Есть такой старый анекдот, где два деревенских жителя впервые оказались в ресторане и, рассмотрев меню, выбирают себе самое дешевое блюдо - пюре. После обеда один сообщает другому: "Если бы я не знал, что это пюре, то решил бы, что это мятая картошка..." Но почему такая вкусная жареная картошечка:-)
Люди много веков жарили на костре мясо, пекли хлеб и сушили на солнце фрукты. И не догадывались даже, что во всех этих и многих других случаях они наблюдают образование меланоидинов, продуктов реакции между белками и углеводами. Тех самых меланоидинов, которые придают многим пищевым продуктам такую привычную коричневую окраску...
Официальная жизнь азотсодержащих поликонденсатов, именуемых в дальнейшем меланоидинами, началась только в нашем веке. Ученый Л. Майлард (у нас его обычно именуют на французский лад - Майар) в 1912 г. впервые и достаточно подробно описал реакцию между аминокислотами и восстанавливающими сахарами. Эта реакция была названа именем Майара, а ее продукты - несколько длинным словом меланоидины, от греческого меланос, что означает "черный".
Почему вкусным кажется жареное — это нетривиальный вопрос.
О том, как сахара, жиры и белки встречаются на сковородке
Три важнейших компонента входят в состав органики, употребляемой в пищу: углеводы, жиры и белки.
Углеводы, которые еще называют природными полигидроксиальдегидами и полигидроксикетонами с общей формулой (CH2O)n, в составе своих молекул содержат не только гидроксильные группы –ОН, но и карбонильные С=О.
В молекулах природных жиров, триглицеридов (сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот) также обязательно присутствуют карбонильные группы.
Белки устроены куда сложнее, это полимеры, цепи которых выстроены из самых разных аминокислот.
Свойства белка напрямую зависят от того, какие аминокислоты и в какой последовательности его образуют.
Среди 20 аминокислот, составляющих белок, есть несколько наиболее уязвимых с химической точки зрения: лизин, аргинин, триптофан и гистидин.
Их молекулы содержат свободные аминогруппу (–NH2), гуанидиновую группу (–С(NH2)2), индольное и имидазольное кольца.
Уязвимы они потому, что перечисленные группы даже в составе белковой молекулы легко вступают в реакцию с карбонильной группой (С=О) углеводов, альдегидов и липидов. (У других аминокислот аминогруппа вступает в реакцию, только если эта аминокислота свободная или концевая в полипептидной цепи.)
Нужна лишь повышенная температура, огонь или плита. Эта реакция известна в пищевой химии как реакция сахароаминной конденсации, или как реакция Майара.
История ее открытия — запутанное дело. Считается, что Майар был первым, кто обнаружил активное взаимодействие сахаров с аминокислотами. Однако справедливости ради следует отметить, что впервые подобную реакцию наблюдали П. Брандес и Ц. Штоэр в 1896 году, нагревая сахар с аммиаком.
В 1912 году молодой врач и химик Луи Камилл Майар начал изучать взаимодействие между аминокислотами и пищевыми сахарами, глюкозой и фруктозой.
На исследование его вдохновило желание отыскать возможные пути синтеза полипептидов.
В течение нескольких часов он кипятил водные растворы сахара или глицерина с аминокислотами и обнаружил, что в реакционной смеси образуются некие сложные соединения желто-коричневого цвета.
Ученый принял их за пептиды и поспешил опубликовать результаты в «Compte Rendu de I'Academie des Sciences». Контрандю дэ ле акадэми де сьянс (Отчет Академии наук)Однако это был тот случай, когда исследователь выдал желаемое за действительное — дело в науке обычное.
Никакие экспериментальные данные не подтверждали это чисто умозрительное заключение. К чести Майара, он это понял, продолжил исследования и уже в следующем, 1913 году обнаружил большое сходство образующихся коричневых пигментов с гуминовыми веществами почвы. Это были не пептиды, а что-то другое.
Эстафету исследований в этом направлении подхватили российские ученые из лаборатории физиологии растений Петербургского университета. Вскоре после Майара, в 1914 году, С. П. Костычев и В. А. Бриллиант описали продукты, образующиеся в реакции между аминокислотами и сахарами в дрожжевом автолизате — продукте самопереваривания дрожжевых клеток.
Русские ученые активно исследовали образование «новых азотистых соединений», окрашивающих раствор в темно-бурый цвет при добавлении глюкозы или сахарозы к дрожжевому автолизату, и доказали, что материалом для синтеза служат сахар и аминокислоты, которые с легкостью реагируют без вмешательства ферментов.
Из всех исследователей, занимавшихся этой проблемой, основные результаты все же были получены Майяром, установившим, что взаимодействие кетогруппы (С=О) сахара с аминогруппой (–NH2) аминокислоты происходит в несколько стадий.
Поэтому сахароаминная реакция известна под именем реакции Майара.
С 1910 по 1913 год ученый опубликовал около 30 сообщений, которые легли в основу его докторской диссертации «Генезис белков и органических материалов. Действие глицерина и сахаров на аминокислоты».
Но, как это часто бывает в науке, открытие Майара не получило должного признания при его жизни.
Только в 1946 году ученые снова заинтересовались этой реакцией. И сегодня о реакции Майара мы знаем уже очень многое.
Прежде всего это не единичная реакция, а целый комплекс процессов, которые протекают последовательно и параллельно без участия ферментов и придают реакционной массе коричневый цвет.
Главное, чтобы в реакционной смеси присутствовали карбонильные группы (в составе сахаров, альдегидов или жиров) и аминогруппы (белки).
Понятно, что такой букет реакций приводит к образованию многочисленных продуктов различного строения, которые в научной литературе обозначаются термином «конечные продукты гликирования».
В эту группу входят и алифатические альдегиды и кетоны, и гетероциклические производные имидазола, пиррола и пиразина.
Именно эти вещества — продукты сахароаминной конденсации — ответственны за формирование цвета, аромата и вкуса продуктов, подвергнутых термической обработке. Эта реакция ускоряется с повышением температуры и поэтому интенсивно протекает при варке, жарке и выпечке.
Меланоидины: добро и зло
О том, что реакция Майара прошла, можно судить по золотисто-коричневой корочке на хлебе, зажаренных рыбе, мясе, по коричневому оттенку высушенных фруктов.
Цвет термически обработанному продукту придают темноокрашенные высокомолекулярные вещества меланоидины (от греческого «меланос», что означает «черный»), которые образуются на последней стадии реакции Майара.
Однако цвет стандартных меланоидинов — не черный, а красно-коричневый или темно-коричневый. Меланоидины образуют черные пигменты, подобные гуминовым веществам, лишь в том случае, если огонь был слишком силен или вы забыли о жарящейся на сковородке картошке, пироге в духовке и безнадежно сожгли их. Сам же термин «меланоидины» в 1897 году предложил О. Шмидеберг. (Кстати, «Химия и жизнь» однажды уже обращалась к теме меланоидинов; см. 1980, № 3.)
Химия богата именными реакциями, их более тысячи. Но большинство из них мало о чем скажут человеку, далекому от химии, они для тех, кто понимает. Однако в этом богатом перечне есть одна реакция, с которой все мы сталкиваемся каждый день — всякий раз, когда подходим к плите, чтобы приготовить что-нибудь вкусненькое, или пьем утренний кофе с бутербродом, или пиво вечером с друзьями.
Речь идет о реакции Майара, которой в этом году исполняется 107 лет. Во Франции в Нанси даже провели семь лет назад 100-летний юбилейный международный симпозиум, посвященный этой реакции.
За что такие почести? Чем она так примечательна? Да тем, что вездесуща и хорошо знакома каждому.
Образование гумуса почв, угля, торфа, сапропеля, лечебных грязей происходит благодаря этой реакции.
Но говорить мы будем о куда более привычных и привлекательных вещах — о незабываемом аромате свежезаваренного кофе, испеченного хлеба и жареного мяса, о золотистой поджаристой корочке на буханке и отбивной, об изумительном вкусе этих продуктов. Потому что все перечисленное — это результат реакции Майара.
Процесс неферментативного взаимодействия восстанавливающих сахаров со свободными аминогруппами белков (реакция Майяра), приводящий к образованию конечных продуктов гликирования, считают важным фактором патогенеза таких заболеваний, как атеросклероз, сердечная недостаточность, заболевания печени и желчного пузыря, воспаление, ревматоидный артрит, нейродегенеративные заболевания.
Особенно интенсивно он протекает при гипергликемии и лежит в основе патогенеза микро- и макрососудистых осложнений сахарного диабета.
В обзоре описаны основные этапы реакции Майяра, патофизиологическая роль ее продуктов в развитии осложнений сахарного диабета, возможные пути фармакологической коррекции данного процесса и основные представители ингибиторов гликирования белков, известные на сегодняшний день.
Сахарный диабет характеризуется хронической гипергликемией, которая, по данным клинических исследований, является центральным фактором начала всех типов диабетической микро- и макрососудистой патологии. В основе патологических изменений при формировании поздних осложнений сахарного диабета лежат поражения мелких сосудов, таких как артериолы, венулы и капилляры (микроангиопатии), приводящие к развитию диабетической нефропатии и ретинопатии, или сосудов среднего и крупного калибра (макроангиопатии), при которых повреждаются сосуды сердца, головного мозга и магистральные сосуды нижних конечностей.
Всё, что необходимо знать о реакциях Майяра
1913-й год, французский химик Луи Камилль Майяр защищает диссертацию, в которой описана неферментативная реакция между карбонильной группой свободной молекулы сахара и аминогруппой (или реакция сахароаминной конденсации), вследствие чего эту реакцию назовут его именем. Однако лишь после Второй мировой войны (и его смерти в 1936-м) его работы были оценены по достоинству.
Положите кусок стейка на очень горячую сковороду, дайте ему минуту и прочувствуйте аромат: это реакция Майяра, которой мы обязаны, кроме восхитительного запаха, жареным вкусом куска мяса — и не только мяса — во время приготовления при высокой температуре. Некоторые люди используют термин «карамелизированный», не подозревая, что карамелизация — это иная реакция. Фактически, в случае с реакцией Майяра, настоящими ключевыми игроками являются белки, коими мясо богато.
Что такое реакция Майяра?
Белки представляют собой цепочки, состоящие из крошечных взаимосвязанных строительных блоков, называемых аминокислотами.
При воздействии высокой температуры, они взаимодействуют с естественным содержанием сахаров в мясе, с образованием в первую очередь глюкозамина, а затем ряда продуктов перегруппировки Амадори-Хейнса. Ситуация, которая последует за этим, является одним из примером подлинного хаоса, который даже сегодня делает реакцию Майяра крайне неуловимой и переменчивой.
В соответствии с определенными параметрами, такими как количество сахаров, pH окружающей среды и участвующих аминокислот, может быть бесчисленное множество возможных реакций. Например, вы когда-нибудь замечали, что красное жареное мясо на вкус сильно отличается от курицы, приготовленной таким же образом?
Это происходит потому, что красное мясо богато цистеином, аминокислотой, взаимодействующей сахарами с образованием тиофенов и тиазолов с начальных фаз реакции Майяра. Достаточно заменить хотя бы одну аминокислоту, и в результате мы получим совершенно разные вкусы и ароматы. По этой причине ошибочно ссылаться на «реакцию Майяра» в единственном числе: на самом деле существует множество различных реакций.
Несмотря на обилие образующихся в ходе этих реакций продуктов, лишь относительно небольшое их число вносит существенный вклад в аромат и вкус готовой еды. Кроме того, образуются не только вкусные и приятные вещества.
В 2002 году было обнаружено, что картофель фри, чипсы и жареный картофель, черные оливки, сушеные сливы, арахис, кофе и печенье могут содержать милиграммовые количества потенциально канцерогенного акриламида, образующегося при реакции природной аминокислоты аспарагина с сахаром. Акриламид поражает нервную систему, печень и почки: ЛД50 150—180 мг/кг; ПДК 0,3 мг/м3; раздражает слизистые оболочки.
Но есть и тёмная сторона. Когда часы бьют полночь… Ладно, когда температура переходит за 180ºС меланоидины начинают разлагаться, и тут уже силы зла властвуют безраздельно: выделяются и токсины, и канцерогены вроде акриламида (часть из них меланоидины связывают всё равно).
Реакции Майяра протекают и в человеческом организме, играя ключевую роль в таких заболевания как сахарный диабет (связывание гемоглобина с глюкозой) и катаракта (денатурация белков).
Во время приготовления еды также протекает процесс меланоидинообразования. Меланоидины образуются как продукты реакции Майяра, которая включает в себя взаимодействие кетогрупп (С=О) сахаров с аминогруппами (-NH2) аминокислот, что приводит к их конденсации и полимеризации. Меланоидинообразование начинается при тепловой обработке консервов и завершается при их хранении. Процесс замедляется в кислой среде, например в присутствии таких соединений, как аскорбиновая кислота, фенольные соединения, пероксид водорода, также при непродолжительной тепловой обработке. Эта реакция приводит к снижению качества консерв и утрате товарного вида.
Меланоидины, образующиеся как отходы пищевого производства, могут приводить к серьёзному загрязнению. В частности, из-за их тёмной окраски они блокируют прохождение солнечного света и снижают фотосинтез и уровень кислорода в реках. Это требует особой обработки отходов перед сливом производственных вод.
Правильная температура для реакции Майяра
Дабы еще больше усложнить положение вещей, температура также способствует вариативности.
По существу, реакция Майяра запускается примерно при 140 °C, но важно, чтобы тепло воздействовало интенсивно и быстро. Задумывались ли вы, почему реакция Майяра не происходит в отварном мясе? Потому что максимальная температура достигает 100 °C из-за присутствия воды.
6-ацетил-1,2,3,4-тетрагидропиридин, фурфурол и оксиметилфурфурол
Нет, это не забытые заклинания древних шаманов, а вполне нормальные химические соединения – сильные органические одоранты.
Несмотря на то, что названия таких сложных веществ произнести иногда с первого раза невозможно, именно они придают горячему хлебу, бисквитам, пирожкам и булочкам запах свежей хрустящей выпечки.
Практически вся наша пища содержит сахара и аминокислоты, которые при нагревании, жарке, варке, выпекании реагируют между собой, образуя сложные вещества придающие еде ароматы, по которым мы и определяем готовность тех или иных продуктов.
Реакция между аминокислотами и сахарами, протекающая в условиях нагрева, называется реакцией Майяра.
Темный цвет поджаристым корочкам на хлебе, рыбе, мясе и других продуктах придают т.н. меланоидины, образующиеся на финальных стадиях реакции Майяра.
Если вы забыли свои котлетки на сковородке, и они сгорели, превратившись в маленькие черненькие угольки, значит, реакция Майяра прошла очень результативно – с образованием большого количества меланоидинов. Надеемся, у Вас еще остался фарш!
Реакция Майяра происходит не только при приготовлении пищи. Эта реакция между аминокислотами и сахарами (т. н. гликирование) происходит и в живом организме
В нормальных условиях скорость реакции настолько мала, что её продукты успевают удаляться.
Однако при резком повышении сахара в крови при диабете реакция значительно ускоряется, продукты накапливаются и способны вызвать многочисленные нарушения (например, гиперлипидемии).
Особенно это выражено в крови, где резко повышается уровень повреждённых белков (например, концентрация гликозилированного гемоглобина является показателем степени компенсированности диабета).
Накопление изменённых белков в хрусталике вызывает тяжёлое нарушение зрения у больных диабетом. Однако, имеются данные о том, что "Негативный эффект гликозилирования определяется не собственно присоединением глюкозы к долгоживущим белкам, а обусловленным свободными радикалами их окислительным повреждением." К таким радикалам относят кетоны, поступающие в кровь при недостатке глюкозы в клетке и нарушении ЦТК "Большая часть свободных жирных кислот в отсутствие инсулина окисляется в печени только до ацетил-КоА, из которого затем в условиях задержки ресинтеза жирных кислот из-за дефицита НАДФ+ и подавления цикла Кребса образуются кетоновые тела — ацетоуксусная и Р-оксимасляная кислоты и ацетон. Появляется гиперкетонемия до 5—7 ммоль/л, кетонурия — 140 мг/сут (норма— 10—30 мг/сут). Гиперлипидемия приводит к угнетению использования мышцами глюкозы, а, следовательно, способствует накоплению глюкозы в крови."
Накопление некоторых поздних продуктов реакции Майяра, так же как и продуктов окисления, которое происходит с возрастом, приводит к возрастным изменениям в тканях
Пока не найдено лекарств, способных ингибировать реакцию Майяра в организме, хотя некоторые агенты (аминогуанидин) существенно снижают реакцию in vitro.
Наиболее распространённым поздним продуктом реакции является карбоксиметиллизин, производное лизина. Карбоксиметиллизин в составе белков служит биомаркером общего оксидативного стресса организма. Он накапливается с возрастом в тканях, например в коллагене кожи, и повышен при диабете.
Несмотря на то, что реакция названа именем Луи Камиля Майяра, механизм реакции был исследован и описан лишь в 1953 году американским химиком Джоном Эдвардом Ходжем в статье «Химия реакций с потемнением в модельных системах»[6]. В статье Ходж предложил схему реакции Майяра, которая стала известна как «схема Ходжа». Вклад Ходжа в исследование реакции Майяра был долгое время малоизвестен[7][8], однако в 1979 году статья Ходжа была признана классической из-за большого количества ссылок на неё в других научных работах.
Люди много веков жарили на костре мясо, пекли хлеб и сушили на солнце фрукты. И не догадывались даже, что во всех этих и многих других случаях они наблюдают образование меланоидинов, продуктов реакции между белками и углеводами. Тех самых меланоидинов, которые придают многим пищевым продуктам такую привычную коричневую окраску...
Официальная жизнь азотсодержащих поликонденсатов, именуемых в дальнейшем меланоидинами, началась только в нашем веке. Ученый Л. Майлард (у нас его обычно именуют на французский лад - Майар) в 1912 г. впервые и достаточно подробно описал реакцию между аминокислотами и восстанавливающими сахарами. Эта реакция была названа именем Майара, а ее продукты - несколько длинным словом меланоидины, от греческого меланос, что означает "черный".
Почему вкусным кажется жареное — это нетривиальный вопрос.
О том, как сахара, жиры и белки встречаются на сковородке
Три важнейших компонента входят в состав органики, употребляемой в пищу: углеводы, жиры и белки.
Углеводы, которые еще называют природными полигидроксиальдегидами и полигидроксикетонами с общей формулой (CH2O)n, в составе своих молекул содержат не только гидроксильные группы –ОН, но и карбонильные С=О.
В молекулах природных жиров, триглицеридов (сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот) также обязательно присутствуют карбонильные группы.
Белки устроены куда сложнее, это полимеры, цепи которых выстроены из самых разных аминокислот.
Свойства белка напрямую зависят от того, какие аминокислоты и в какой последовательности его образуют.
Среди 20 аминокислот, составляющих белок, есть несколько наиболее уязвимых с химической точки зрения: лизин, аргинин, триптофан и гистидин.
Их молекулы содержат свободные аминогруппу (–NH2), гуанидиновую группу (–С(NH2)2), индольное и имидазольное кольца.
Уязвимы они потому, что перечисленные группы даже в составе белковой молекулы легко вступают в реакцию с карбонильной группой (С=О) углеводов, альдегидов и липидов. (У других аминокислот аминогруппа вступает в реакцию, только если эта аминокислота свободная или концевая в полипептидной цепи.)
Нужна лишь повышенная температура, огонь или плита. Эта реакция известна в пищевой химии как реакция сахароаминной конденсации, или как реакция Майара.
История ее открытия — запутанное дело. Считается, что Майар был первым, кто обнаружил активное взаимодействие сахаров с аминокислотами. Однако справедливости ради следует отметить, что впервые подобную реакцию наблюдали П. Брандес и Ц. Штоэр в 1896 году, нагревая сахар с аммиаком.
В 1912 году молодой врач и химик Луи Камилл Майар начал изучать взаимодействие между аминокислотами и пищевыми сахарами, глюкозой и фруктозой.
На исследование его вдохновило желание отыскать возможные пути синтеза полипептидов.
В течение нескольких часов он кипятил водные растворы сахара или глицерина с аминокислотами и обнаружил, что в реакционной смеси образуются некие сложные соединения желто-коричневого цвета.
Ученый принял их за пептиды и поспешил опубликовать результаты в «Compte Rendu de I'Academie des Sciences». Контрандю дэ ле акадэми де сьянс (Отчет Академии наук)Однако это был тот случай, когда исследователь выдал желаемое за действительное — дело в науке обычное.
Никакие экспериментальные данные не подтверждали это чисто умозрительное заключение. К чести Майара, он это понял, продолжил исследования и уже в следующем, 1913 году обнаружил большое сходство образующихся коричневых пигментов с гуминовыми веществами почвы. Это были не пептиды, а что-то другое.
Эстафету исследований в этом направлении подхватили российские ученые из лаборатории физиологии растений Петербургского университета. Вскоре после Майара, в 1914 году, С. П. Костычев и В. А. Бриллиант описали продукты, образующиеся в реакции между аминокислотами и сахарами в дрожжевом автолизате — продукте самопереваривания дрожжевых клеток.
Русские ученые активно исследовали образование «новых азотистых соединений», окрашивающих раствор в темно-бурый цвет при добавлении глюкозы или сахарозы к дрожжевому автолизату, и доказали, что материалом для синтеза служат сахар и аминокислоты, которые с легкостью реагируют без вмешательства ферментов.
Из всех исследователей, занимавшихся этой проблемой, основные результаты все же были получены Майяром, установившим, что взаимодействие кетогруппы (С=О) сахара с аминогруппой (–NH2) аминокислоты происходит в несколько стадий.
Поэтому сахароаминная реакция известна под именем реакции Майара.
С 1910 по 1913 год ученый опубликовал около 30 сообщений, которые легли в основу его докторской диссертации «Генезис белков и органических материалов. Действие глицерина и сахаров на аминокислоты».
Но, как это часто бывает в науке, открытие Майара не получило должного признания при его жизни.
Только в 1946 году ученые снова заинтересовались этой реакцией. И сегодня о реакции Майара мы знаем уже очень многое.
Прежде всего это не единичная реакция, а целый комплекс процессов, которые протекают последовательно и параллельно без участия ферментов и придают реакционной массе коричневый цвет.
Главное, чтобы в реакционной смеси присутствовали карбонильные группы (в составе сахаров, альдегидов или жиров) и аминогруппы (белки).
Понятно, что такой букет реакций приводит к образованию многочисленных продуктов различного строения, которые в научной литературе обозначаются термином «конечные продукты гликирования».
В эту группу входят и алифатические альдегиды и кетоны, и гетероциклические производные имидазола, пиррола и пиразина.
Именно эти вещества — продукты сахароаминной конденсации — ответственны за формирование цвета, аромата и вкуса продуктов, подвергнутых термической обработке. Эта реакция ускоряется с повышением температуры и поэтому интенсивно протекает при варке, жарке и выпечке.
Меланоидины: добро и зло
О том, что реакция Майара прошла, можно судить по золотисто-коричневой корочке на хлебе, зажаренных рыбе, мясе, по коричневому оттенку высушенных фруктов.
Цвет термически обработанному продукту придают темноокрашенные высокомолекулярные вещества меланоидины (от греческого «меланос», что означает «черный»), которые образуются на последней стадии реакции Майара.
Однако цвет стандартных меланоидинов — не черный, а красно-коричневый или темно-коричневый. Меланоидины образуют черные пигменты, подобные гуминовым веществам, лишь в том случае, если огонь был слишком силен или вы забыли о жарящейся на сковородке картошке, пироге в духовке и безнадежно сожгли их. Сам же термин «меланоидины» в 1897 году предложил О. Шмидеберг. (Кстати, «Химия и жизнь» однажды уже обращалась к теме меланоидинов; см. 1980, № 3.)
Химия богата именными реакциями, их более тысячи. Но большинство из них мало о чем скажут человеку, далекому от химии, они для тех, кто понимает. Однако в этом богатом перечне есть одна реакция, с которой все мы сталкиваемся каждый день — всякий раз, когда подходим к плите, чтобы приготовить что-нибудь вкусненькое, или пьем утренний кофе с бутербродом, или пиво вечером с друзьями.
Речь идет о реакции Майара, которой в этом году исполняется 107 лет. Во Франции в Нанси даже провели семь лет назад 100-летний юбилейный международный симпозиум, посвященный этой реакции.
За что такие почести? Чем она так примечательна? Да тем, что вездесуща и хорошо знакома каждому.
Образование гумуса почв, угля, торфа, сапропеля, лечебных грязей происходит благодаря этой реакции.
Но говорить мы будем о куда более привычных и привлекательных вещах — о незабываемом аромате свежезаваренного кофе, испеченного хлеба и жареного мяса, о золотистой поджаристой корочке на буханке и отбивной, об изумительном вкусе этих продуктов. Потому что все перечисленное — это результат реакции Майара.
Процесс неферментативного взаимодействия восстанавливающих сахаров со свободными аминогруппами белков (реакция Майяра), приводящий к образованию конечных продуктов гликирования, считают важным фактором патогенеза таких заболеваний, как атеросклероз, сердечная недостаточность, заболевания печени и желчного пузыря, воспаление, ревматоидный артрит, нейродегенеративные заболевания.
Особенно интенсивно он протекает при гипергликемии и лежит в основе патогенеза микро- и макрососудистых осложнений сахарного диабета.
В обзоре описаны основные этапы реакции Майяра, патофизиологическая роль ее продуктов в развитии осложнений сахарного диабета, возможные пути фармакологической коррекции данного процесса и основные представители ингибиторов гликирования белков, известные на сегодняшний день.
Сахарный диабет характеризуется хронической гипергликемией, которая, по данным клинических исследований, является центральным фактором начала всех типов диабетической микро- и макрососудистой патологии. В основе патологических изменений при формировании поздних осложнений сахарного диабета лежат поражения мелких сосудов, таких как артериолы, венулы и капилляры (микроангиопатии), приводящие к развитию диабетической нефропатии и ретинопатии, или сосудов среднего и крупного калибра (макроангиопатии), при которых повреждаются сосуды сердца, головного мозга и магистральные сосуды нижних конечностей.
Всё, что необходимо знать о реакциях Майяра
1913-й год, французский химик Луи Камилль Майяр защищает диссертацию, в которой описана неферментативная реакция между карбонильной группой свободной молекулы сахара и аминогруппой (или реакция сахароаминной конденсации), вследствие чего эту реакцию назовут его именем. Однако лишь после Второй мировой войны (и его смерти в 1936-м) его работы были оценены по достоинству.
Положите кусок стейка на очень горячую сковороду, дайте ему минуту и прочувствуйте аромат: это реакция Майяра, которой мы обязаны, кроме восхитительного запаха, жареным вкусом куска мяса — и не только мяса — во время приготовления при высокой температуре. Некоторые люди используют термин «карамелизированный», не подозревая, что карамелизация — это иная реакция. Фактически, в случае с реакцией Майяра, настоящими ключевыми игроками являются белки, коими мясо богато.
Что такое реакция Майяра?
Белки представляют собой цепочки, состоящие из крошечных взаимосвязанных строительных блоков, называемых аминокислотами.
При воздействии высокой температуры, они взаимодействуют с естественным содержанием сахаров в мясе, с образованием в первую очередь глюкозамина, а затем ряда продуктов перегруппировки Амадори-Хейнса. Ситуация, которая последует за этим, является одним из примером подлинного хаоса, который даже сегодня делает реакцию Майяра крайне неуловимой и переменчивой.
В соответствии с определенными параметрами, такими как количество сахаров, pH окружающей среды и участвующих аминокислот, может быть бесчисленное множество возможных реакций. Например, вы когда-нибудь замечали, что красное жареное мясо на вкус сильно отличается от курицы, приготовленной таким же образом?
Это происходит потому, что красное мясо богато цистеином, аминокислотой, взаимодействующей сахарами с образованием тиофенов и тиазолов с начальных фаз реакции Майяра. Достаточно заменить хотя бы одну аминокислоту, и в результате мы получим совершенно разные вкусы и ароматы. По этой причине ошибочно ссылаться на «реакцию Майяра» в единственном числе: на самом деле существует множество различных реакций.
Несмотря на обилие образующихся в ходе этих реакций продуктов, лишь относительно небольшое их число вносит существенный вклад в аромат и вкус готовой еды. Кроме того, образуются не только вкусные и приятные вещества.
В 2002 году было обнаружено, что картофель фри, чипсы и жареный картофель, черные оливки, сушеные сливы, арахис, кофе и печенье могут содержать милиграммовые количества потенциально канцерогенного акриламида, образующегося при реакции природной аминокислоты аспарагина с сахаром. Акриламид поражает нервную систему, печень и почки: ЛД50 150—180 мг/кг; ПДК 0,3 мг/м3; раздражает слизистые оболочки.
Но есть и тёмная сторона. Когда часы бьют полночь… Ладно, когда температура переходит за 180ºС меланоидины начинают разлагаться, и тут уже силы зла властвуют безраздельно: выделяются и токсины, и канцерогены вроде акриламида (часть из них меланоидины связывают всё равно).
Реакции Майяра протекают и в человеческом организме, играя ключевую роль в таких заболевания как сахарный диабет (связывание гемоглобина с глюкозой) и катаракта (денатурация белков).
Во время приготовления еды также протекает процесс меланоидинообразования. Меланоидины образуются как продукты реакции Майяра, которая включает в себя взаимодействие кетогрупп (С=О) сахаров с аминогруппами (-NH2) аминокислот, что приводит к их конденсации и полимеризации. Меланоидинообразование начинается при тепловой обработке консервов и завершается при их хранении. Процесс замедляется в кислой среде, например в присутствии таких соединений, как аскорбиновая кислота, фенольные соединения, пероксид водорода, также при непродолжительной тепловой обработке. Эта реакция приводит к снижению качества консерв и утрате товарного вида.
Меланоидины, образующиеся как отходы пищевого производства, могут приводить к серьёзному загрязнению. В частности, из-за их тёмной окраски они блокируют прохождение солнечного света и снижают фотосинтез и уровень кислорода в реках. Это требует особой обработки отходов перед сливом производственных вод.
Правильная температура для реакции Майяра
Дабы еще больше усложнить положение вещей, температура также способствует вариативности.
По существу, реакция Майяра запускается примерно при 140 °C, но важно, чтобы тепло воздействовало интенсивно и быстро. Задумывались ли вы, почему реакция Майяра не происходит в отварном мясе? Потому что максимальная температура достигает 100 °C из-за присутствия воды.
6-ацетил-1,2,3,4-тетрагидропиридин, фурфурол и оксиметилфурфурол
Нет, это не забытые заклинания древних шаманов, а вполне нормальные химические соединения – сильные органические одоранты.
Несмотря на то, что названия таких сложных веществ произнести иногда с первого раза невозможно, именно они придают горячему хлебу, бисквитам, пирожкам и булочкам запах свежей хрустящей выпечки.
Практически вся наша пища содержит сахара и аминокислоты, которые при нагревании, жарке, варке, выпекании реагируют между собой, образуя сложные вещества придающие еде ароматы, по которым мы и определяем готовность тех или иных продуктов.
Реакция между аминокислотами и сахарами, протекающая в условиях нагрева, называется реакцией Майяра.
Темный цвет поджаристым корочкам на хлебе, рыбе, мясе и других продуктах придают т.н. меланоидины, образующиеся на финальных стадиях реакции Майяра.
Если вы забыли свои котлетки на сковородке, и они сгорели, превратившись в маленькие черненькие угольки, значит, реакция Майяра прошла очень результативно – с образованием большого количества меланоидинов. Надеемся, у Вас еще остался фарш!
Реакция Майяра происходит не только при приготовлении пищи. Эта реакция между аминокислотами и сахарами (т. н. гликирование) происходит и в живом организме
В нормальных условиях скорость реакции настолько мала, что её продукты успевают удаляться.
Однако при резком повышении сахара в крови при диабете реакция значительно ускоряется, продукты накапливаются и способны вызвать многочисленные нарушения (например, гиперлипидемии).
Особенно это выражено в крови, где резко повышается уровень повреждённых белков (например, концентрация гликозилированного гемоглобина является показателем степени компенсированности диабета).
Накопление изменённых белков в хрусталике вызывает тяжёлое нарушение зрения у больных диабетом. Однако, имеются данные о том, что "Негативный эффект гликозилирования определяется не собственно присоединением глюкозы к долгоживущим белкам, а обусловленным свободными радикалами их окислительным повреждением." К таким радикалам относят кетоны, поступающие в кровь при недостатке глюкозы в клетке и нарушении ЦТК "Большая часть свободных жирных кислот в отсутствие инсулина окисляется в печени только до ацетил-КоА, из которого затем в условиях задержки ресинтеза жирных кислот из-за дефицита НАДФ+ и подавления цикла Кребса образуются кетоновые тела — ацетоуксусная и Р-оксимасляная кислоты и ацетон. Появляется гиперкетонемия до 5—7 ммоль/л, кетонурия — 140 мг/сут (норма— 10—30 мг/сут). Гиперлипидемия приводит к угнетению использования мышцами глюкозы, а, следовательно, способствует накоплению глюкозы в крови."
Накопление некоторых поздних продуктов реакции Майяра, так же как и продуктов окисления, которое происходит с возрастом, приводит к возрастным изменениям в тканях
Пока не найдено лекарств, способных ингибировать реакцию Майяра в организме, хотя некоторые агенты (аминогуанидин) существенно снижают реакцию in vitro.
Наиболее распространённым поздним продуктом реакции является карбоксиметиллизин, производное лизина. Карбоксиметиллизин в составе белков служит биомаркером общего оксидативного стресса организма. Он накапливается с возрастом в тканях, например в коллагене кожи, и повышен при диабете.
Несмотря на то, что реакция названа именем Луи Камиля Майяра, механизм реакции был исследован и описан лишь в 1953 году американским химиком Джоном Эдвардом Ходжем в статье «Химия реакций с потемнением в модельных системах»[6]. В статье Ходж предложил схему реакции Майяра, которая стала известна как «схема Ходжа». Вклад Ходжа в исследование реакции Майяра был долгое время малоизвестен[7][8], однако в 1979 году статья Ходжа была признана классической из-за большого количества ссылок на неё в других научных работах.
Вездесущая реакция Майара // Химия и жизнь №2, 2012
Grandhee, SK; Monnier, V. M. Mechanism of formation of the Maillard protein cross-link pentosidine. Glucose, fructose, and ascorbate as pentosidine precursors (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1991. — 25 June (vol. 266, no. 18). — P. 11649—11653.
Гликозилирование белков и ДНК и процессы старения
Нарушение регуляции углеводного обмена
Advanced Glycation End Products (AGEs): A Complete Overview. healthline.com.
J. E. Hodge. Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems // Journal of Agricultural and Food Chemistry. — 1953-10-01. — Т. 1, вып. 15. — С. 928—943. — ISSN 0021-8561.
Сахар – «ржавит» наш организм
Когда сахар взаимодействует с белками, в организме происходит, так называемая, реакция Майяра. При нормальных условиях скорость этой реакции настолько мала, что ее продукты успевают удалиться.
Однако чем выше уровень сахара в крови, тем выше скорость реакции. Накапливаясь, продукты реакции приводят к многочисленным нарушениям в работе организма. В частности, накопление некоторых поздних продуктов реакции Майяра провоцирует возрастные изменения в тканях. Буквально – они «ржавеют».
Сахар приводит к накоплению жира в печени
Стеатоз печени – это нарушение обмена веществ, при котором в печеночных клетках происходит скопление жира. Одна из основных причин стеатоза – несбалансированное питание. При чрезмерном употреблении сахара, печень не справляется с его переработкой. Поджелудочная железа пытается прийти на помощь и начинает вырабатывать дополнительный инсулин. Это, так называемый, неалкогольный стеатоз (неалкогольная жировая болезнь печени).
Люди, потребляющие 1000 лишних калорий в день , только в 2% случаев имеют лишний вес, но в 27% случаев у них наблюдается скопление жира в печени.
Сахар – артериальный киллер
Эндотелий – это клетки, выстилающие внутреннюю поверхность кровеносных и лимфатических сосудов, а также сердечных полостей. Эндотелий выполняет ряд важных функций: контроль за свертываемостью крови, регуляция артериального давления и другие. Эндотелий чувствителен к химическим повреждениям, к которым, в свою очередь, может привести сахар.
Вернее, содержащаяся в нем глюкоза. Она «налипает» на стенки сосудов, окисляя и разрушая эндотелий.
В организме человека тоже может протекать реакция Майара, точнее, ее частный случай — реакция гликирования. Но никакой пользы она не приносит — один вред: это главный механизм разрушения тканей при сахарном диабете.
В ходе жарки мяса образуются и другие химические вещества, которые могут быть канцерогенами:Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), например, бензапирен. ПАУ образуются в момент сгорания капающего в пламя мясного сока и жира. Известно, что в килограмме мяса после жарки содержится до 4 мкг бензапирена, в килограмме курицы — до 5,5 мкг. Пережаренное на углях мясо и вовсе содержит 62,6 мкг;
Гетероциклические амины, которые тоже образуются при реакции между аминокислотами и сахарами.
Пагубное влияние промышленного мономера акриламида доказано и не оспаривается.
Канцерогенные свойства акриламида, который образуется при готовке пищи не доказаны. Однако во время этого же процесса идет образование и других вредных веществ. Кроме того, в ходе метаболизма акриламида в организме человека может образовываться другой канцероген — глицидамид.
Акриламида нет в сырой или вареной пище. Можно также снизить риски до минимума, приготавливая мясо в микроволновке, а не над открытым пламенем.
Неважно, какие мясо, рыба или овощи выбираются для жарки: обычные или «органические». Акриламид будет образовываться в любом случае.
«Золотое правило» приготовления пищи: готовить следует до слабо золотистой корочки, но не до темно-коричневой или черной. Это не позволит полностью избавиться от акриламида и других потенциально влияющих на здоровье веществ, но дает возможность свести их образование к минимуму.
Во время беременности желательно ограничить потребление продуктов, содержащих акриламид.
Вывод: лучше сварить, чем пожарить или запечь
Комментариев нет:
Отправить комментарий