Die Milliarden Aromen Reaktion

Maillard-Reaktion

Die Maillard Reaktion ist der Traum für alle Aromenbegeisterte von Küche und Grill.
Sie bräunt Lebensmittel und sorgt für Röstaromen

1912 beobachtete der Chemiker L.C. Maillard eine Reaktion von D-Glucose und Glycin unter der Einwirkung von Hitze. Dabei entstand ein brauner Niederschlag. Damit war er derjenige, der dem Entstehen von Röstaromen beim Kochen einen (seinen) Namen gab.

Der Begriff „Maillard-Reaktion“ bezeichnet zahlreiche komplexe chemische Vorgänge ohne Enzymeinwirkung. Lebensmittel wie Fleisch und Backwaren werden beim Braten, Grillen und Backen gebräunt und aromatisiert. Es bilden sich Röstaromen und die sorgen für den typischen Geruch und Geschmack. Zu starkes Erhitzen von Speisen hat aber auch negative Auswirkungen.

Louis Camille Maillard                                                        Durch die Maillard-Reaktion gebräuntes
    Schweinefleisch

Spiegelei                                                                          Bei der Herstellung von Pommes  frites kann
durch die Maillard-Reaktion Acrylamid
gebildet werden.

Die Maillard-Reaktion (benannt nach dem französischen Naturwissenschaftler Louis Camille Maillard [maˈjaʁ]) ist eine nicht-enzymatische Bräunungsreaktion, die beispielsweise beim Frittieren und Braten von Lebensmitteln zu beobachten ist. Hierbei werden Aminoverbindungen (wie Aminosäuren, Peptide und Proteine) mit reduzierenden Verbindungen unter Hitzeeinwirkung zu neuen Verbindungen umgewandelt. Sie ist nicht zu verwechseln mit dem Karamellisieren, jedoch können beide Reaktionen gemeinsam auftreten.

Anders als typischerweise von Namensreaktionen suggeriert, handelt es sich hier nicht um eine einzelne bestimmte chemische Reaktion, sondern um eine komplexe Gesamtheit vieler sowohl nebeneinander wie auch nacheinander ablaufender Reaktionen, die zu einer Vielzahl von Reaktionsprodukten führt, von denen viele bis heute noch nicht exakt identifiziert wurden.

Inhaltsverzeichnis

  1. Geschichte
  2. Chemische Grundlagen
  3. Entstehung von Acrylamid
  4. In der Lebensmittelherstellung
  5. Beeinflussung der Maillard-Reaktion
  6. Medizinische Aspekte
  7. Praktische Anwendung und Infos
  8. Verkohlungseffekt
  9. Beispiele des Maillard-Effektes
  10. Literatur

Geschichte

1913 veröffentlichte Louis Camille Maillard ein Dokument, das die Reaktion von Aminosäuren mit Glykosiden bei erhöhten Temperaturen beschrieb. Es war jedoch der amerikanische Chemiker John E. Hodge, der am U.S. Department of Agriculture in Peoria, Illinois arbeitete und 1953 ein Dokument veröffentlichte, das den Reaktionsmechanismus der Maillard-Reaktion beschreibt.

Chemische Grundlagen

Die Maillard-Reaktion ist von Bedeutung für das Kochen und die Lebensmittelindustrie, denn die braunen, Melanoidine genannten Endprodukte sind geschmacksintensiv und für das typische Aroma und die Färbung von Geröstetem, Gebackenem und Gebratenem mit hohem Eiweißanteil verantwortlich. Die Reaktion verzögert auch den Verderb, da die Melanoide/Melanoidine wie das Pronyl-Lysin Luftsauerstoff binden. Wissenschaftler ermittelten außerdem eine schwach antibakterielle (keimhemmende) Wirkung. Die Maillard-Reaktion kann aber auch unerwünschte Geschmacksveränderungen beim Sterilisieren von beispielsweise Fleisch oder Milchprodukten hervorrufen und selbst ohne Hitzeeinwirkung bei langer Lagerung proteinhaltiger Lebensmittel auftreten. Durch die Maillard-Reaktion kann sich der Aminosäuregehalt von Lebensmitteln bis zu 20 % verringern, was man als eine Wertminderung ansehen kann.

In der mehrstufigen Reaktion wird ab etwa 140 °C zuerst unter Abspaltung von Wasser eine Aminosäure mit reduzierenden Zuckern wie Aldosen (z. B. Glucose) oder Acyloinen (z. B. Fructose) verbunden. Es entsteht eine Schiffsche Base, die sich in mehreren Schritten umlagert. Bei einer Reaktion mit Aldosen erfolgt eine Amadori-Umlagerung, bei Acyloinen eine Heyns-Umlagerung. Es entstehen aus den Amadori- und Heyns-Produkten hochreaktive Alpha-Dicarbonylverbindungen wie die als Deoxyosone bezeichneten 1-, 3-, und 4-Deoxydicarbonyle und daraus viele weitere. Teilweise entstehen cyclische Verbindungen und heterocyclische Verbindungen. Die 1-Deoxyosone können z. B. zu Norfuraneol (Karamellgeruch) oder Maltol (Röstgeruch) reagieren, während aus den 3-Deoxyosonen z. B. Furfural (aus Pentosen) oder 5-Hydroxymethylfurfural (aus Hexosen) und aus 4-Deoxyosonen z. B. Maltol oder Acetylformoin gebildet werden. Durch weitere Reaktionen mit Aminverbindungen entstehen z. B. Pyrrole und Pyridine. Auch entstehen durch einen Strecker-Abbau geruchsintensive Aldehyde wie Methional, Phenylacetaldehyd, 3- und 2-Methylbutanal und 3- und 2-Methylpropanal sowie farbige Verbindungen, die als Melanoidine bezeichnet werden. Weiterhin entstehen mit der Aminosäure Cystein schwefelhaltige cyclische Reaktionsprodukte charakteristischen Geruchs, z. B. Bis-2-methyl-3-furyldisulfid Unter den für eine Maillard-Reaktion förderlichen Bedingungen einer wasserfreien Hitze läuft parallel zur Maillard-Reaktion auch die Karamellisierung der im Gargut enthaltenen Kohlenhydrate ab. Ab 180 °C beginnen auch Verkohlungsprozesse.

Entstehung von Acrylamid

Maillard-Reaktion von Glucose und Asparagin zu Acrylamid

Beispiel einer unerwünschten Maillard-Reaktion ist die bei Temperaturen ab 170–190 °C verstärkt stattfindende Bildung von Acrylamid aus den Aminosäuren Asparagin und Glutamin (etwa in Kartoffel- und Getreideprodukten). Durch geregelte Temperaturführung unter der kritischen Temperatur kann diese Reaktion vermindert werden. Eine Reduktion der Acrylamid-Entstehung aus Kartoffeln ist auch durch die Verwendung gekochter Kartoffeln sowie dunkler und kühler (6–10 °C) Lagerung möglich.

Unerwünschte Maillard-Reaktionen führen zu zahlreichen weiteren, potentiell mutagen oder/und karzinogen wirkenden Verbindungen. Die Zusammenhänge sind teilweise noch ungeklärt.

In der Lebensmittelherstellung

Die Maillard-Reaktion beeinflusst Geschmack, Textur und Geruch vieler Lebensmittel, dazu gehören zum Beispiel:

  1. Röstprodukte wie Kaffeebohnen, Kakaobohnen, Malz oder Zwiebeln
  2. Frittierte Lebensmittel wie Pommes frites
  3. Backwaren wie Brot, Toast oder Kekse
  4. gebratene Speisen wie Steak, Spare Ribs, Goulasch

Viele Aromen werden mit Hilfe der Maillard-Reaktion industriell hergestellt (Reaktionsaromen). Aus unterschiedlichen Aminosäuren und Zuckerarten werden in Kombination von Wärmedauer sowie Erwärmungsart die verschiedensten Aromen hergestellt. So bildet die Kombination der Aminosäure Cystein mit dem Zucker Glukose bei langer Erwärmung das Aroma von Bratzwiebeln, bei kurzer Erwärmungsdauer das Aroma von Braten

Beeinflussung der Maillard-Reaktion

Einfluss auf die Maillard-Reaktion (Bildungsgeschwindigkeit, Anteil Maillard-Verbindungen im Endprodukt) haben bei der Lebensmittelherstellung eine Reihe von Faktoren. Eine Verringerung des Wasseranteils, sowie eine Erhöhung des Proteinanteils, der reduzierenden Zucker, der thermischen Energie, des pH-Wert und/oder der Zeit der Reaktion wirken dabei förderlich für die Maillard-Reaktion.

Medizinische Aspekte

Die Maillard-Reaktion spielt eine Rolle in gewissen Alterungsprozessen im menschlichen Körper und beim Diabetes mellitus.Hierbei führen oxidative Reaktionen zu Schädigungen am Körpergewebe. Im Sommer 2004 wurden auf einer Hamburger Konferenz jedoch überraschende Zwischenergebnisse einer EU-Studie (seit 1998) vorgestellt, welche auch antioxidative Wirkungen der Maillard-Produkte belegen. Eine Gruppe italienischer Wissenschaftler um Vincenzo Fogliano von der Universität Neapel entdeckte darüber hinaus, dass Melanoidine einer Entstehung von Metastasen entgegenwirken können.

Die im Labor erzeugten Maillard-Produkte blockieren bestimmte Proteine, die Lektine, die den Zusammenhalt von Krebszellen bewirken und damit die Metastasenbildung beschleunigen. Andererseits weisen Patienten mit Diabetes bzw. Nierenfunktionsstörungen einen erhöhten Melanoidinspiegel auf. Hier sind die genauen Zusammenhänge noch ungeklärt.

Praktische Anwendung und Infos

Und nochmal im Klartext.
Zuckermoleküle in Lebensmitteln reagieren bei starker Erhitzung mit Aminosäuren (Bausteine der Proteine). Es entstehen neue Molekülverbindungen und aromatische Röststoffe.

Mit der Temperatur steigt die Reaktionsgeschwindigkeit. Bei Temperaturen unter 140 Grad ist noch soviel Feuchtigkeit in den Lebensmitteln, dass die Maillard-Reaktion abgeschwächt wird. Das ist wichtig für Fleisch, das Du schmoten willst. Du solltest Fleisch also anbraten, bevor du es schmorst, um diese leckeren Aromen hervorbringen. Z.B. Goulasch. Für das Nachgaren eines Steaks oder die langsame Zubereitung großer Braten sind im Prinzip nur Temperaturen um die 70 Grad erforderlich. Nicht eine extrem hohe Grill-Temperatur führt zum perfekten Genuss, sondern die richtige. Die richtige Garmethode ist also erst anbraten, dann garen.

ABER AUFGEPASST: Dein Essen verbrennt ab 160 Grad und es wird bitter. Der sogenannte Verkohlungseffekt tritt ein und Dein Steak wird schnell schwarz. Dann entstehen sogenannte Acrylamide. Die stehen im Verdacht, krebserregend zu sein.

Das Ergebnis der Maillard-Reaktion bei Fleisch ist also abhängig von Temperatur, Garzeit, Wassergehalt, pH-Wert sowie Art und Menge der Aminosäuren und Zuckermoleküle, die in dem Lebensmittel vorhanden sind. Für die bräunliche Färbung sind geschmacksintensive Melanoidine verantwortlich. Diese organischen Verbindungen verleihen Grillgut seine charakteristische braune Farbe.

Wie setzt Du die Maillard Methode nun für Dich am Besten ein?

Wie schmeckt ein gutes Stück Rindfleisch vom Grill am besten? Ganz klar: Mit einer krossen Kruste und einem saftigen Inneren. Aber – ohne Maillard-Reaktion kein perfektes Steak.

Der Richtwert für die optimale Temperatur im Innenraum eines Grills beträgt für das Anbraten von Steaks 260 bis 290 Grad. Heize deinen Holzkohle- oder Gasgrill also ordentlich ein. Brate das Stück Fleisch zunächst scharf an und gare es dann mit indirekter Hitze bei Temperaturen von 130 bis 150 Grad fertig.

Um die Maillard-Reaktion zu fördern gibt es verschiedene Möglichkeiten. Fördern in diesem Kontext bedeutet schneller eine braune Kruste zu erzeugen und einen intensiveren Röstgeschmack zu erreichen.

Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, die wir hier für Sie zusammengefasst haben:

Beispiele zur Anwendung:

Methode                         Wie?
Zucker hinzufügen           (Trauben)Zuckerlösung auf Bratgut streichen
Eiklar hinzufügen Kekse und Brötchen vor dem Backen mit Eiklar bestreichen
Wasser entziehen            Salz einige Zeit vor dem Braten auf das Bratgut geben
Proteine hinzufügen       Fleisch in Ei oder Milch einlegen
Hitze erhöhen                  Pfanne heißer werden lassen, Kohlen heißer machen
Trockene Hitze Senkung des Wasseranteils in der Brotkruste
pH-Wert erhöhen Laugengebäck durch Lauge bei der Herstellung

Verkohlungeffekt
Lass dich nicht verkohlen.
Bei der Maillard-Reaktion entstehen Acrylamide bereits ab 120 Grad. Je höher die Temperatur, desto höher die Bildung dieser chemischen Verbindungen. Sie gelten als gesundheitsschädlich, aber lt. Dem Deutschen Krebsforschungszentrum: „Die Beobachtung großer Bevölkerungsgruppen konnte bislang nicht sicher belegen, dass zwischen der Aufnahme von Acrylamid über Lebensmittel und der Krebsentstehung beim Menschen ein Zusammenhang besteht“. Die Europäische Behörde für Lebensmittel stuft Acrylamid als „wahrscheinlich krebserzeugend für den Menschen“ ein.

Du musst Fleisch also nicht stark erhitzen. Gar wird es auch bei niedrigen Temperaturen, es dauert nur etwas länger. Je schonender der Garvorgang, desto geringer das Risiko, dass gefährliche Stoffe entstehen. Die Kerntemperatur kannst du mit einem Grillthermometer checken.

Temperaturen über 300 Grad empfehle ich nur zum Ausbrennen deines Grills. Entscheide selbst, ob du scharf angrillen willst oder lieber schonend garst.
TIPP: Verkohlte Stellen solltest du besser abschneiden!

Beispiele der Maillard Reaktion
Die Maillard-Reaktion ist eine der wichtigsten Reaktionen beim Kochen. Wir listen hier beispielhaft einige Lebensmittel und Speisen auf, die ohne die Maillard-Reaktion wesentlich weniger gut schmecken würden.

Typische Aromenkombi mit Maillard Effekt – Burgerbuns – Steak – Fritten

Steak

Ein gutes Steak hat zwei Komponenten: eine schöne, krosse, dunkle Kruste und ein weiches, saftiges Inneres. Für die Kruste ist die Maillard-Reaktion verantwortlich. Ohne diese würde das Steak wesentlich langweiliger schmecken. Selbstverständlich gilt das für alle anderen angebratenen oder hocherhitzten Fleischteile auch.

Kaffee

Rohe Kaffeebohnen                                               Geröstete Kaffeebohnen

Die Maillard-Reaktion ist für die süßlichen und malzigen Aromen verantwortlich, die im Kaffee stecken. Sie entstehen, wenn die Bohne geröstet wird.

Bier und Spirituosen

Getreide nach dem Rösten (z.B. Gerste)

Vor allem beim Abdarren des Malzes spielt die Maillard-Reaktion eine Rolle: Sie ist beispielsweise bei dunklen Bieren und dunklen Spirituosen dafür verantwortlich, dass diese karamellartig schmecken.

Brotkruste

Brötchen                                                              Brot

Die Kruste eines Brotes entsteht ebenfalls durch die Maillard-Reaktion. Eine wichtige Rolle spielt auch der Glutengehalt des Mehls: je höher, desto dunkler wird die Brotkruste in der Regel. Auch wenn Toast geröstet wird, findet die Maillard-Reaktion statt.

Schokolade

Rohe Kakaobohnen (Kakaofrucht)                             Getrocknete und geröstete Kakaobohnen

Genau wie bei Kaffeebohnen müssen auch Kakaobohnen vor der Weiterverarbeitung geröstet werden. Hier sorgt die Maillard-Reaktion für den typischen Schokoladengeschmack.

Literatur

  1. M. Angrick, D. Rewicki: Die Maillard-Reaktion. In: Chemie in unserer Zeit, 14. Jahrg. 1980, Nr. 5, S. 149–157, doi:10.1002/ciuz.19800140503.
  2. Franz Ledl, Erwin Schleicher: Die Maillard-Reaktion in Lebensmitteln und im menschlichen Körper – neue Ergebnisse zu Chemie, Biochemie und Medizin. In: Angewandte Chemie. Band 102, Nr. 6, 1990, S. 597–626, doi:10.1002/ange.19901020604.
  3. Monika Pischetsrieder: Die Maillard-Reaktion von Disacchariden und Polysacchariden und Reaktionen von Glucose in konzentrierten Lösungen. München 1994.
  4. Bernd Schäfer: Naturstoffe in der chemischen Industrie, Spektrum Akademischer

Gertrud Olbrich: Über die Verwendung von bitterstoffhaltigen Heilpflanzen als Fiebermittel in der Medizin der Kräuterbücher des 15.-17. Jahrhunderts und in der Volksmedizin, Leipzig 1948, DNB 481736859 (Dissertation Universität Leipzig, Medizinische Fakultät, 8. Juli 1948, 66 Seiten).


Quellennachweise

Mit freundlicher Unterstützung bei der Recherche unter anderen:

© Wikipedia / wikipedia.de – https://de.wikipedia.org/
© Tobias Rautenberg / dasgewürzlexikon.de  –  https://www.dasgewuerzlexikon.de/
© Frank Massholder / foodlexicon.org – https://www.lebensmittellexikon.de/
© Gernot Katzer – http://gernot-katzers-spice-pages.com/
© Wiberg.eu – https://www.wiberg.eu/gewuerzlexikon/
© Lebensmittellexikon – https://www.lebensmittellexikon.de/
© Fuchs GmbH & Co KG / fuchs.de – https://www.fuchs.de/anis
© Essenundtrinken.de –https://www.essenundtrinken.de
© Chefkoch.de – www.chefkoch.de
© Cookidoo – www.cookidoo.de
© Thermomix – www.thermomix.de

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