Maillard Reaksiyonu Nedir?

09.03.2021

Gıdalarda görülen başlıca enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarının en önemlisi maillard reaksiyonudur. Daha çok ısıl işleme tabi tutulan ve depolanan ürünlerde görülen maillard reaksiyonu, adını glukoz ve lisin* çözeltisinin birlikte ısıtılması sonucu çözelti renginin esmerleştiğini ilk kez belirleyen Fransız bilim insanı Maillard’dan almaktadır. Maillard reaksiyonu oluşumunda rol alan başlıca maddeler, indirgen şekerler* ve proteinlerin α-amino grubundaki* azottur. Şekerlerin indirgen özellikte olması yani serbest aldehit ve keton grupları içermesi, azotla kolayca tepkimeye girmesini sağlamaktadır[1].

Maillard reaksiyonları, indirgen şekerlerin karbonil grubu* ile amino asitlerin amino grubunun kondenzasyonu* ile başlar ve erken uçucu ürünleri; orta ve yüksek molekül ağırlıklı polimerleri* oluşturur. Gıda maddelerinin aşamalı olarak ısıl işlem görmesi veya depolanması sırasında oluşan renk esmerleşmelerinin ve aroma oluşumlarının sebebi maillard reaksiyonlarıdır[2]Bu reaksiyon kahve, çay, ekmek ve bira gibi bazı gıdaların üretiminde renk ve aroma oluşumunda önemli bir rol oynamaktadır.Diğer taraftan, bazı ürünlerin prosesinde arzu edilmemektedir. Özellikle kurutulmuş meyve ve sebze, meyve suları ile turunçgil ürünlerinde rengin esmerleşmesine neden olmakta; gıdalarda besin değeri kaybına yol açmaktadır[1].

Maillard reaksiyonu; fırında pişmiş (ekmek, kurabiye, kek vb.), kızartılmış (et, patates cipsi vb.), üretiminde ve/veya sonrasında ısıl işlem görmüş (bal, pekmez, kahve, reçel vb.) bütün gıdalarda gerçekleşir. Reaksiyonun gerçekleştiği temel gıdalar raf ömrü süresince yavaş; ısıl işlem görmesi durumunda ise hızla bu reaksiyona girmekte ve maillard reaksiyonunun ürünleri oluşmaktadır. Oluşan ürünlerin kompozisyonu; pH, asitlik, reaktantların kompozisyonu, sıcaklık, zaman, oksijenin konsantrasyonu, su aktivitesi (aw) gibi etkenlerle değişmektedir[2].

Maillard reaksiyonlarının gıda kalitesi üzerine olumlu ve olumsuz etkileri bulunmaktadır. Geçmişte birçok bilimsel çalışma maillard reaksiyonlarının olumsuz biyolojik etkileri üzerine yoğunlaşmış, besin değerini azaltan ve toksik olan maillard reaksiyon ürünlerinin oluşumu sık sık ifade edilmiştir.  In vitro çalışmalar; mutajenik*, karsinojenik* ve sitotoksik* etkileri içeren bazı zararlı etkilerini göstermektedir. Bazı çalışmalarda özellikle reaksiyonun erken basamaklarında oluşan maillard reaksiyon ürünlerinin, savunulanın aksine faydalı bileşikler olduğu ifade edilmektedir. Bu anlamda bazı maillard reaksiyon ürünlerinin antioksidan etkili ve faydalı ürünler olduğuna dair bulgular mevcuttur[2].

Maillard Reaksiyon Ürünleri
Hidroksimetil furfural( HMF), furfural*, melanoidler ve akrilamid, maillard reaksiyon ürünlerinden en bilinenleridir. Maillard reaksiyonunun ürünleri ekmeğin, kurabiyelerin, keklerin, etin, biranın, çikolatanın, patlamış mısırın, pilavın lezzetinden kısmen sorumlu olmasına rağmen; ileri bozunma ürünlerinin sitotoksik, genotoksik* ve karsinojenik özelliklerinden dolayı gıdalarda oluşması her zaman istenmez[2].

HMF Nedir ?
HMF, ısıl işlem sonucu şekerler ve aminoasitler arasındaki tepkime ile oluşan ve birçok mamulde aşırı ısı uygulamasını önlemek için miktarı sınırlanan bir bileşiktir[2]. Isıl işlem uygulaması sırasında gerçekleşen maillard reaksiyonları (enzimatik olmayan esmerleşme) ürün kalitesi açısından önemlidir. Bu reaksiyonun ara ürünlerinden biri olan hidroksimetilfurfural (HMF), üretim ve depolama aşamasında özellikle sıcaklığa bağlı olarak değişim göstermektedir[3].

Isıl işlemi görmüş birçok gıda, örneğin kurutulmuş meyve, meyve suyu, marmelat, reçel, pekmez, salça, sirke, bisküvi, karamelli ürünler, yüksek düzeyde (1-9.5g/kg) HMF içermektedir. Kalite değerlendirilmesinde kullanılan HMF’nin, gıdalarda belli değerlerin üzerinde bulunması halinde renkte esmerleşmeye, tat ve kokuda değişimlerine, gıdanın besleyici değerinde kayıplara neden olduğu bilinmektedir. Bu nedenle bazı gıdalarda, bulunmasına izin verilen HMF miktarı sınırlandırılmıştır[4].

HMF’nın İnsan Sağlığı Üzerine Etkisi
HMF’nin yüksek konsantrasyonlarda alınmasının toksik etkisine ilaveten göz, üst solunum yolu, deri ve mukoz membranlarında tahrişe neden olduğu bildirilmiştir. Ayrıca çeşitli çalışmalar; hücre büyümesini engellediğini, sitotoksik etki gösterdiğini, tümör oluşumunu ve gelişimini desteklediğini de göstermiştir. 

Denek fareleri ile yapılan çalışmalarda; 1260–3150 mg HMF uygulamasının deri lezyonları oluşturduğu ve deri tümörünü artırdığı, 200 mg/kg vücut ağırlığı bazında karaciğer tümörü geliştirdiği rapor edilmiştir[4]

Sonuç olarak; maillard reaksiyonu sonucunda meydana gelen mutajenik, karsinojenik, sitotoksik gibi zararlı etkilerden dolayı bu konuya daha fazla dikkat edilmelidir. Karbonhidrat içeren gıdalara uzun süre ısıl işlem uygulanmamalı ve kızartma/fırınlama yöntemiyle pişirmek yerine haşlama yöntemi tercih edilmelidir.Yaptığımız kek, kurabiye gibi yiyeceklere pişirmeden önce bal, reçel, pekmez gibi gıdalar ilave etmeyerek maillard reaksiyonunun oluşumunu azaltmak mümkündür.

Sözlük
*Karbonil grubu: Oksijene çift bağ ile bağlı bir karbonu olan grup[5].
*Polimer: Yapılarında tekrarlanan monomer birimleri bulunduran makromoleküller[5].
*Laktoz:Sütte bulunan, sütün buharlaşmasıyla kristal durumunda toplanan şeker, süt şekeri (C12H22O11)[6].
*Sitotoksik: Hücrelerin yapı ve işleyişinde hasara veya hücre ölümüne sebep olan (madde)[6].
*İndirgen şekerler: Demir ve bakır iyonlarını indirgeyebilen glukoz ve diğer şekerlerdir[7].
*α-amino grubu: Proteinlerde bulunan 20 standart amino asidin hepsi α-amino asittir.Aynı karbon atomuna bağlı (α-karbon),bir karboksil grubu ve bir amino grubuna aittir[7].
*Lisin: Düz zincirde ikinci birincil amino grubuna sahip amino asittir[7].
*Reaktant: Kimyasal reaksiyona dahil olan molekül[7].
*Karsinojen: Kanser yapıcı madde[7].
*In vıtro: Hücrelerin laboratuvar ortamında yetiştirilmeleri veya bulunmaları.[8].
*Mutajen: X ışınları,radyoaktif maddeler gibi kimyasal ya da fiziksel DNA hasarı ile mutasyona neden olan maddelerdir[9].
*Genotoksik: Deoksiribonükleik asit (DNA), gen veya kromozomlarda meydana gelen DNA eklentileri, DNA zincir kırıkları, gen mutasyonları, yapısal ve sayısal kromozom anormallikleri gibi hasarları kapsayan genel bir terimdir[10].
*Kondenzasyon: Moleküllerin,moleküller arası su veya alkol ayrılmasıyla birbirine bağlanması[11].
*Furfural: Normal şartlarda sıvı olan renksiz bir aldehit[11].

Yazar: Hazel F. MERİÇ


Kaynakça

[1] Burdurlu, H , Karadeniz, F . (2002) Gıdalarda Maillard Reaksiyonu , Gıda , 27 (2), 77-83
[2] Yıldız, O , Şahin, H , Kara, M , Aliyazıcıoğlu, R , Tarhan, Ö , Kolaylı, S . (2010) Maillard Reaksiyonları ve Reaksiyon Ürünlerinin Gıdalardaki Önemi, Akademik Gıda, 8 (6), 44-51
[3] Urgu, M , Saatli, T , Türk, A , Koca, N . (2017), Isıl İşlem Görmüş İçme Sütlerinde (Pastörize, UHT ve Laktozsuz UHT Süt) Hidroksimetilfurfural İçeriğinin Belirlenmesi, Akademik Gıda , 15 (3) , 249-255
[4] Kahraman D.S.(2011) Süzme Ballarda Muhafaza Sıcaklığının HMF Değeri ve Diastaz Aktivitesi Üzerine Etkisi ,(Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Kesin Raporu), 1-18
[5] Yaşar ,A, Somer, G. (2009), Kimya Terimleri Sözlüğü, Türk Dil Kurumu Yayınları, 288
[6] TDK (Türk Dil Kurumu) (2021). Genel Açıklamalı Sözlük. Ankara: TDK Yayınları https://sozluk.gov.tr/.
[7] Nelson, D, L,Cox, M, M, (2013), Lehninger Principles Of Biochemistry,1258
[8] Putnam, A, D, Bader, A, R.(2013), Engineering Polymer Systems For Improved Drug Delivery, 747
[9] Bilgen, N. (2018), A.Ü. Veteriner Fakültesi Genetik Anabilim Dalı, Temel Genetik Kavramlar-VII, 22
[10] Şen, S., Aksoy, H., & Yılmaz, S. (2017). Gıda katkı maddelerinin genotoksik, karsinojenik potansiyeli ve insan sağlığı üzerindeki diğer etkileri. Journal of Human Sciences, 14(4), 3093-3108.
[11] Solomons, G, Fryhle, C. (2002) Organik Kimya,1258