تفاعل ميلارد

تفاعل ميلارد ( يُلفظ / maɪˈjɑːr / ، بالفرنسية : [ majaʁ ] ) هو تفاعل كيميائي بين الأحماض الأمينية والسكريات المختزلة لتكوين الميلانويدينات ، وهي المركبات التي تُكسب الطعام المحمر نكهته المميزة. تخضع شرائح اللحم المشوية ، والزلابية المقلية، والكعك، وأنواع أخرى من البسكويت، والخبز، والمارشميلو المحمص، والفلافل، والعديد من الأطعمة الأخرى لهذا التفاعل. سُمي التفاعل نسبةً إلى الكيميائي الفرنسي لويس كاميل ميلارد ، الذي وصفه لأول مرة عام 1912 أثناء محاولته محاكاة عملية تخليق البروتين البيولوجي . ^{[ 1 ] [ 2 ]} يُعد هذا التفاعل شكلاً من أشكال التحمير غير الإنزيمي، والذي يحدث عادةً بسرعة عند درجة حرارة تتراوح بين 140 و165 درجة مئوية (280 إلى 330 درجة فهرنهايت) . تتطلب العديد من الوصفات درجة حرارة فرن عالية بما يكفي لضمان حدوث تفاعل ميلارد. ^{[ 3 ]} عند درجات حرارة أعلى، يصبح التكرمل (تحول السكريات إلى اللون البني، وهي عملية مميزة) والتحلل الحراري اللاحق (التحلل النهائي الذي يؤدي إلى الاحتراق وظهور نكهات لاذعة) أكثر وضوحًا. ^{[ 4 ]}  

تتفاعل مجموعة الكربونيل النشطة في السكر مع مجموعة الأمين المحبة للنواة في الحمض الأميني، مُكَوِّنةً مزيجًا معقدًا من جزيئات غير مُحددة الخصائص، مسؤولة عن مجموعة واسعة من الروائح والنكهات. تتسارع هذه العملية في بيئة قلوية (مثل استخدام الصودا الكاوية لتغميق لون المعجنات؛ انظر لفائف الصودا الكاوية )، حيث تُنزع بروتونات مجموعات الأمين ( RNH + 3 → RNH ₂ ) ، وبالتالي تزداد قدرتها على التفاعل مع النواة . يُعد هذا التفاعل أساسًا للعديد من وصفات صناعة النكهات . عند درجات حرارة عالية، قد يتكون مُسرطن مُحتمل يُسمى الأكريلاميد . ^{[ 5 ]} يُمكن الحد من ذلك عن طريق التسخين عند درجة حرارة منخفضة، أو إضافة ^{إنزيم الأسباراجيناز} ، ^أو حقن ثاني أكسيد الكربون. ^{[ 5 ]}

أثناء عملية الطهي، يمكن لتفاعلات ميلارد أن تُنتج مئات المركبات النكهية المختلفة، وذلك تبعًا للمكونات الكيميائية في الطعام، ودرجة الحرارة، ومدة الطهي، ووجود الهواء. غالبًا ما تتحلل هذه المركبات بدورها لتكوين المزيد من المركبات النكهية. وقد استخدم خبراء النكهات تفاعل ميلارد على مر السنين لصنع نكهات اصطناعية، حيث ترتبط غالبية براءات الاختراع بإنتاج نكهات شبيهة بنكهات اللحوم. ^{[ 7 ]} ووفقًا لعالم الكيمياء الحائز على جائزة نوبل، جان ماري لين، فإن "تفاعل ميلارد هو، بلا منازع، التفاعل الكيميائي الأكثر استخدامًا في العالم". ^{[ 8 ]}

في عام 1912، نشر لويس كاميل مايلارد بحثًا يصف التفاعل بين الأحماض الأمينية والسكريات عند درجات حرارة مرتفعة. ^{[ 1 ]} وفي عام 1953، وضع الكيميائي جون إي. هودج، من وزارة الزراعة الأمريكية، آلية لتفاعل مايلارد. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يُعد تفاعل ميلارد مسؤولاً عن العديد من الألوان والنكهات في الأطعمة، مثل تحمير أنواع مختلفة من اللحوم عند شويها أو تحميرها، وتحميص البصل والقهوة، وإضفاء نكهة أومامي عليها . كما يُساهم في إضفاء اللون الداكن على قشرة المخبوزات ، واللون الذهبي البني للبطاطس المقلية وأنواع الرقائق الأخرى ، وتحمير الشعير المُخمّر كما هو الحال في الويسكي والبيرة ، ولون ونكهة الحليب المجفف والمكثف ، ودولسي دي ليتشي ، والثوم الأسود ، والشوكولاتة ، والمارشميلو المحمص ، والفول السوداني المحمص .

يُعدّ مركب 6-أسيتيل-2،3،4،5-رباعي هيدروبيريدين مسؤولاً عن النكهة الشبيهة بالبسكويت أو المقرمشات الموجودة في المخبوزات مثل الخبز والفشار ومنتجات التورتيلا. أما مركب 2-أسيتيل-1-بيرولين، ذو البنية المشابهة ، فيمتلك رائحة مماثلة، ويتواجد أيضاً بشكل طبيعي دون تسخين. يُضفي هذا المركب على أنواع مختلفة من الأرز المطبوخ ونبات الباندان ( Pandanus amaryllifolius ) رائحتهما المميزة. يبلغ عتبة إدراك رائحة كلا المركبين أقل من 0.06 نانوجرام لكل لتر. ^{[ 11 ]}

تُعدّ تفاعلات التحمير التي تحدث عند تحميص اللحوم أو قليها معقدة، وتحدث في الغالب عن طريق تفاعل ميلارد ^{[ 12 ]} ، مع مساهمات من تفاعلات كيميائية أخرى، بما في ذلك تحلل حلقات التترا بيرول لبروتين الميوغلوبين العضلي . كما تحدث تفاعلات ميلارد في الفواكه المجففة ^{[ 13 ]} وعند تخمير الشمبانيا في الزجاجة. ^{[ 14 ]}

الكرملة عملية مختلفة تمامًا عن تفاعل ميلارد، مع أن نتائج العمليتين قد تبدو متشابهة أحيانًا للعين المجردة (ولحاسة التذوق). قد تُسبب الكرملة أحيانًا اسمرارًا في نفس الأطعمة التي يحدث فيها تفاعل ميلارد، لكن العمليتين متميزتان. يتم تحفيز كلتيهما بالتسخين، إلا أن تفاعل ميلارد يتضمن أحماضًا أمينية، بينما الكرملة هي تحلل حراري لسكريات معينة. ^{[ 15 ]}

في عملية صنع السيلاج ، تتسبب الحرارة الزائدة في حدوث تفاعل ميلارد، مما يقلل من كمية الطاقة والبروتين المتاحة للحيوانات التي تتغذى عليه. ^{[ 16 ]}

في إنتاج علف الحيوانات، يمكن أن يؤدي تفاعل ميلارد إلى تقليل جودة العلف عن طريق تقليل قابلية هضم الأحماض الأمينية. ^{[ 17 ]}

في علم الآثار، تحدث عملية ميلارد عندما تُحفظ الجثث في مستنقعات الخث . تتسبب بيئة الخث الحمضية في اسمرار لون الجلد، وقد يتحول لون الشعر إلى الأحمر أو الزنجبيلي. الآلية الكيميائية مشابهة لتلك التي تحدث في اسمرار الطعام، لكنها تتطور ببطء مع مرور الوقت نتيجة لتأثير الحموضة على جثة المستنقع . تُلاحظ هذه العملية عادةً على جثث العصر الحديدي ، وهي ناتجة عن تفاعل حمض السفاجنوم اللاهوائي والحمضي والبارد (عادةً 4 درجات مئوية ) مع السكريات المتعددة .  

يساهم تفاعل ميلارد أيضًا في الحفاظ على البراز القديم . ^{[ 18 ]}

1. تتفاعل مجموعة الكربونيل في السكر مع مجموعة الأمين في الحمض الأميني، مما ينتج عنه جليكوزيل أمين مستبدل بـ N وماء
2. يخضع الجليكوزيلامين غير المستقر لإعادة ترتيب أمادوري ، مكوناً الكيتوزامينات.
3. هناك عدة طرق معروفة لتفاعل الكيتوزامينات بشكل أكبر:
   • إنتاج جزيئين من الماء ومختزلات
   • يمكن تكوين ثنائي الأسيتيل ، والبيروفالديهايد ، وغيرها من منتجات الانشطار المائي قصيرة السلسلة.
   • إنتاج بوليمرات نيتروجينية بنية اللون وميلانويدينات

تخضع منتجات أمادوري ذات السلسلة المفتوحة لمزيد من التجفيف وإزالة الأمين لإنتاج ثنائي الكربونيل. ^{[ 19 ]} وهذا وسيط حاسم.

تتفاعل ثنائيات الكربونيل مع الأمينات لإنتاج ألدهيدات ستريكر من خلال تحلل ستريكر . ^{[ 20 ]}

يمكن أن يتولد الأكريلاميد ، وهو مادة مسرطنة محتملة للإنسان ، ^{[ 21 ]} كمنتج ثانوي لتفاعل ميلارد بين السكريات المختزلة والأحماض الأمينية، وخاصة الأسباراجين ، وكلاهما موجود في معظم المنتجات الغذائية. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

• فان سوست، بيتر جيه. (1982). علم البيئة الغذائية للمجترات (الطبعة الثانية). إيثاكا، نيويورك: مطبعة جامعة كورنيل. ISBN 9780801427725. OCLC 29909839 . 

• الوسائط المتعلقة بتفاعل ميلارد على ويكيميديا ​​كومنز