美拉德反应亦称非酶棕色化反应，是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变。是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，故又称羰胺反应（1912年法国化学家L.C.美拉德提出）。除产生类黑精外，反应还会生成还原酮、醛和杂环化合物，这些物质是食品色泽和风味的主要来源。几乎所有含有羰基和氨基食品在加热条件下均能产生美拉德反应。美拉德反应能赋予食品独特的风味和色泽，所以，美拉德反应成为食品研究的热点，与现代食品工业密不可分的一项技术，在方便面调料、咸味休闲食品调料、食品烘焙、咖啡加工、肉类加工、香精生产、制酒酿造等领域广泛应用。一、美拉德反应机理美拉德反应按其本质而言是氨羰间的加缩反应，它可以在醛、酮、还原糖及脂肪氧化生成的羰基化合物与胺、氨基酸、肽、蛋白质甚至氨之间发生反应，热反应和长时间储藏都可以促使美拉德反应形成。其化学过程十分复杂。目前对该反应产生低分子和中分子的反应机理比较清楚，而对产生的高分子聚合物的机理仍不能满意的解释。食品化学家Hodge认为美拉德反应过程可以分为初期、中期和末期，每一阶段又可细分为若干反应。 1、初级反应氨基化合物中游离氨基酸与羰基化合物的游离羧基缩合形成亚胺衍生物，该产物不稳定，随即环化成N -葡萄糖基胺。N-葡萄糖基胺在酸的催化下经Amadori分子重排生成有反应活性的1-氨基-1-脱氧-2 -酮糖，即单果糖胺。此外，酮糖还可与氨基化合物生成酮糖基胺，而酮糖基胺可以经过Heyenes分子重排异构成2 -氨基-2- 脱氧葡萄糖。美拉德初级反应产物不会引起食品色泽和香味的变化，但其产物是不挥发性香味物质的前体成分。 2、中级阶段在此阶段Amadori化合物通过3条不同的反应路线： 一是在酸性（pH小于或等于7） 条件下进行1，2-烯醇化反应，经过1，2-烯胺醇、3-脱氧-1，2-二羰基化合物，最终生成羰基甲基呋喃醛或呋喃醛；二是碱性条件下进行 2，3-烯醇化反应，产生还原酮类及脱氢还原酮类；三是继续进行裂解反应形成含羰基或二羰基化合物，或与氨基进一步氧化降解，在Strecker降解中，α-氨基酸与α-二羰基化合物反应，失去一分子CO2降解成为少一个碳原子的醛类及烯醇胺，各种特殊醛类是造成食品不同香气的因素之一。3、最终阶段该阶段主要为醛类和胺类在低温下聚合成为高分子的类黑精或称类黑素。此阶段反应相当复杂，其反应机制尚不清楚。除类黑精外，还会生成一系列美拉德反应的中间体还原酮、醛类及挥发性杂环化合物。主要有Strecker降解产物氨基酮，而氨基酮经异构为烯胺醇则再经环化形成吡嗪类化合物。 二、影响美拉德反应的主要因素美拉德反应机制相当复杂，不仅与参加反应的糖类的羰基化合物及氨基酸等氨基化合物种类有关，而且还与温度及反应时间、水分活度和pH、金属离子和化学试剂、辐照等外界因子有关。了解这些因素对美拉德反应的影响，有助于我们控制食品褐变，对食品工业具有重大的现实意义。1、氨基酸和糖的种类糖是美拉德反应中必不可少的一类物质。有资料表明，单糖和ARP （Amadori Rearrangement Product） 的喃喃或吡喃糖比其它形式的糖更能脱水。环状ARP脱水后随着温度的升高形成共轭产物，再经过专一的再环化，可形成5、6、7环杂环化合物，而许多杂环类化合物本身就是风味物质。有研究者认为随着环状结构的增大，美拉德反应速度急剧降低。所以，在食品加工中可以人为的添加适量的糖，使形成诱人的风味、色泽。在美拉德反应中，参与反应的糖可以是双糖、五碳糖和六碳糖。可用的双糖有乳糖和蔗糖； 五碳糖有木糖、核糖和阿拉伯糖； 六碳糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等。反应的速度为五碳糖> 己醛糖 > 己酮糖 > 双糖，开环的核糖比环状的核糖反应要快，因为开环核糖更利于Amadori产物形成。有研究表明，Gly、Ala、Tyr、Asp等氨基酸于180℃和等量葡萄糖反应可产生焦糖香气；而Val能产生巧克力香气；His、Lys、Pro可产生烤面包香味；Phe则能产生一种特殊的紫罗兰香气；L－精氨酸，能产生烤蔗糖香气、香味；L－蛋氨酸，能产生土豆香气、香味；L－谷氨酸，能产生奶油糖果香气、香味；L－亮氨酸，能产生烤干酪香气、香味；L－异亮氨酸，能产生烤干酪香味。因此在加工过程中，我们可以利用氨基酸的这种性质，将其和葡萄糖直接加入食品并热处理，使食品产生宜人的风味和色泽，以提高营养和改善食品的风味。  2、温度和反应时间温度是美拉德反应当中最重要的影响因素之一，一般情况下，美拉德反应速度随加工温度的上升而加快，香味物质也主要在较高温度下反应形成的。一些低分子量的杂环化合物在高温下有利于形成。其中吡喃环对热敏感，开环后使产物结合增加，然后再环化，从而形成新的碳环或杂环化合物，大多数是含有6、7、8个原子的芳香族化合物如苯、呋喃、噻唑、咪咯、吡咯、吡啶等。烯醇胺或 α-氨基酸在高温下也可缩合成吡嗪类化合物。若温度过高，时间过长，不仅使食品中营养成分氨基酸和糖类遭到破坏，而且可能产生致癌物质，随加工温度的升高，其含量也越高。如花生、油脂等物料的焦化，以及在制作咸味香精膏体，如鸡肉，牛肉，豆酱等膏体时都可能产生致癌物质，对食品安全造成影响；若温度过低，反应比较缓慢，同时也会影响呈香风味物质的形成，达不到成品的风味效果；所以，在香物香料的生产中如何控制反应温度和时间使反应中生成更多的特征香味成分及在食品加工处理中预测并提供有效的控制点为避免生成致癌物质将是近阶段研究的一大热点。3、水分活度和pH美拉德反应的强度很大程度上取决于介质的水合作用，为达到最大的反应活性，一般要求食品水分含量在 10%以上，通常为15%为好。在一定范围内（10～25%），美拉德反应速度随水分的增加有上升趋势，完全干燥的食品难以发生美拉德反应； 一般美拉德反应随着pH（3～10）上升呈上升趋势，在偏酸性环境中，美拉德反应会被抑制，反应速率降低，吡嗪类物质难于形成。在强酸环境下，氨基处于质子化状态，使 N-糖基化合物（葡基胺）难以形成，从而使反应难以进行下去，因为在强酸条件下，N-葡萄糖胺容易被水解，而葡萄糖胺是美拉德特征风味形成的前体物质，这就导致呈香达不到预期效果；在偏碱性环境下，美拉德反应加速，反应物质生成得很快，速度很难控制，因氨基酸是一类两性离子，它在碱性介质中呈阴离子，此时氨基反应活性较强，易发生褐变反应。若用美拉德反应制备肉类香精，水分活度在0.65 ～0.75最适宜，水分活度小于0.30或大于0.75反应很慢。 4、金属离子和化学试剂金属铁离子和亚铁离子能加速反应进度，铜能催化还原酮的氧化，而钙镁离子则对反应有一定的抑制作用。研究表明，钙盐与氨基酸结合生成不溶性化合物；Leonard研究发现，在磷酸盐缓冲溶液中，随着缓冲液浓度的增加，甘氨酸减少，色素增多。这可能是因为磷酸盐影响醛糖的稳定性，所以它的存在会加速美拉德反应进行。 三、辐照对美拉德反应的影响辐照也可以引起美拉德的进行，但是在辐照条件下的反应与加热情况下有所不同。当非还原双糖、蔗糖在加热的条件下不产生褐色色素，但是在辐照的条件下有褐色物质形成，它表明在辐照的情况下，蔗糖也出现了还原性。在辐照时，糖类参与反应的速度为蔗糖>果糖、阿拉伯糖、木糖>葡萄糖，但是在热反应中，糖类参与反应的速度是戊醛糖>庚醛糖删掉>己酮糖>双糖。这可能是因为辐照释放出来的能量使糖苷键断裂，从而释放出羰基，进一步与氨基化合物发生反应。四、美拉德反应各个影响因素控制美拉德反应的褐变初期是食品加工过程产生风味物质中间体所必须的，但它对食品的保藏，品质不利，这也是从事食品行业科研人员所必须研究去遏制的。为防止褐变可采用以下方法：（1）隔氧法，以阻止由于与氧接触所发生的氧化反应；（2）降低温度，美拉德反应是一个吸热反应，随着温度的增加，反应速率也随之加快。一般温度每升高10℃，反应速度提高3～5倍。有研究表明，在100℃得到的甘氨酸和葡萄糖色度，在56℃下要求反应250小时才能达到这个色度。因此，食品冷藏或低温贮藏有利于抑制食品的褐变。（3）降低pH值和调节水分活度，在酸性条件下（pH<3.0）美拉德反应中的羰氨缩合是一个可逆过程，因为羰氨缩合过程中封闭了游离氨基酸，反应体系pH下降，因此碱性条件有利于反应的进行。（4）添加酶或化学物质，在干蛋白粉储藏过程中由于赖氨酸与葡萄糖发生褐变导致成品失色，若预先添加葡萄糖氧化酶于蛋白粉中，使葡萄糖氧化成酸则可防止褐变。 五、食品工业中的应用1、美拉德反应与食品色泽食品经加热处理后或长时间贮藏后，都会产生不同程度的类黑精色素。比如面包、烤肉、熏肉、烤鱼、咖啡、茶以及酱油、豆酱等调味品中都有美拉德反应产生，因为这一大类反应没有酶的参与，故又称非酶褐变。这些食品经加工后会产生非常诱人的金黄色至深褐色，增加人们的食欲。当然，美拉德反应产生的颜色对于食品而言，深浅一定要控制好。2、美拉德反应与食品风味食品香味的来源主要有三个方面： 一是食品本身固有的香味，如葱蒜、芫荽本身就有一种特有的香味。二是食品原料在加工过程中由于酶促反应形成的风味。三是食品在蒸煮、焙烤及油炸过程中产生的食品香味，也即食品经过了热分解、氧化、重排或降解形成的香味前体，然后形成特殊的食品风味。如爆米花、烤面包、烤肉等食品所形成的香味。通过控制原材料、温度及加工方法，可制备各种不同风味、香味的物质，比如核糖分别与半胱氨酸及谷胱甘肽反应后会分别产生烤猪肉香味和烤牛肉香味。相同的反应物在不同温度下反应后，产生的风味也不一样，比如葡萄糖和缬氨酸分别在100℃~150℃及180℃温度条件下反应，会分别产生烤面包香味和巧克力香味；木糖和酵母水解蛋白在90℃及160℃反应会分别产生饼干香味和酱肉香味。加工方法不同，同种食物产生的香气也不同，比如：土豆经水煮可产生125种香气，而经烘烤可产生250种香气；大麦经水煮可产生75种香气，经烘烤可产生150种香气。因此，美拉德反应也可用于咸味香精和一些调味品基料的生产。主要是采用还原糖和食品级的氮源（如氨基酸、肽、蛋白质、植物水解蛋白及酵母提取物等）多种物质混合加热制备咸味香精，其中包括生物技术、脂肪氧化技术、美拉德反应技术等多种技术复合。另外，也可直接将美拉德反应物与一些物质复合，调配成特征风味的咸味香精，。通过美拉德反应可生产肉类、家禽类和海鲜类等多种风味类型的香精，美拉德反应生产的香精香气饱满，仿真度也较高，目前已广泛用于方便面、咸味休闲食品、速冻食品、罐藏食品等多种食品的加工及调味。美拉德反应的另一重要应用是基于MRPS 较强的抗氧化能力，产物通常作为天然抗氧化剂用于许多食品的加工中。3、美拉德反应与食品营养美拉德反应对食品营养的影响包括降低蛋白质的营养质量、蛋白质改性以及抑制胰蛋白酶活性等。对于粮食制品，美拉德反应无疑会使其蛋白质的生物价更低。另外，有研究发现，一旦美拉德反应发生，食品中矿物质元素有效性也会有所下降，这可能是金属元素与MRPS 生成金属络合物所致。六、总结美拉德反应对于食品的色、香、味等风味特征的形成具有十分重要的作用。在食品工业中，对于美拉德反应的合理应用，不仅可以提高食品的感官质量，还可以丰富食品种类，研发出更多的新品种。目前，对MRPS中的小分子化合物的研究已经取得一定进展。当然，如何定量、定性地确定中间产物和终产物类黑精物质的组成、分子结构及其抗氧化机制等方面仍还需要进行更深入的研究。（本文根据爱学术•食品工业、科普中国•科学百科等相关内容整理编辑）