Rôle des produits de la réaction de Maillard dans l'inhibition de l'oxydation enzymatique des phénols et des lipides

Maillard reaction products as inhibitors of enzymatic oxidation of phenols and lipids

• Auteur / Autrice : Sophie Cheriot
• Direction : Jacques Nicolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des aliments
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antioxydants

Maillard, Réaction de

Mots clés libres

Brunissement enzymatique

Oxydation enzymatique des lipides

Test d'Ames

Résumé

La recherche de substituts aux antioxydants alimentaires synthétiques (sulfites, BHA : di-tertio-butylhydroxyanisol et BHT : di-tertio-butyl-hydroxytoluène) utilisés contre l’oxydation des phénols et des lipides est actuellement très active en raison des effets allergènes et toxiques de ces additifs. Il a été montré que les produits de la réaction de Maillard (PRM) formés lors du chauffage de la cystéine et du glucose en milieu acide, sont de très puissants inhibiteurs du brunissement enzymatique des fruits et légumes du à l’oxydation des phénols catalysée par les polyphénoloxydases (PPO) en présence d’oxygène. Afin de pouvoir caractériser les composés inhibiteurs des PRM, ces systèmes modèles ont été simplifiés en un mélange de composés néoformés à partir de la réaction entre le HMF et la cystéine chauffée ou le sulfure d’ammonium. Ce mélange s’est révélé être environ trois fois plus efficace que les PRM pour inactiver la PPO de différentes origines végétales. La réaction de formation des composés inhibiteurs a été étudiée et une comparaison des pouvoirs antioxydants (tests AAPH° et DPPH°) et chélateurs du cuivre (test TMM) a été réalisée. Aux concentrations suffisantes pour prévenir le brunissement de purées de fruits et de légumes mesuré par des tests colorimétriques (L*, a*, b*), les produits néoformés, plus efficaces que les sulfites, n’ont montré aucun effet mutagène d’après les tests d’Ames réalisés sur les souches TA 98 et TA 102. Les lipoxygénases (LOX) catalysent l’oxydation des acides gras poly-insaturés. La méthodologie des plans d’expériences a permis la détermination des PRM ayant le plus fort pouvoir inhibiteur (PI) de l’activité LOX extraites du soja et de la farine de fève : les PRM issus du chauffage de la lysine et du glucose à 120 °C pendant 15 h montrent une inhibition non-compétitive irréversible de la LOX. De plus, ces PRM sont particulièrement stables au cours du temps de stockage : congelés, le pouvoir inhibiteur de ces PRM ne montre pas d’évolution significative au cours des deux premiers mois de conservation.

In recent years, synthesis of « natural » and safe antioxidants attracted attention due to the allergenicity or toxic effects induced by the synthetic additives currently used (sulfites, BHA: tert-butyl-4-hydroxyanisole and BHT: 2,6-di-tert-butyl-hydroxytoluene) to prevent phenol and lipid oxidation. Maillard reaction products (MRP) made from cysteine and glucose were proven to be very powerful inhibitors of enzymatic browning catalysed by polyphenoloxidase (PPO) in the presence of oxygen and detrimental to the quality of fresh and minimally processed fruits and vegetables. Because Maillard reaction is a complex whole of reactions between amino and aldehydic or ketonic compounds, a simple model reaction from heated thiol with carbonyl compounds was studied. Determination of the inhibitory constants and colorimetric measurements (L*, a*, b*) showed that neoformed products from heated cysteine or ammonium sulphide mixed with 5-hydroxymethylfurfural (HMF) elicited a stronger inhibitory potency toward enzymatic browning of potato, eggplant, apple and mushroom than MRP. This strong inhibitory potency was linked to an inactivation of the enzyme. A comparison of the antioxidant (AAPH° and DPPH° tests) and copper-chelating properties (TMM test) between the MRP and the neoformed products was drawn. Before considering the potential application of such anti-browning model mixtures, their toxicological effects were studied in Ames test on TA 98 and TA102 strains to determine the best process conditions to produce safe antioxidant compounds. Lipoxygenases (LOX) are iron-containing enzymes that catalyse the dioxygenation of polyunsaturated fatty acids. Optimal conditions to obtain Maillard reaction products (MRP) with a maximal inhibitory potency (IP) toward lipoxygenase activity were determined using the surface response methodology : MRP from lysine heated at 120 °C for 15 h with glucose showed almost irreversible non-competitive inhibition of LOX extracted from soja and horsebean flour. These MRP were stable for at least 3 months when frozen.