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現代科學技術雖還未能認識焦糖反應的機理，但對非酶褐變反應的前期機理及反應生成物卻已有了明確的認識。一般認為，焦糖反應有兩種類型：一類是在有胺伴隨下的美拉德反應，即由葡萄糖+NH3-R生成雪夫氏堿（SehiffsBase)，進一步加熱生成N-取代葡基胺（N-substitutedqlycosylanine).另一類是純焦糖化反應（單純地加熱葡萄糖的焦化反應），即在相當高的高溫下（大約200℃）使碳水化合物產生醛類，然后縮合成染色成份。兩類反應都能產生醛類和二羰基化合物，但美拉德反應滲入含氨成份，此反應機制可粗略地歸納為3步：

第1步：啟動反應。A、糖-氨結合；B、阿馬都利（Amadori)分子重排反應。

第2步：降解反應產生具有強紫外光吸收的無色物，釋放二氧化碳。C、糖脫水。D、環開裂。

第3步：縮合反應形成高分子量的強染色成份。E、醛醇縮合；F、醛-氨聚合和含氨雜環化合物的形成。