Inleiding
De Maillardreactie (ook wel niet-enzymatische bruinkleuring genoemd) is een complex van chemische reacties die optreden tussen reducerende suikers en aminozuren (zoals lysine en proline) onder invloed van warmte.
De Maillardreactie treedt onder meer op bij koken, de bereiding van bier, brood, chocolade, vlees en koffie en in vrijwel alle producten die gebakken of gebraden worden. Hoe lager de temperatuur, hoe langzamer de reactie verloopt. De reactie ontstaat bij ingrediënten die koolhydraten en aminozuren bevatten en die boven een temperatuur van 120 graden komen. Omdat water niet warmer kan worden dan 100 graden zal de Maillardreactie bij erg waterige voedingsmiddelen of bereidingswijzen niet voorkomen.
Glutenvrij brood bijvoorbeeld kleurt door het ontbreken van aminozuren minder. Omdat de Maillardreactie zo'n complex verschijnsel is, wordt deze bij het koken in de meeste gevallen 'op het gevoel' gebruikt. Vaak wordt bruining, bijvoorbeeld de bruining van vlees, gemakshalve toegeschreven aan karamellisatie alleen.
De Maillardreactie is vernoemd naar de chemicus Louis Camille Maillard (1878-1936).
Maillard werkte in Parijs en bestudeerde daar onder meer de stofwisseling van ureum en deed onderzoek naar nierziekten. Hij heeft belangrijke bijdragen geleverd aan de diagnosemogelijkheden van nieraandoeningen. In 1912 begon hij zijn onderzoek naar de reactie tussen aminozuren en suikers. Dit werk wordt beschouwd als élén van zijn belangrijkste bijdragen.
Hij ontving diverse prijzen waaronder de Award van de Franse Academie voor Geneeskunde in 1914.
Hoewel Maillard al in 1912 de verklaring vond voor de bruining van producten, werd pas in de 40-er jaren de verbinding met smaak gelegd. De aanleiding daarvoor was de verkleuring en smaakverandering in eipoeder dat bij gewone temperaturen bewaard werd. Door het hoge gehalte aan aminozuren (en suikers) kwam daarin ongewild de Maillardreactie op gang. Het vormde de start van diverse onderzoeken naar de betekenis van Maillardreacties voor de vorming van smaak en geur. In dat verband ontdekte men dat rundvlees 600 verschillende componenten bevat die tezamen het vleesaroma vormen.
IMARS, International Maillard Reaction Society
In oktober 2012 kwamen wetenschappers in Nancy bijeen om het honderdjarig bestaan van de Maillardreactie te vieren. Bij die gelegenheid memoreerde Vincent Monnier van Case Western Reserve University dat Maillard veronderstelde dat de reactie van belang zou zijn voor de geneeskunde, in het bijzonder als middel tegen diabetes. Dit was voordat de insuline werd ontdekt. " Louis Maillard heeft toen niet onmiddellijk het belang voor de voedingsindustrie onderkend. Maillard ontdekte de reactie, maar hij wist niet hoe het werkte." Pas veel later ontrafelde John E. Hodge, een Amerikaans chemicus werkzaam bij het Amerikaanse ministerie van Landbouw (USDA) hoe de reactie in zijn werk ging en publiceerde zijn bevindingen in 1953 in het Journal of Agricultural and Food Chemistry .
De bijeenkomst in Nancy was het elfde door IMARS georganiseerde symposium. Deze symposia worden gehouden onder wetenschappers uit de hele wereld om de effecten van de Maillardreactie op voeding en niet onbelangrijk op onze gezondheid te bespreken en de gegevens uit studies op dit vlak wereldwijd toegankelijk te maken. De Universiteit van Dresden doet dat prominent met “TUD-AGE-database”, een webbased database, met veel Maillard-gerelateerde productinformatie.
De Maillardreactie, het proces
Tijdens de reactie spelen tal van factoren een rol, en beïnvloeden de kleur, geur en smaak. Om er enkele te noemen: de zuurgraad (pH tussen 5,0 en 5,4), het type aminozuren en suikers, de temperatuur, de verwarmingstijd en de mate van aanwezigheid van zuurstof en water.
Het proces begint met de reactie tussen een gereduceerde suiker zoals glucose, en een aminozuur. De reactieve carbonylgroep van de suiker reageert met de nucleofiele aminogroep van het aminozuur , en vormt een complex mengsel van moleculen die verantwoordelijk zijn voor een reeks geuren en smaken.
De suiker en de amine vormen een glycosylamine die op zijn beurt stapsgewijs verandert in een aminoketose. Dit onderdeel van de Maillard-reactie wordt naar zijn ontdekker Amadori genoemd.
Het proces wordt versneld in een alkalisch milieu. Zo wordt loog gebruikt om pretzels donkerder te laten kleuren. Het type aminozuur bepaalt welke smaak tot stand komt.
Amadori is de bouwsteen verantwoordelijk voor de karakteristieke smaakvorming door de Maillard-reactie. Tijdens de Maillardreactie kunnen honderden verschillende smaakcomponenten gevormd worden in een keten van processen, onder andere furanonen, furanen en acetylpyriniden. Zo zullen verbindingen die in eerste instantie gevormd worden, op hun beurt afbreken en weer nieuwe smaakcomponenten vormen.
Daar bij komt, dat ieder voedingsproduct een karakteristiek set heeft van smaakcomponenten die tijdens de Maillard reactie omgevormd worden. Dit is één van de redenen waarom het bakken van brood anders ruikt als het braden vlees of het bakken van vis, hoewel in elk van de gevallen de Maillardreactie verantwoordelijk is voor de smaak- en reukbeleving. De Maillardreactie, of de afwezigheid ervan, maakt dat er verschillen zijn tussen de resultaten van bereidingsmethoden als koken, pocheren of stomen. Vooral door de combinatie van twee factoren: temperatuur en vochtgehalte. Door te bereiden bij hoge temperaturen wordt de reactie versneld doordat de snelheid van chemische reacties wordt verhoogd en de verdamping van water wordt bevorderd. Door deze uitdroging neemt de concentratie van reactantverbindingen toe en stijgt de temperatuur sneller.
Dat is de kern van de Maillardreactie. De temperatuur moet hoog zijn, maar dat wordt belemmerd door vocht, water, met zijn eigen kookpunt. Het helpt, de druk te verhogen (snelkookpan), zoals het helpt om zuiveringszout of eiwithoudende mengsels (marinades) toe te voegen om de pH te verhogen. Wanneer we vlees bereiden in een omgeving met een relatief lage temperatuur (oven, sous vide) missen we de diepte in de smaak die bij hoge temperatuurbereiding kan worden bereikt.
Dan is het gewenst om het vlees vooraf te schroeien om de smaak (en kleur) te verbeteren. Dat is een prima methode voor biefstuk, maar niet voor lamsvlees of ander vlees uit gras gevoede dieren. Door dit voor te schroeien kan een onaangename smaak ontstaan. Hier is het beter het vlees achteraf te schroeien.
Tenslotte, denk niet dat er geen grens is aan het verhogen van de temperatuur, boven 180° vinden andere reacties plaats, zoals pyrolyse, ook wel verbranden genoemd. De zwarte verbindingen die het gevolg zijn van pyrolyse, zijn kankerverwekkend.
Gezondheidsaspecten
Voedingswaarde, gezondheidsrisico's
Deze transformatie is de reden waarom een rauw product meer beschikbaar aminozuur bevat dan wanneer het het gekookt of gebakken wordt. Hetzelfde geldt voor de bij de reactie betrokken vitamine thiamine (B6). Deze wordt tezamen met het niet-essentiële aminozuur cysteine de belangrijkste smaakbepaler in het bruiningsproces van vlees genoemd.
Maillard heeft nog verder strekkende gezondheidsconsequenties, waarvan de meest in het oog springende 'verbranding' is, waarbij het product geheel of gedeeltelijk verkoold. Men vermoedt dat deze kooldeeltjes kankerverwekkend zijn. Dat is eveneens het geval met de bij de Maillard-reactie gevormde acrylamide.
