وقوع واکنش های قهوه ای شدن در مواد غذایی مختلف از جمله گوشت، ماهی، میوه و سبزی در زمان های پخت، فرآوری و نگهداری باعث کاهش ویژگی های حسی محصول، در نتیجه بروز تغییراتی در رنگ، عطر، طعم و خواص تغذیه ای آنها می گردد. این تغییرات معمولاً باعث محدود شدن زمان ماندگاری محصولات غذایی می شود.

انواع واکنش های قهوه ای شدن

واکنش های قهوه ای شدن در مواد غذایی از نظر شیمیایی به دو گروه تقسیم بندی می شوند: 1 ـ واکنش های قهوه ای شدن آنزیمی 2 ـ واکنش های قهوه ای شدن غیر آنزیمی.

واکنش قهوه ای شدن آنزیمی

گروه اول یا واکنش های قهوه ای شدن آنزیمی، در محصولاتی چون زردآلو، سیب، هلو، گلابی، موز، انگور و سبزیجاتی مانند سیب زمینی، قارچ، کاهو و فرآورده های دریایی مانند میگو رخ می دهد. ایجاد برش و پوست کندن و یا آسیب دیدگی و له شدگی این محصولات باعث آزاد شدن آنزیم پلی فنولاز موجود در بافت آنها می شود، این آنزیم در حضور اکسیژن ها باعث اکسیده شدن ترکیبات مونوفنولی مواد غذایی نامبرده و ایجاد ترکیبات جدیدی به نام کینون ها می شود. کینون ها در نهایت باعث تولید پیگمان های رنگی قرمز و قهوه ای و رنگی شدن مواد غذایی می گردند.

راه های جلوگیری از بروز قهوه ای شدن آنزیمی

یکی از راه های جلوگیری از بروز قهوه ای شدن آنزیمی در میوه جات و سبزیجات جلوگیری از تماس اکسیژن با بافت آسیب دیده می باشد. برای مثال قرار دادن سیب زمینی پوست کنده در داخل آب، همچنین قرار دادن میوه و سبزی در یخچال هم از بروز این واکنش جلوگیری می کند. در صنعت هم از روش های مختلفی برای جلوگیری از این واکنش استفاده می شود. مانند غیر فعال کردن آنزیم یا جلوگیری از تماس اکسیژن با محصول. البته وقوع این واکنش در تهیه محصولاتی چون چای، قهوه و کاکائو مفید و مطلوب می باشد، زیرا رنگ، عطر و طعم مطلوب برای فرآورده ایجاد می نماید.

واکنش قهوه ای شدن غیر آنزیمی

نوع دیگر واکنش های قهوه ای شدن، واکنش قهوه ای شدن غیر آنزیمی می باشد که به چندین روش ممکن است رخ بدهد:

الف) کاراملیزاسیون یا پیرولیز قندهای موجود در مواد غذایی در اثر حرارت بالا، که باعث بروز رنگ قهوه ای در ماده غذایی می شود و ترکیب رنگی حاصله همان کارامل شناخته شده می باشد که در صنایع غذایی به عنوان رنگ دهنده کاربرد دارد.

ب) نوع دوم واکنش قهوه ای شدن غیر آنزیمی ناشی از تجزیه گرمایی اسید اسکوربیک موجود در ماده غذایی می باشد که می تواند در حضور هوا و یا شرایط بی هوازی رخ بدهد. وقوع این واکنش باعث تخریب کامل این ویتامین ضروری می گردد.

ج) نوع سوم و مهمترین نوع واکنش قهوه ای شدن غیر آنزیمی واکنش میلارد (نام کاشف فرانسوی واکنش ) می باشد. این واکنش در طیف وسیعی از مواد غذایی مانند انواع نان و بیسکویت، کیک ها، مغزها و گوشت ها رخ می دهد و فرآورده های ناشی از آن وارد رژیم غذایی روزانه افراد جامعه می شود.

از زمان کشف واکنش قهوه ای شدن در سال 1912 توسط میلارد، دانشمندان علوم غذایی بر روی مکانیسم های قهوه ای شدن، اثرات آن بر خواص ارگانولپتیکی، ظاهری، شیمیایی و صنعتی غذاها تحقیقات بسیاری را انجام داده اند، ولی اثرات آنها در تغذیه و سلامت انسان کمتر مورد توجه بوده است.

قهوه ای شدن غیر آنزیمی یا واکنش میلارد در علم غذا بسیار مهم می باشد و نتیجه آن می تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. واکنش میلارد بیشتر میان پروتئین ها و قندهای احیاکننده موجود در غذا انجام می گیرد و در نهایت به ایجاد ترکیبات رنگی و برخی مواد طعم زا در ماده غذایی منتهی می گردد. واکنش میلارد در برخی مواد که رنگ و طعم ناشی از آن مهمتر می باشد، مانند تشکیل پوسته نان مفید، ولی در قهوه ای شدن شیر استرلیزه شده و تبخیر شده نامطلوب می باشد. تغییرات تغذیه ای ناشی از واکنش میلارد شامل تغییر در متابولسیم پروتئین ها، اختلال در متابولیسم مواد معدنی، بروز مسمومیت، تولید مواد موتاژن و کارسینوژن و تخریب اسید اسکوربیک می باشد.

تاثیر واکنش میلارد در کاهش ارزش تغذیه ای پروتئین ها :

واکنش میلارد به چند طریق باعث کاهش ارزش تغذیه ای و کفایت پروتئینی مواد غذایی می گردد. اول اینکه این واکنش بین اسید آمینه آزاد پروتئین ها و یک قند احیاء کننده مانند گلوکز موجود در مواد غذایی رخ می دهد، بنابراین اسید آمینه درگیر در این واکنش، ارزش تغذیه ای خود را از دست می دهد. برای مثال ایجاد رنگ قهوه ای در پوسته نان نشان دهنده ی وقوع این واکنش بین پروتئین گندم (گلوتن) با کربوهیدرات هایی مانند گلوکز می باشد. در این میان اسید آمینه لیزین به دلیل دارا بودن گروه آمین آزاد به سهولت در این واکنش وارد شده و نابود می گردد.

به طوری که میزان نابودی این اسید آمینه طی پخت نان 25 درصد، در بیسکویت 61 درصد و درشیر خشک حدود 40 درصد می باشد. از آنجایی که لیزین یک اسید آمینه ضروری است و بعضی از مواد غذایی به طورطبیعی دچار کمبود آن می باشند، نابود شدن آن طی نگهداری یا فرایند کردن مواد غذایی به ویژه در طبقات اجتماعی آسیب پذیر مسأله ساز می باشد.

تاثیر بر هضم پروتئین ها :

در اثر ایجاد اتصال بین اسید آمینه پروتئین و عامل احیاء کننده کربوهیدرات، قابلیت هضم پروتئین ها کاهش یافته و بدین ترتیب ارزش پروتئینی مواد غذایی کم می گردد. ترکیبات جدید حاصله قابل شناسایی برای آنزیم های هضمی نمی باشند.

تاثیر بر آنزیم های پپتیداز:

برخی از ترکیبات به دست آمده از واکنش میلارد از فعالیت آنزیم های پروتئولیتیک مانند آنزیم های پپسین، تریپسین و کربوکسی پپتیداز جلوگیری می کنند. بنابراین واکنش میلارد نه تنها مستقیماً با درگیر کردن برخی از پروتئین ها ارزش غذایی را کاهش می دهد، بلکه از هضم سایر پروتئین های موجود در غذا هم که وارد این واکنش نشده اند، جلوگیری می کند.

تخریب اسید اسکوربیک :

در غذاهایی که مستعد واکنش میلارد می باشند، معمولاً تخریب اسید اسکوربیک به طور کامل انجام می شود.

اختلال در متابولیسم مواد معدنی :

پیگمان های قهوه ای پلیمریکی که طی واکنش میلارد تولید می شوند ( ملانوئیدن ها )، به صورت عوامل باند شونده با کاتیون های فلزی عمل می کنند که از این طریق بر فراهم زیستی مواد معدنی اثر می گذارند. نشان داده شده است که رژیم های حاوی فرآورده های میلارد باعث اختلال در جذب کلسیم و افزایش دفع ادراری آن شده اند، بنابراین مصرف مواد غذایی که دستخوش واکنش میلارد شده اند، جذب مواد معدنی موجود در رژیم غذایی را کاهش می دهد.

مسمومیت زایی فراورده های میلارد :

متابولیت های حاصل از واکنش میلارد برای بدن سمی می باشند و عوارض متعددی را ممکن است سبب شوند، برای مثال کاهش وزن، نکروز کبدی، هپاتومگالی ( بزرگ شدن کبد ) و نفرومگالی ( بزرگ شدن کلیه ) در موش های تغذیه شده با غذاهای حاوی فرآورده های میلارد گزارش شده است. تحقیقات در مورد اثر مسمومیت زای آنها در مورد انسان در حال انجام می باشد.

موتاژن زایی و سرطان زایی فرآورده های میلارد :

فراورده های ناشی از واکنش میلارد در سیستم های آزمایشگاهی باعث بروز سرطان و جهش های ژنتیکی شده است که موتاژن زایی فراورده های میلارد مربوط به قسمت آلکیل ایمیدیازول این فرآاورده ها و آمین های آروماتیک (که از طریق حرارت دادن آمینواسیدها تولید می شوند )می باشد.

تاثیر متقابل واکنش میلارد و اکسیداسیون چربی ها :

واکنش میلارد و پراکسیداسیون چربی ها دو واکنش مهم شیمیایی می باشند و معمولاً با هم تداخل دارند. لیپیدها به دلیل توانایی اکسید شدن در واکنش میلارد تاثیرگذار هستند، همچنین فرآورده های میلارد بر اکسیداسیون چربی موثرند. این فرآورده ها در برخی حالات باعث تسریع اکسیداسیون و در مواقعی باعث کاهش سرعت آن می شوند.

اثرات مفید واکنش میلارد :

در کنار تاثیرات مضر واکنش میلارد خواص مفیدی هم برای آن ذکر شده است که اکثراً کاربرد صنعتی دارند، برای مثال برخی از فرآورده های واکنش میلارد خاصیت آنتی اکسیدانی بسیار قوی دارند و مانع اکسیداسیون LDL در بدن می شوند و عامل موثری در جلوگیری از آترواسکلروز و سایر بیماری های ناشی از استرس اکسیداتیو می باشند. همچنین برخی از ترکیبات به دست آمده از واکنش میلارد باعث بهبود و تخفیف عوارض ناشی از هیلکوباکترپیلوری در مدل های تجربی شده است و می توان آنها را جایگزین درمان دارویی فعلی نمود.

نتیجه گیری:

همان طوری که می دانیم، هدف از تغذیه تنها مصرف یک فرآورده غذایی نیست، بلکه این فرآورده از لحاظ کیفی نیز باید دارای ویژگی های خاصی باشد و در کنار رنگ، طعم و خواص ظاهری مطلوب، دارای خواص تغذیه ای مناسبی هم باشد، چه بسا فرآورده هایی که از لحاظ ظاهری تمامی ویژگی های محصول مورد نظر را دارا هستند، ولی فاقد ارزش تغذیه ای قابل توجهی می باشند و حتی گاهی مضر هم هستند. یکی از واکنش هایی که در سطح وسیعی در حین فرآوری مواد غذایی رخ می دهد، واکنش میلارد است.

عوامل متعددی در بروز واکنش میلارد نقش دارند، از جمله روش پخت مواد غذایی و درجه حرارت مورد استفاده، به طوری که کباب کردن در دمای 225 درجه سانتیگراد و سرخ کردن در دمای 177 درجه سانتیگراد، باعث افزایش سرعت وقوع واکنش می شوند و بعد از آنها ، روش های برشته کردن و آب پز کردن قرار می گیرند. بنابراین آب پز کردن مواد غذایی روشی ایمن برای تهیه مواد غذایی می باشد. در بین عوامل موثر در سرعت واکنش میلارد، درجه حرارت پخت و روش پخت موثرتر از زمان پخت می باشند. افزایش درجه حرارت به شکل مشخصی باعث تسریع واکنش میلارد می گردد.

خشک بودن ماده ی غذایی و کم بودن رطوبت هم از دیگر عوامل تسریع کننده واکنش میلارد است و این امر دلیل دیگری بر ترجیح روش آب پز کردن نسبت به سایر روش ها می باشد، همچنین واکنش میلارد در PH خنثی تسریع می شود و با کاهش PH به سمت اسیدی از سرعت واکنش کاسته می شود. بنابراین می بایست در تغذیه روزمره سعی شود در کنار انتخاب ماده اولیه مناسب از روشی ایمن جهت فرآوری مواد غذایی استفاده گردد تا از تشکیل ترکیبات مضر جلوگیری شده و ارزش تغذیه ای ماده غذایی هم بالا برود.