美拉德反应（Maillard Reaction, MR）是食品制备中的基本过程，显著贡献了消费者所重视的感官特性，如独特的颜色、外皮的质地和特征香气，以及感官属性的改变（Shakoor等人，2022年）。该反应始于氨基酸中的氨基与还原糖中的羰基相互作用形成N-取代的糖胺，同时伴随着水分的释放。美拉德反应并非单一的化学路径，而是一个复杂的反应网络。然而，传统的热处理方法通常需要较高的温度，这促使人们寻求改进加热技术以提高食品制造过程中的反应效率（Eliodório等人，2023年）。传统方法往往导致加热不均匀和能量损失，因此人们对微波技术产生了兴趣（Cao等人，2023年）。与传统从外部表面向内部传递热量的加热方法不同，微波技术通过直接激发极性分子来实现材料内部的均匀加热（J. Zhang等人，2023年）。此外，微波加热直接利用电能，减少了环境污染，是一种高效、清洁且环境可持续的加热方式（Zhu等人，2023年）。
微波加热过程中，介电材料吸收电磁能量，主要通过能量转换产生热效应。与传统加热方法不同的是，微波加热在微波电场的作用下还会产生称为“非热效应”的独特现象。非热效应指的是反应速率、选择性或产物分布的变化，这些变化无法仅用宏观温度测量来解释，据推测是由于振荡的电磁场与分子偶极子、离子或过渡态之间的直接相互作用所致。这些效应包括电效应、磁效应和化学效应，表现为热点形成、选择性加热、过热或温度梯度反转等现象（Frasso等人，2020年）。关于微波加工中非热效应存在的科学争议仍在继续，关键在于需要设计严谨的实验来有效分离热效应和其他因素的影响。尽管存在争议，但已有大量文献探讨了微波场与分子之间可能发生的非热相互作用机制。为此提出了一些方法论方法，包括精确的时间-温度同步加热、微波照射期间的同时冷却以及使用低强度辐照（Tao等人，2022年）。然而，实际应用这些实验条件存在挑战，这使得人们对非热效应的存在持怀疑态度（Kubo等人，2020年）。因此，仍需要一个全面的理论框架来阐明非热效应可能以不同于传统热机制的方式增强物理化学反应（如美拉德反应和焦糖化反应）的潜在机制。本文旨在系统地综合这些提出的机制（包括介电极化和活化能调节），并评估它们对美拉德反应动力学和路径的影响。
研究系统地探讨了微波对促进美拉德反应的影响。实验证据表明，微波加热可以在高温和长时间下改变美拉德反应的路径。微波辐照倾向于促进缩合反应而非胺介导的反应，从而增加反应中间体的多样性和数量。微波能量通过多种机制促进美拉德反应：首先，微波产生的电场和磁场导致水分子快速振荡、摩擦和碰撞，从而迅速升温；其次，微波直接激活还原糖和氨基酸等反应性分子，提高其反应性；此外，微波加热不仅加速了反应速率，还改变了产物组成。实验发现，由于温度和反应物浓度的变化，特定美拉德产物（如3-脱氧葡糖酮、丙酮酸和糖基化蛋白质）发生了显著变化。微波加热还可能影响美拉德反应的路径。与传统加热方法不同，微波可能直接促进还原糖和氨基酸之间的缩合反应，同时减少酸催化的异构化和酸解反应（Wang等人，2023年）。例如，微波处理可以加速大米蛋白与右旋糖酐之间的美拉德反应，提升生成产品的功能特性（Cheng等人，2021年）。类似地，涉及牛血清白蛋白和麦芽糊精的微波辅助美拉德反应也显示出比传统加热方法更高的反应速率和产物功能性（Nasrollahzadeh等人，2017年）。此外，微波的非热效应主要影响蛋白质和还原糖的结构变化。早期研究将微波烹饪过程中碎牛肉中脂质和蛋白质二级结构的变化归因于非热效应，表明蛋白质二级结构中的β-转角和β-折叠增加（Calabrò & Magazù，2014年）。虽然已有许多综述总结了微波加热对食品性质（Xu等人，2010年）或传统系统中美拉德反应的一般影响（Tamanna & Mahmood，2015年），但专门针对微波特定能量传递（包括热效应和非热效应）与美拉德反应复杂网络之间机制相互作用的综合研究尚缺乏。本文旨在：（1）弥合微波物理（如介电性质）与美拉德反应化学之间的知识空白；（2）批判性地评估微波对反应路径和产物组成的具体影响；（3）明确如何通过设计关键食品基质来更好地控制微波场下的美拉德反应。这一重点使我们的工作区别于其他关于微波食品加工的综述。
尽管研究取得了显著进展，但我们对美拉德反应的理解仍存在不足，尤其是在不同烹饪方法和条件对其具体影响机制方面。此外，还需要系统研究美拉德反应产物（MRPs）对食品营养和健康的影响。进一步开发优化处理策略以调节美拉德反应对于减少潜在有毒化合物的形成并保持食品的理想感官特性至关重要。未来的研究应着重于阐明这些机制，以便更好地控制食品应用中的美拉德反应。
本文旨在系统地综合微波辐照与美拉德反应之间的机制相互作用，重点区分热效应和假设的非热效应。首先，我们评估微波处理对关键食品质量属性（颜色、风味、营养）的影响；其次，分析加工因素（温度、pH值、组成、水分）如何调节这些效应；第三，总结目前对微波特定热效应和非热效应的理解，并批判性地评估证据基础；最后，指出持续存在的知识空白和未来研究的重点，以推进微波技术在食品设计中的应用。
