La piel del pan y sus colores (reacción de Maillard)
Actualizado: 19 ago 2021
Así como la piel humana se broncea cuando nos exponemos al sol, la piel del pan también se broncea cuando es sometida al calor, este cambio de debe a una reacción de nombre “Maillard”, la cual toma este nombre del químico francés Louis-Camille Maillard, quien originalmente describió la reacción entre ácidos y azúcares en 1912. Su estudio no allanó mucho el camino del análisis del impacto de la reacción del sabor y el aroma en los alimentos, sin embargo, a partir de la década de 1950 sus estudios comenzaron a ser de una gran utilidad.
En 1973, el químico norteamericano John E. Hodge publicó un mecanismo para las diferentes etapas de la reacción, clasificando sus escalafones e identificando una variedad de tipos de productos como resultado de esta reacción. Identificó la primera etapa como la resultante de la reacción entre el azúcar y los aminoácidos, que produce un compuesto de glucosilamina (Figura 1), el cual en una segunda etapa se reorganiza para producir cetosamina. La etapa final consiste en la reacción de este compuesto en un número variado de compuestos, que a su vez pueden reaccionar para dar más productos.
Figura 1. Reacción inicial de la Reacción de Maillard
Cuando los alimentos se cocinan a temperaturas altas (calor seco), se producen algunas modificaciones organolépticas que los hace especialmente apetecibles y objetos de adicción, en si la reacción empieza a baja temperatura, unos 30-40ºC (aunque no se aprecia visualmente hasta que llega a los 130ºC). Esto es resultado de la reacción de Maillard, o glicación, que se produce por unión no enzimática del grupo carbonilo, de azúcares reductores como glucosa y fructosa (Figura 2), con el grupo amino de proteínas y ácidos nucleicos (Figura 3), ambos reaccionan y se forman unas nuevas estructuras inestables que seguirán reaccionando con las moléculas de su alrededor formando así nuevas moléculas que conferirán al producto el característico color y olor. Además, estas nuevas familias de moléculas serán resultado de la intervención de moléculas de nitrógeno y azufre (de los aminoácidos que forman las cadenas de proteína) que producirán aromas y sabores tales como el de umami, de chocolate, de tierra o patata.
Figura 2. Grupos carbonilos de la glucosa y fructosa
Figura 3. Grupos amino de un aminoácido (A) y de una base nitrogenada (B), enmarcados en rojo.
El resultado de todas estas transformaciones es la producción de melanoidinas coloreadas que van desde amarillo claro hasta café oscuro, o incluso negro, en la figura 4 se muestra la estructura básica.
Figura 4. Estructura básica de una molécula de melanoidina.
La melanoidina es uno de los principales productos finales. Son compuestos poliméricos largos, que actúan como pigmentos marrones, dando a los alimentos cocinados ese color característico. La reacción de Maillard hace referencia a una reacción de pardeamiento no enzimático, ya que estas melanoidinas son producidas sin la ayuda de enzimas, a diferencia del pardeamiento enzimático, que es el causante del rápido oscurecimiento de muchas frutas y verduras como las manzanas o los plátanos.
Al principio se forman aldosaminas (compuestos de Heyns) y cetosaminas (compuestos de Amadori), estos productos apenas tienen color. Las aldosaminas y cetosaminas se transforman en premelanoidinas, cuyos colores y aromas son variados y apreciados por los consumidores. Están en el origen de olor a “tostado” de los alimentos.
Después se forman cientos de otros compuestos orgánicos. Un conjunto de estos puede contribuir al sabor y al aroma del alimento. Como consecuencia de la complejidad de la reacción de Maillard, diferentes cantidades de compuestos pueden formarse en los productos alimenticios, dando la gran variedad de sabores posibles en la cocina. Los modos de cocción también pueden influir en el sabor generado, así como también la temperatura y el pH, entre otros factores.
Factores que influyen en la reacción de Maillard
Entre los factores que influyen para que la reacción tome lugar se encuentra el pH, la temperatura y la condición de hidratación.
1) El pH alcalino incrementa la velocidad de la reacción, alcanzando un máximo a valor 10 y se inhibe en condiciones ácidas. Recordemos que existen muy pocos alimentos en forma natural con pH ˃ 7 (como el huevo).
2) Las temperaturas elevadas aceleran la reacción, ya que la Energía de Activación (Ea) es baja, también toma lugar en condiciones de refrigeración. Por cada 10°C de aumento, la velocidad se incrementa de 2 a 3 veces.
3) En cuanto a la hidratación o actividad acuosa, en alimentos de humedad intermedia se presenta mayor oscurecimiento. Cuando la actividad acuosa es menor, la movilidad de los reactantes se ve limitada y se inhibe el mecanismo. Y una actividad acuosa mayor produce el mismo efecto ya que el agua por ser el producto de la propia reacción ejerce una acción inhibidora, de acuerdo con la Ley de acción de masas, ya que diluye los reactantes.
4) El tipo de aminoácido es decisivo puesto que éstos serán más reactivos en la medida en que se incremente el tamaño de la cadena y tengan más de un grupo amino. Por esta razón, la lisina, con su grupo amino en posición épsilon es el más activo; también pueden intervenir otros, como la arginina, la histidina y el triptófano. Se sabe que los sistemas modelo de glucosa-aminoácido, la velocidad se incrementa con los aminoácidos cuyo grupo amino está más alejado del carboxilo, el aspartamo es un dipéptido y también está sujeto a estos cambios.
En la tabla se detalla los olores producidos por el calentamiento de un aminoácido con la glucosa.
Tabla 1. Olores producidos por el calentamiento de un aminoácido con glucosa
5) Los azúcares reductores que más favorecen la reacción de Maillard son en primer lugar las pentosas y en segundo lugar las hexosas; las aldosas actúan más fácilmente que las cetosas y los monosacáridos son más efectivos que los disacáridos. En base a esto, la xilosa es el azúcar más activo, seguido de la galactosa, la glucosa, la fructosa, la lactosa y la maltosa. La sacarosa no interviene por ser un disacárido que no posee poder reductor, a menos que se hidrolice previamente. Los ácidos nucleicos también intervienen ya que poseen en su estructura una molécula de ribosa que es altamente reactiva.
6) Los metales como el cobre y el hierro tienen un efecto catalizador sobre la formación de las melanoidinas, lo que indica el carácter de oxidación-reducción de la última etapa de este mecanismo. El oxígeno y las reacciones electromagnéticas actúan de manera semejante. La ausencia de estos agentes (metales, luz y oxigeno) no previene el inicio de la reacción ya que solamente favorecen la polimerización final.
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Referencias consultadas
http://ciencianelacocina.blogspot.com/2015/05/reaccion-de-maillard.html
https://www.etilmercurio.com/em/reaccion-de-maillard-la-quimica-detras-de-una-deliciosa-comida/
Fennema Owen R. Química de los alimentos, segunda edición
Wade L G. Química orgánica, segunda edición