Phản ứng Maillard, cũng được biết đến với tên gọi sự nâu hóa không enzyme, là một phần không thể tránh khỏi trong sản xuất thức ăn chăn nuôi và sản xuất thức ăn.

Đây là hiện tượng tự nhiên kết nối các nhóm amino, chẳng hạn như được tìm thấy trong amino acid và nhiều vitamin, nhóm carbonyl giảm đường ví dụ như glucose và lactose (Maillard, 1912, 1916).

Mặc dù đường mất đi nhiều hơn và dữ dội hơn amino acid và vitamin (Adrian và cộng sự, 1962), đây là sự suy thoái chất lượng protein phổ biến nhất (Adrian, 1974). Dưới điều kiện có kiểm soát, phản ứng Maillard cải thiện hương vị và sự ngon miệng của những thực phẩm nhất định (ví dụ: bánh mì giòn, thịt nướng, ngũ cốc chế biến). Mặc dù vậy khi không có những kiểm soát thích hợp, phản ứng Maillard phá hủy giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu (chẳng hạn như sản phẩm sữa bị cháy, bột ngũ cốc chế biến quá mức). Nhà sản xuất thức ăn chăn nuôi quan tâm nhiều hơn đến tác dụng tiêu cực của hiệu ứng Maillard hơn là những tác dụng tích cực chưa được khám phá của chúng.

Sự nâu hóa thường bị nhầm lẫn với cường độ phản ứng Maillard (hình 8.1). Tuy nhiên, sự phá hủy màu sắc và chất dinh dưỡng là hai hiện tượng độc lập khác nhau hoàn toàn của phản ứng Maillard (Lea và Hannan, 1950). Trong giai đoạn đầu của phản ứng Maillard, sản phẩm vẫn không có màu, tuy nhiên nhiên, chất dinh dưỡng trở nên không tiêu hóa được mặc dù chúng vẫn được phát hiện bởi phân tích hóa học (Lewis và Lea, 1950). Đây là sự hình thành sản phẩm cuối phản ứng Maillard, chẳng hạn như melanoides, làm giảm đi lượng chất dinh dưỡng (Zhang và Parsons, 1994, 1996) và gây ra thay đổi màu sắc. Do dó, phân tích hóa học và màu sắc không cho thấy dấu hiệu đầy đủ về sự phá hủy chất lượng protein bắt đầu khá sớm trong quá trình này.

Tác dụng ngược của phản ứng Maillard được nghiên cứu thông qua sự giảm tính khả dụng của chất dinh dưỡng do nhiệt được sử dụng quá mức trong chế biến và (hoặc) việc lưu trữ quá lâu nguyên liệu thô và thành phẩm. Phản ứng Maillard diễn ra ở nhiệt độ phòng, nhưng cường độ của nó tăng lên theo thời gian, nhiệt độ, độ ẩm (tối đa ở 40 đến 70%), và độ kiềm (tuyến tính pH trong khoảng từ 3 đến 8) (Lea và Hannan, 1949). Dưới điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tăng lên, bất kì hợp chất nào với nhóm amino tự do nhạy cảm với phản ứng Maillard, bao gồm amino acid tự do (Johnson và cộng sự, 1977; Robbins và Baker, 1980), nhóm e-amino lysine ràng buộc protein, và nhóm amino tự do thiamin, folacin, và gossypol (Baker, 1995). Lysine là amino acid nhạy cảm nhất trong protein nguyên vẹn bởi vì nó có nhóm amino acid tự do ở dạng e-carbon. Lysine tự do thậm chí còn phản ứng nhiều hơn bởi vì nó có 2 nhóm amino tự do. Dẫn xuất của lysine trong phản ứng Maillard sớm bao gồm N-(1-deoxy-D-fructosyl) lysine và N-(1-deoxy-D-lactulosyl) lysine (Finot và Mauron, 1972). Những hợp chất này chỉ được khử amin bởi hệ vi sinh đường ruột và do đó nó không có sẵn đối với thú có vú và gia cầm (Bleyl và cộng sự, 1980). Bởi sự phá hủy lysine thường từ 5 đến 15 lần cao hơn các amino acid khác (chẳng hạn như methionine, cysteine, tryptophan, leucine), thay đổi trong sinh khả dụng của nó thể hiện qua sự xuất hiện và cường độ của phản ứng Maillard (Adrian, 1967).

Tác động bất lợi của phản ứng Maillard lên sinh khả dụng lysine được phát hiện rộng rãi trong nguyên liệu thức ăn chẳng hạn như bột cá (Kim và Easter, 2001), đậu Hà Lan (Van Barneveld và cộng sự, 1994), bột đậu nành (Hancock và cộng sự, 1988), sản phẩm sữa (Mahan và Newton, 1993; Moughan và cộng sự, 1996), sản phẩm trứng (Sgarbieri và cộng sự, 1973), bột canola (Anderson-Hafermann và cộng sự, 1993), bột đậu phộng (Zhang và Parsons, 1996), và bột hoa hướng dương (Zhang và Parsons, 1994). Họ lặp đi lặp lại để chứng minh rằng sự chế biến quá lửa trong thức ăn giàu protein làm giảm lysine khả dụng, tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian gia nhiệt. Trong một vài trường hợp (bảng 8.1), sự thay đổi nguyên liệu có sẵn không được thể hiện một cách chính xác bởi khảo nghiệm tiêu hóa (Batterham và cộng sự, 1990; van Barneveld và cộng sự, 1991). Có một mối quan hệ ngược chiều giữa nhiệt độ và thời gian, khi nhiệt độ giảm, cần nhiều thời gian để làm giảm lượng tương tự của lysine sinh khả dụng, và ngược lại (Adrian, 1974).

Hầu hết khẩu phần dành cho heo con được làm từ sản phẩm sữa chứa lượng lớn lactose và lysine. Hơn nữa, khẩu phần này thường chứa nhiều nguyên liệu nhạy cảm chẳng hạn như sản phẩm máu, sản phẩm trứng, protein thực vật tinh chế, và bột cá, dễ dàng gây ra vấn đề về phản ứng Maillard. Trước khi ép viên, 2 đến 6% độ ẩm được dùng để hồ hóa trong điều kiện nhiệt độ dao động từ 50 đến 90oC từ vài giây đến hơn 20 phút (Fairfield, 1994). Nhiệt độ vô cùng cao cũng xuất hiện khi ép viên do ma sát với vách khuôn ép (Fairfield, 1994). Do đó, ép viên và các phương pháp xử lý thức ăn tích cực khác, chẳng hạn như ép đùn, ép viên, và điều kiện hồ hóa lâu, tất cả làm tăng rủi ro chất dinh dưỡng bị phá hủy thông qua phản ứng Maillard.

Thời gian lưu trữ các nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao có thể tạo ra giai đoạn 2 của phản ứng Maillard, bởi vì sản phẩm Maillard đầu tiên có thuộc tính tự xúc tác làm tăng cường tác dụng của nhiệt và thời gian bảo quản (Henry và cộng sự, 1946; Bensabat và cộng sự, 1958). Ví dụ (Bảng 8.2), sự tiếp xúc giữa thức ăn heo con trong 1 tuần với môi trường nóng làm giảm lysine sinh khả dụng khoảng 9% (Mavromichalis và Baker, 2000). Bên cạnh đó, bảo quản bột sữa với 10% độ ẩm dư thừa trong 30 tuần ở 30oC phá hủy 20% lysine sinh khả dụng (Erbersdobler, 1970). Sự mất mát dinh dưỡng từ sự tiếp xúc của nguyên liệu và thức ăn hoàn chỉnh với điều kiện môi trường bất lợi có thể xảy ra trong lưu trữ ở silo và nhà kho, đặc biệt trong những tháng hè.

Biên dịch: Acare Team

Nguồn: Acare VN