son reacciones denominadas de pardeamiento no enzimático. 

Sin embargo, se diferencian en que en la caramelización solo se calientan carbohidratos, mientras que para que ocurra la reacción de Maillard también deben estar presentes proteínas o aminoácidos.

Fases de la reacción

Aunque parezca sencillo lograr el color dorado en los alimentos mediante técnicas culinarias de cocción, la química envuelta en la reacción de Maillard es muy compleja. En 1953 John Hodge publicó el esquema de la reacción que aún se admite de manera general.

En una primera etapa un azúcar reductor como la glucosa se condensa con un compuesto que contenga un grupo amino libre, como un aminoácido, para dar un producto de adición que se transforma en una glicosilamina N-sustituida.

Tras un acomodo molecular denominado reordenamiento de Amadori, se obtiene una molécula del tipo 1-amino-desoxi-2-cetosa (también denominada compuesto de Amadori).

Una vez formado este compuesto son posibles dos vías de reacción:

– Puede haber una escisión o ruptura de moléculas en compuestos carbonílicos carentes de nitrógeno, como acetol, piruvaldehído, diacetilo.

– Es posible que ocurra una intensa deshidratación que da origen a sustancias tipo furfural y deshidrofurfural. Estas sustancias son producidas por calentamiento y descomposición de los glúcidos. Algunas presentan un ligero sabor amargo y aroma a azúcar quemado.

Degradación de Stecker

Existe una tercera vía de reacción: la degradación de Strecker. Esta consiste en una deshidratación moderada que genera sustancias reductoras.

Cuando estas sustancias reaccionan con los aminoácidos inalterados, se transforman en aldehídos típicos de los aminoácidos implicados. Por esta reacción se forman productos como la pirazina, que da el aroma característico a los chips de patatas.

Cuando un aminoácido interviene en estos procesos se pierde la molécula desde un punto de vista nutricional. Esto es particularmente importante en el caso de aminoácidos esenciales, como la lisina.

Factores que influyen en la reacción

Naturaleza de los aminoácidos y glúcidos de la materia prima

En estado libre casi todos los aminoácidos presentan un comportamiento uniforme. Sin embargo, se ha evidenciado que entre los aminoácidos incluidos en la cadena polipeptídica, los básicos —especialmente la lisina— presentan una gran reactividad.

El tipo de aminoácido implicado en la reacción determina el sabor resultante. Los azúcares deben ser reductores (es decir, deben tener un grupo carbonilo libre y reaccionar como dadores de electrones).

En los glúcidos se ha constatado que las pentosas son más reactivas que las hexosas. Es decir, la glucosa es menos reactiva que la fructosa y, a su vez, que la manosa. Estas tres hexosas están entre las menos reactivas; le siguen la pentosa, la arabinosa, la xilosa y la ribosa, en orden creciente de reactividad. 

Los disacáridos, como lactosa o maltosa, son aun menos reactivos que las hexosas. La sacarosa, por no poseer función reductora libre, no interviene en la reacción; solo lo hace si está presente en un alimento ácido y es entonces hidrolizada en glucosa y fructosa.

Temperatura

La reacción puede desarrollarse durante el almacenamiento a temperatura ambiente. Por esto se considera que el calor no es condición indispensable para que ocurra; sin embargo, las altas temperaturas la aceleran.

Por esta razón la reacción ocurre sobre todo en operaciones de cocción, pasteurización, esterilización y deshidratación.

Al aumentar el pH, aumenta la intensidad

Si el pH se eleva, también lo hace la intensidad de la reacción. Sin embargo, se considera  como el más favorable el pH comprendido entre 6 y 8.

Una disminución del pH permite atenuar el pardeamiento durante la deshidratación, pero modifica desfavorablemente las características organolépticas.

Humedad

La velocidad de la reacción de Maillard presenta un máximo de entre 0,55 y 0,75 en cuanto a la actividad del agua. Por eso, los alimentos deshidratados son los más estables, siempre que se guarden al abrigo de la humedad y  a una temperatura moderada.

Presencia de metales

Algunos cationes metálicos la catalizan, como el Cu+2 y Fe+3. Otros como el Mn+2 y el Sn+2 inhiben la reacción.

Efectos negativos

Aunque la reacción generalmente se considera deseable durante la cocción, presenta un inconveniente desde el punto de vista nutricional. Si se calientan alimentos con bajo contenido de agua y presencia de azúcares reductores y proteínas (como los cereales o la leche en polvo), la reacción de Maillard dará lugar a la perdida de aminoácidos.

Los más reactivos en orden decreciente son lisina, arginina, triptófano e histidina. En estos casos es importante retrasar la aparición de la reacción. A excepción de la arginina, los otros tres son aminoácidos esenciales; es decir, deben ser aportados por la alimentación.

Si se encuentra un gran número de aminoácidos de una proteína unidos a restos de azúcar como resultado de la reacción de Maillard, los aminoácidos no pueden ser utilizados por el organismo. Las enzimas proteolíticas del intestino no podrán hidrolizarlos.

Otro inconveniente señalado es que, a altas temperaturas, se puede formar una sustancia potencialmente carcinogénica como es la acrilamida.

Alimentos con características organolépticas producto de la reacción de Maillard

Según la concentración en melanoidinas, el color puede pasar de amarillo a marrón o incluso negro en los siguientes alimentos:

– Carne asada.

– Cebollas fritas.

– Café y cacao tostado.

– Productos horneados como el pan, galletas y tartas.

– Patatas fritas.

– Whisky de malta o cerveza.

– Leche en polvo o condensada.

– Dulce de leche.

– Cacahuetes tostados.

Referencias

  1. Alais, C., Linden, G., Mariné Font, A. and Vidal Carou, M. (1990). Bioquímica de los alimentos.
  2. Ames, J. (1998). Applications of the Maillard reaction in the food industry. Food Chemistry.
  3. Cheftel, J., Cheftel, H., Besançon, P. and Desnuelle, P. (1992). Introduction à la biochimie et à la technologie des aliments.
  4. Helmenstine A.M. “The Maillard reaction : Chemestry of food browning”( Junio 2017) en: ThoughtCo: Science. Recuperado en 22 de Marzo de 2018 de  Thought.Co: thoughtco.com.
  5. Larrañaga Coll, I. (2010). Control e higiene de los alimentos.
  6. Maillard reaction. (2018) Recuperado el 22 de marzo de 2018, de Wikipedia
  7. Tamanna, N. and Mahmood, N. (2015). Food Processing and Maillard Reaction Products: Effect on Human Health and Nutrition. International Journal of Food Science.
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