De Maillardreactie speelt een onmisbare rol bij voedselbereiding. In een notendop is de Maillardreactie de reactie die zorgt dat voedsel door verhitting bruin wordt en smaak ontwikkelt. Deze in de keuken zeer belangrijke reactie verdient echter meer woorden. Daarom behandelen we ‘m in dit artikel in zeven punten:
- Wat is de Maillardreactie?
- De chemie van de Maillardreactie
- Wanneer en bij welke soorten voedsel speelt de Maillardreactie een rol?
- Wat voor stoffen ontstaan er zoal bij de reactie, en wat zijn in de keuken de voor- en nadelen van de Maillardreactie?
- Hoe kun je de Maillardreactie beïnvloeden?
- Andere reacties: de Maillardreactie versus karamelliseren
- Extra: de Maillardreactie in het menselijk lichaam
1. Inleiding: wat is de Maillardreactie?
Wat we “de” Maillardreactie noemen is in feite een verzamelnaam voor de soort chemische reacties die optreedt wanneer bepaalde soorten voedsel worden verhit. De reactie zorgt daarbij voor bruinverkleuring en, eigenlijk belangrijker, smaakontwikkeling. Het is namelijk niet de enige reactie in de keuken die voedsel bruin laat worden, zoals we hieronder zullen bespreken, maar wel de enige die ervoor zorgt dat de specifieke Maillardsmaken worden ontwikkeld.
De ontdekking van de Maillardreactie
De Maillardreactie krijgt z’n naam van de Franse arts en scheikundige Louis Camille Maillard (1878-1936). Zijn onderzoek naar nieraandoeningen leidde hem tot het onderzoeken van peptidesynthese in het laboratorium. Dat bracht hem ertoe te onderzoeken wat er gebeurt als aminozuren met suikers reageren, met name bij hoge temperaturen. Er ontstonden helaas geen peptiden, maar wel kleur. Met zijn publicatie uit 1912, die hierover handelde, was hij de eerste die dit beschreef. Hierom vinden velen hem tegenwoordig de grondlegger van de moderne voedselwetenschap.
Dat is echter niet het gehele verhaal. Hoewel hij degene was die de reactie ontdekte, duurde het ruim 40 jaar voordat iemand ‘m ook begreep. In de jaren na de ontdekking was er weinig aandacht voor, hetgeen waarschijnlijk te wijten was aan de taaiheid van het onderwerp; zoals we in punt 2 nader zullen beschrijven is Maillardchemie buitengewoon complex.
Pas tijdens de Tweede Wereldoorlog kwam zijn ontdekking weer serieus in de belangstelling, toen het Amerikaanse leger wilde weten waarom sommige soorten houdbaar gemaakt voedsel – bijvoorbeeld gedehydrateerde eieren en melk – toch bruin werden en bedierven. Dat werd toen geweten aan de Maillardreactie.
Uiteindelijk beschreef de Amerikaanse scheikundige John E. Hodge, werkzaam voor het ministerie van Landbouw, in 1953 in een wetenschappelijk artikel een model voor de Maillardreactie. Dit driestappige mechanisme wordt heden ten dage nog altijd gebruikt.
2. De chemie van de Maillardreactie
De Maillardreactie is een zeer complexe set van chemische reacties, die ruim 100 jaar na de ontdekking nog altijd slechts gedeeltelijk zijn beschreven. De basis is echter nog redelijk eenvoudig. Tegenwoordig wordt de reactie beschreven in drie stappen (zie ook punt 1 hierboven over de ontdekking):
- Het begint met de reactie tussen een aminogroep of een aminozuur (los aanwezig of een onderdeel van een eiwitketen) en de carbonylgroep van een suiker (los of onderdeel van bijvoorbeeld zetmeel). Deze reactie vormt een glycosylamine (en water, als bijproduct).
- Het glysosylamine is een instabiele stof, die verder reageert tot diverse aminoketoses.
- Ten slotte reageren ook die stoffen weer verder door, waarbij ook de stoffen ontstaan die voor de karakteristieke smaken en kleuren zorgen.
Al met al ontstaan hierbij honderden, zo niet duizenden verschillende stoffen, waarbij het aardig is om op te merken dat er bij stap 1 al vele verschillende mogelijke stoffen kunnen combineren – de meeste voedingsmiddelen bevatten een heel aantal verschillende suikers en aminogroepen.
Het is dan ook niet verwonderlijk dat er nog altijd veel onduidelijkheid over de Maillardreactie bestaat, hoewel het wellicht de belangrijkste reactie in de keuken kan worden genoemd. Wel is het inmiddels duidelijk dat er, zogezegd, vele wegen naar Rome leiden. Er is een aantal zeer belangrijke smaakstoffen dat telkens weer blijkt te worden gevormd, ongeacht de uitgangsstoffen bij stap 1 in de reactie. Uit duizenden reactieproducten is vermoedelijk slechts een fractie significant voor de smaakontwikkeling. Zie ook punt 4 hieronder.
Verder zijn er meerdere factoren in kaart gebracht die de reactie beïnvloeden, zoals de pH (zuurgraad) en de temperatuur. Het is op dit punt nuttig te vermelden dat het niet geheel zo is dat de reactie enkel optreed onder invloed van hoge temperaturen, zoals we in de inleiding suggereerden. Echter, zoals dat wel vaker gebeurt met chemische reacties, is de reactiesnelheid bij kamertemperatuur voor veruit de meeste voedingsmiddelen verwaarloosbaar laag, en gaat de reactie pas echt een rol spelen bij temperaturen ruim boven het kookpunt. Zie punt 5 voor een uitgebreidere uitleg over de invloed van temperatuur, pH en andere factoren op de reactiesnelheid van de Maillardreactie.
3. Wanneer en bij welke soorten voedsel speelt de Maillardreactie een rol?
Zoals we hierboven al aangaven is de Maillardreactie een reactie tussen suikers en aminozuren. De reactie speelt dus een rol bij elk voedingsmiddel dat zowel koolhydraten als eiwitten bevat. Dat zijn er nogal wat; dit is niet voor niets een zeer belangrijk gegeven in de keuken! Er zijn dan ook vele voorbeelden die uitstekend illustreren waarom de Maillardreactie van iets lekkers iets heerlijks kan maken, of zelfs iets dat anders niet appetijtelijk zou zijn transformeert in een smakelijk voedsel. Een kort overzicht:
- Balsamicoazijn (de diepbruine, bijna zwarte kleur en een deel van de karakteristieke smaak is het gevolg van Maillardreacties)
- Brood, toast, koek en ander gebak (de bruine korst)
- Koffie (een boon is voor de reacties groen en smaakt heel anders)
- Chocolade (cacaobonen worden net als koffiebonen geroosterd voor verdere verwerking)
- Patat (het verschil tussen een bleek, smakeloos frietje en een heerlijk goudbruin exemplaar is te wijten aan de reactie)
- Sojasaus, zoals ketjap (de bruine verkleuring en smaakontwikkeling tijdens de rijping)
- De smaak en kleur van vlees en vis als het bruin kleurt door bakken, grillen enz., en ook bijvoorbeeld de smaak- en kleurveranderingen die optreden tijdens het bereiden van een bouillon, zijn grotendeels afhankelijk van Maillardreacties
- Mout, verantwoordelijk voor een belangrijk deel van de smaak van o.a. bier en whisky. Mout is gedroogd graan (m.n. gerst), waarbij de mate en temperatuur van droging de kleur bepalen – of eigenlijk hoever de Maillardreactie verloopt. Licht gekleurd mout zorgt daarbij bijvoorbeeld voor licht bier zoals pils, en zeer donker gekleurd mout wordt gebruikt voor stout, dat een kenmerkende, koffieachtige smaak heeft.
- Popcorn (voor de smaak en kleur, niet voor het poffen van de maïs)
- Verscheidene groentes karamelliseren (zie punt 7) niet enkel bij o.a. bakken, maar ontwikkelen ook smaak en kleur door de Maillardreactie. Een bekend voorbeeld zijn gebakken uien, die heerlijk zoetig en hartig tegelijk worden door ze bruin te bakken.
- Rijst (de smaakontwikkeling tijdens verwarming; bijvoorbeeld de voor pandanrijst typerende smaak is in feite één stof die ontstaat tijdens een Maillardreactie; zie ook punt 4)
Het mag duidelijk zijn dat je de reactie vooral tegenkomt als er hoge temperaturen in het spel zijn, maar niet altijd. De reactiesnelheid is nu eenmaal veel lager bij temperaturen onder het kookpunt, maar staat niet stil. Balsamicoazijn kan tientallen jaren liggen te rijpen, wat zelfs bij lage temperaturen volstaat. Een bouillon ontwikkelt bij temperaturen tegen het kookpunt in enkele uren aantoonbaar voldoende Maillardreactieproducten. Ook tijdens het bier brouwen gebeurt dat op zo’n manier. Mout wordt enkele uren gekookt, waarbij de Maillardreactie nogmaals de kans krijgt om verdere smaak toe te voegen.
Dat is ook waarom je in een snelkookpan een superieur smakende stoofpot kunt maken in een fractie van de normale tijd. Stoffen die gevormd worden in de Maillardreactie zijn verantwoordelijk voor een groot gedeelte van de smaak en kleur. Omdat de temperatuur in een snelkookpan tot wel tientallen graden boven het kookpunt kan liggen, verloopt de Maillardreactie daarin veel sneller – en heb je dus veel minder tijd nodig voor hetzelfde resultaat.
4. Wat voor stoffen ontstaan er zoal bij de reactie, en wat zijn in de keuken de voor- en nadelen van de Maillardreactie?
De Maillardreactie levert tot wel duizenden verschillende reactieproducten op. Het blijkt echter dat er daarvan slechts een fractie belangrijk is in de smaak- en kleurveranderingen die door de reactie optreden. Belangrijk daarin is het feit dat onze smaak- en geurreceptoren extreem gevoelig blijken te zijn voor sommige van deze stoffen. Concentraties van 1 milligram tot zelfs 1 nanogram per liter (dat is één miljardste gram per liter!) kunnen al genoeg zijn om significant veel smaak toe te voegen aan een voedingsmiddel. Enkele voorbeelden:
- 6-acetyl-2,3,4,5-tetrahydropyridine, verantwoordelijk voor de geur van zaken als gebakken witbrood, popcorn en tortilla’s
- 2-Acetyl-1-pyrroline, daaraan verwant, geeft witbrood en jasmijn- en pandanrijst hun kenmerkende geur. Ook geeft het gepasteuriseerde melk de typische smaak die velen dan weer juist niet prettig vinden daarin
- Butaandion, een vettige, boterachtige smaak, ontstaat bij het bruin worden van vlees en popcorn (en is in een concentratie van slechts milligrammen per liter verantwoordelijk voor de boterachtige tonen in een chardonnay)
Sommige voedingstechnologen trekken het breder en schrijven een aantal smaaktonen aan de reactie toe: rokerig/houtachtig, geroosterd/gebrand, bouillon, vlees/dierlijk en karamel/nootachtig.
Er zijn ook andere stoffen die vaak worden gevormd door de Maillardreactie, maar bekend staan om andere eigenschappen dan smaak of geur:
- Hydroxymethylfurfural, een smaakstof die in vele gebakken of geroosterde voedingsmiddelen voorkomt, waaronder gedroogd fruit, brood, koffie en donker bier. Dit is overigens ook een stof die in verband wordt gebracht met schadelijke neveneffecten (kanker)
- Acrylamide, een mogelijk kankerverwekkende stof die in 2002 bij toeval is ontdekt op zetmeelrijke voedingsmiddelen die waren verhit tot meer dan 120 graden Celsius, zoals friet en chips. Tegenwoordig weten we dat acrylamide ook voorkomt in koffie, brood en sommige soorten gedroogd fruit. Er zijn inmiddels een heel aantal strategieën om de vorming van acrylamide te verminderen, maar gelet op het bovenstaande is het niet verrassend dat de meest voor de hand liggend suggestie – minder bruin bakken – tegelijkertijd ook één van de minst onwerkbare is. Naast deze mogelijk schadelijke stof zorgt de Maillardreactie daarbij in dit geval ook voor de vorming van grotere hoeveelheden stoffen die wel erg wenselijk zijn, althans uit het oogpunt van smaakbeleving.
Overigens zijn vele reactieproducten van het Maillardproces juist geïdentificeerd als antioxidanten.
5. Welke factoren spelen een rol, en hoe kun je de Maillardreactie naar je hand zetten?
We hebben hierboven al besproken dat de Maillardreactie afhankelijk is van de temperatuur, maar er zijn nog meer factoren belangrijk. Een kort overzicht.
Factoren om de Maillardreactie te beïnvloeden:
Minder (snel) verloop | Meer (verder) verloop | |
Temperatuur | Lager | Hoger |
pH | Lager | Hoger |
Hoeveelheid water | Hoger | Lager |
Bereidingstijd | Lager | Hoger |
Hoeveelheid eiwit | Lager | Hoger |
Hoeveelheid suiker | Lager | Hoger |
Een beknopte toelichting per factor:
- Temperatuur: in het algemeen verloopt de reactie sneller bij een hogere temperatuur. Het optimum ligt tussen de 120 en 170 graden Celsius; daaronder speelt de Maillardreactie bij korte kooktijden (minder dan enkele uren) geen grote rol, en daarboven domineren andere, vaak minder wenselijke reacties zoals karamellisering en verbranding (zie ook punt 6 hieronder)
- pH: een hogere pH (basisch milieu) is gunstig voor het verloop van de Maillardreactie, waar een lage pH ‘m juist kan afstoppen. Een bekend (of wellicht berucht) voorbeeld is te vinden bij de bereiding van pretzels, die vaak werden en worden ingesmeerd met het zeer basische loog om sneller bruin te worden van de buitenkant. In moleculaire kookboeken vindt men ook nog wel eens de tip om tijdens het bakken van bijvoorbeeld gehakt of uien wat natriumwaterstofcarbonaat (ook bekend als dubbelkoolzure soda of het Engelse baking soda) toe te voegen om het bruin worden en de smaakontwikkeling te bevorderen.
- Hoeveelheid water: een te waterige bereiding is vaak ongunstig voor de Maillardreactie, voornamelijk omdat dan de temperatuur niet hoog genoeg kan worden (namelijk maximaal 100 graden Celsius, het kookpunt van water). Het hierboven al aangehaalde voorbeeld van de snelkookpan is hier illustratief: de hogere druk in zo’n pan maakt dat het water daar kookt bij temperaturen van tot wel enkele tientallen graden boven het normale kookpunt, waardoor de Maillardreactie wel significant snel verloopt.
Een ander leuk voorbeeld is om voedsel dat nat – in water – bereid is, te vergelijken met datzelfde voedsel als het droog is bereid – op hogere temperatuur of in vet/olie. Voedsel dat is gekookt, gestoomd of gesmoord is vaak bleekjes en zacht van smaak, terwijl voedsel dat is gebakken, gegrild, geroosterd of gefrituurd donker van kleur is en meer smaak heeft. Niet dat dat laatste altijd positief is, uiteraard; het is zeker bij groentes vaak zo dat je juist de smaak van het voedsel zelf wilt benadrukken. En een aardappelpuree die smaakt naar patat is gewoonweg bizar. - Bereidingstijd: deze spreekt voor zich. Een aardig voorbeeld: als men niet in staat is om de andere factoren te beïnvloeden, zoals bij de (koude) rijping van het zure, waterige en niet erg suiker- of eiwitrijke balsamicoazijn (zie ook hierboven), kan een extreem lange bereidingstijd toch voor een vergevorderde Maillardreactie zorgen. Na tientallen jaren rijping is die namelijk toch één van de belangrijkste factoren in de smaak en kleur van balsamico.
- Hoeveelheid eiwit: de aanwezigheid van meer reactanten (stoffen die kunnen reageren) betekent dat er meer reactie plaats kan vinden, en vice versa; in extremis is er zonder eiwit geen Maillardreactie. Een aardig voorbeeld: zoals vele koks al lang weten kun je tamelijk suiker- maar niet eiwitrijk brood (zie de afbeelding hierboven) en andere bakproducten toch een prachtige korst geven door ze te bestrijken met melk of eiwit/eigeel. Een prachtig staaltje van – al of niet onbewust – toegepaste Maillardchemie.
- Hoeveelheid suiker: idem dito.
6. Andere reacties: de Maillardreactie versus karamelliseren
De Maillardreactie is niet de enige die zorgt voor het bruin worden en het ontwikkelen van smaak. De meest bekende andere reactie is het karamelliseren. Deze vindt vaak tegelijkertijd met de Maillardreactie plaats, maar is er toch in veel gevallen duidelijk van te onderscheiden. Karamellisering vindt vaak plaats bij hogere temperaturen, boven de 180 graden waar het optimum van de Maillard vaak al gepasseerd lijkt te zijn. Bovendien is er daarvoor geen eiwit nodig. Denk aan karamel, dat wordt gevormd uit louter suiker.
7. De Maillardreactie in het menselijk lichaam
Ter besluit een weetje: ook in het menselijk lichaam speelt de Maillardreactie een rol van betekenis. Zo is er onze ooglens, waarop de Maillardreactie de vorming en de donkere verkleuring van staar beïnvloedt. Ook bij bepaalde celprocessen speelt het een rol. Ten slotte schijnt het belangrijk te zijn bij diabetes. In ons lichaam zijn natuurlijk voldoende eiwitten aanwezig, maar bij diabetici is er soms ook meer suiker in het bloed aanwezig. Samen vormen zij de reactanten voor schadelijke Maillardprocessen in die ziekte. Hoewel dit allemaal ontdekt is nadat Maillard zelf was overleden, zou hij als zijnde van huis uit arts dit ongetwijfeld hebben willen onderzoeken als het bekend was toen hij nog leefde.
Op dit artikel rust auteursrecht. Zonder onze toestemming is vermenigvuldiging verboden.
Rob de Vries Lentsch says
23 oktober 2017 at 21:12Wat is de invloed van koken met stoom v 120 a 130 graden tov 100 graden op de kwaliteit van het voedsel. Is het niet zo dat hoe hoger de temperatuur de meer de voedingsstoffen worden kapotgemaakt zoals bijvoorbeeld vitamines?
Wij willen dit graag weten omdat we twijfelen tussen een stoomoven die tot 100 graden verwarmt, en een die tot 130 graden stoom verwarmt. Bij de producent noemen ze als voornaamste verschil de bekorting van de kooktijd.