Η Επιστήμη της Καραμελοποίησης
Εάν σκέφτεστε τη χημεία, μπορεί να σκέφτεστε ένα εργαστήριο, με άτομα που φορούν λευκές εργαστηριακές μπλούζες, όπου πολλές περίπλοκες, ίσως ακόμη και επικίνδυνες χημικές ουσίες αναμειγνύονται και δοκιμάζονται από έμπειρους χημικούς.
Ίσως σχεδόν ξεχάσετε ότι η κουζίνα σας είναι γεμάτη χημεία και ότι σε ορισμένες περιπτώσεις το μόνο που χρειάζεστε για μερικές θεαματικές χημικές αντιδράσεις είναι μια κατσαρόλα, μια κουζίνα και λίγη ζάχαρη! Μόλις αυτή η ζάχαρη αρχίσει να καραμελώνει όταν ζεσταθεί, οι χημικές αντιδράσεις αρχίζουν να χάνονται. Εμφανίζεται ένα εκπληκτικά πολύπλοκο σύνολο χημικών αντιδράσεων που μετατρέπει την ταπεινή σας γλυκιά, λευκή ζάχαρη, σε μια ελαφρώς πικρή, πολύπλοκη, καφέ γευστική βόμβα! Η χημεία που θα δείτε ακριβώς στη δική σας κουζίνα μπορεί να είναι ακόμη πιο περίπλοκη (και πιθανώς λιγότερο κατανοητή) από τη χημεία που κάνουν αυτοί οι επιστήμονες στο εργαστήριο.
Καθίστε λοιπόν αναπαυτικά για ένα «πραγματικό» μάθημα χημείας καθώς βουτάμε στην (άγνωστη) επιστήμη της καραμελοποίησης!
Τι είναι η καραμελοποίηση;
Όταν μιλάμε για καραμελοποίηση σε αυτό το άρθρο, μιλάμε συγκεκριμένα για την καραμελοποίηση της ζάχαρης. Για να καραμελώσετε τη ζάχαρη το μόνο που χρειάζεστε είναι ζάχαρη + (έντονη) ζέστη. Μόλις ζεσταθεί αρκετά η ζάχαρη, θα αρχίσει η καραμελοποίηση. Κατά τη διάρκεια της καραμελοποίησης η ζάχαρη αλλάζει από λευκή ή άχρωμη σε κίτρινη, πορτοκαλί, καφέ ακόμα και μαύρη. Ταυτόχρονα, η γεύση της ζάχαρης αλλάζει δραστικά, από καθαρά γλυκιά, σε πιο περίπλοκο προφίλ που μπορεί να περιέχει ακόμα κάποια γλυκύτητα αλλά και πικρία και τη λεγόμενη γεύση «καραμέλα». Η γεύση είναι τόσο ξεχωριστή, που έχει το δικό της όνομα!
Θέλετε να καραμελώσετε τη ζάχαρη; Συζητάμε πώς να καραμελώσετε τη ζάχαρη χρησιμοποιώντας τη μέθοδο «στεγνή» και «υγρή» με μεγάλη λεπτομέρεια!
ΔΕΝ είναι το ίδιο με την αντίδραση Maillard
Στενός συγγενής της καραμελοποίησης είναι η γνωστή αντίδραση Maillard. Ενώ η καραμελοποίηση απαιτεί μόνο ζάχαρη για να συμβεί, η αντίδραση Maillard χρειάζεται τόσο πρωτεΐνες όσο και σάκχαρα. Ενώ η καραμελοποίηση συμβαίνει μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (τουλάχιστον πάνω από 110°C (230°F), αλλά πιο συχνά πολύ πάνω από 150°C (300°F)), η αντίδραση Maillard μπορεί να λάβει χώρα σε σημαντικά χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ωστόσο, δεδομένου ότι και τα δύο χρησιμοποιούν παρόμοια εξαρτήματα, όταν το προϊόν σας ζεσταθεί αρκετά, μπορούν να εμφανιστούν και τα δύο ταυτόχρονα, ανάλογα με τις συνθήκες.
Μηχανισμός αντίδρασης καραμελοποίησης
Οι αντιδράσεις καραμελοποίησης είναι εκπληκτικά πολύπλοκες και, ακριβώς όπως η αντίδραση Maillard, δεν είναι πλήρως κατανοητές. Απλώς, συμβαίνουν πάρα πολλά πράγματα ταυτόχρονα. Τούτου λεχθέντος, υπάρχουν ορισμένα πράγματα που γνωρίζουμε, και για να διερευνήσουμε αυτά πρέπει να ξεκινήσουμε εξετάζοντας τα αρχικά συστατικά μας:τα σάκχαρα.
Τι είναι τα σάκχαρα;
Η καραμελοποίηση χρειάζεται σάκχαρα για να συμβεί. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη σακχάρων. Όλα τα σάκχαρα ανήκουν σε μια ομάδα μορίων που ονομάζονται υδατάνθρακες. Αποτελούνται όλα από τα ίδια δομικά στοιχεία, μονοσακχαρίτες, που συνδέονται μεταξύ τους με διάφορους τρόπους και μεγέθη. Οι μικρότεροι υδατάνθρακες, αυτοί που αποτελούνται από ένα μόνο (τους μονοσακχαρίτες) ή δύο (δισακχαρίτες) «δομικά στοιχεία», είναι αυτά που ονομάζουμε σάκχαρα.
Κοινοί μονοσακχαρίτες είναι η δεξτρόζη (γλυκόζη), η φρουκτόζη και η γαλακτόζη. Ο πιο κοινός δισακχαρίτης είναι η σακχαρόζη, η οποία είναι «κανονική» ζάχαρη. Η σακχαρόζη αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης και ένα μόριο φρουκτόζης. Άλλοι κοινοί δισακχαρίτες είναι η λακτόζη (που βρίσκεται στα γαλακτοκομικά) και η μαλτόζη (χρησιμοποιείται για την μπύρα).
Οι μεγαλύτεροι υδατάνθρακες όπως τα άμυλα μπορούν να διασπαστούν σε σάκχαρα. Το άμυλο είναι απλώς μια μακριά αλυσίδα μορίων γλυκόζης, οπότε όταν διασπάται, μένουν μεμονωμένα σάκχαρα!
Έναρξη καραμελοποίησης:θερμότητα
Για να ξεκινήσετε τις αντιδράσεις καραμελοποίησης, τα σάκχαρά σας πρέπει να είναι αρκετά ζεστά. Η θερμότητα απαιτείται για την έναρξη των αντιδράσεων. Η θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η καραμελοποίηση ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο ζάχαρης:
- Η φρουκτόζη ξεκινάει πρώτη στους 110°C (230°F).
- Η γαλακτόζη, η γλυκόζη και η σακχαρόζη αρχίζουν να καραμελώνουν περίπου στους 160°C (320°F).
- Η μαλτόζη καραμελώνει, ξεκινώντας από τους 180°C (356°F).
Οι χημικές αντιδράσεις αφθονούν
Μόλις τα σάκχαρα είναι αρκετά ζεστά, πολλές χημικές αντιδράσεις θα συμβούν ταυτόχρονα. Ωστόσο, υπάρχουν μερικά επαναλαμβανόμενα μοτίβα.
Βήμα 1:Ενολισμός
Συχνά η καραμελοποίηση ξεκινά με την αναδιάταξη στα ίδια τα σάκχαρα μέσω ενός τύπου αντίδρασης που ονομάζεται ενολίωση. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας αντίδρασης, ένα άτομο οξυγόνου με το μόριο σακχάρου που αρχικά ήταν συνδεδεμένο με ένα άτομο άνθρακα με δύο συνδέσεις, τώρα συνδέεται με ένα άτομο άνθρακα και ένα άτομο υδρογόνου. Αυτή η μικρή αλλαγή στη δομή επιτρέπει στη συνέχεια να συμβούν άλλες αντιδράσεις.
Βήμα 2:Αφυδάτωση
Στη συνέχεια, το μόριο της ζάχαρης πιθανότατα θα χάσει ένα μόριο νερού μέσω μιας αντίδρασης που ονομάζεται αφυδάτωση. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορεί να συμβεί αυτό και μπορεί επίσης να χάσει περισσότερους από έναν.
Βήμα 3:Η Άγρια Άγρια Δύση
Μετά από αυτές τις δύο πρώτες σχετικά απλές και κοινές αντιδράσεις (που μπορεί να μην συμβαίνουν καν πάντα!) γίνεται πραγματικά η άγρια δύση εκεί έξω. Πολλές διαφορετικές αντιδράσεις θα συμβούν και μπορούν να συμβούν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων θα σχηματιστούν διαφορετικοί τύποι μορίων.
Τα μόρια που κάνουν την καραμέλα σας καφέ θα είναι μεγάλα μόρια, που αποτελούνται από πολλά μικρότερα μόρια που έχουν αντιδράσει μαζί. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ολιγομερισμός. Τρεις τύποι μορίων αναφέρονται συχνά ότι σχηματίζονται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας (καραμελάνη, καραμέλα και καραμέλα). Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι αυτό αναφέρεται συχνά, η απόδειξη για τη δημιουργία αυτών των μορίων στην πραγματικότητα δεν είναι πολύ ισχυρή, ούτε καλά κατανοητή. Αντίθετα, είναι πιο πιθανό να σχηματιστεί ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών μορίων.
Τα πιο αρωματικά μόρια από την άλλη είναι πολύ μικρότερα (άρα μπορούν να εξατμιστούν και να φτάσουν στη μύτη σας). Συνήθη παραδείγματα αυτών των μορίων είναι το διακτύλιο (απαραίτητο για μυρωδιά βουτύρου), καθώς και η υδροξυμεθυλοφουρφουράλη (HMF), το υδροξυακετυλοφουράνιο (HAF) ή οι φουρανόνες όπως η υδροξυδιμεθυλφουρανόνη (HDF) και η διυδροξυδιμεθυλφουρανόνη (DDF).
Κατά την ανάλυση των καραμελών έχουν βρεθεί πάνω από 1000 συστατικά, δείχνοντας και πάλι πόσο περίπλοκες μπορεί να είναι αυτές οι αντιδράσεις και τι μεγάλη ποικιλία συστατικών μπορεί να σχηματιστεί!
Επηρεάζοντας τις αντιδράσεις καραμελοποίησης
Τόσο η θερμοκρασία όσο και ο τύπος σακχάρου επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνει η σύνθετη σειρά αντιδράσεων. Αλλά υπάρχουν περισσότερα. Η τιμή pH του διαλύματος ζάχαρης έχει επίσης μεγάλη επίδραση. Ένα πιο όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον επιταχύνει την καραμελοποίηση. Μπορεί επίσης να προκαλέσει την έναρξη της καραμελοποίησης σε χαμηλότερη θερμοκρασία σε σύγκριση με την «κανονική» θερμοκρασία καραμελοποίησης αυτής της ζάχαρης.
Το έχουμε δοκιμάσει εκτενέστερα στο παρελθόν όταν φτιάχναμε αρωματικά σιρόπια ζάχαρης (που είχαν καραμελώσει).
Δημιουργία χρωμάτων καραμέλας
Παρόλο που οι μηχανισμοί αντίδρασης καραμελοποίησης δεν είναι πλήρως κατανοητοί με λεπτομέρεια, γνωρίζουμε αρκετά ώστε να παράγουμε με συνέπεια καραμέλες από ζάχαρη. Η βιομηχανία τροφίμων και χρωμάτων χρησιμοποιεί αυτή την τεχνογνωσία για να φτιάξει μια σειρά από χρώματα καραμέλας που μπορούν να προστεθούν σε τρόφιμα για να χρωματίσουν τα τρόφιμα. Το φαγητό τότε δεν χρειάζεται να καραμελώσει μόνο του, αντίθετα, μπορεί απλά να προστεθεί το χρώμα. Ωστόσο, αυτά τα χρώματα δεν έχουν έντονη γεύση και χρησιμοποιούνται κυρίως για χρώμα, καθώς είναι αρκετά δυνατά.
Στην Ευρώπη αυτά τα χρώματα επισημαίνονται ως αριθμός Ε, E150 με τέσσερις διαφορετικές ποικιλίες (a, b, c και d).
Είστε έτοιμοι να αρχίσετε να κάνετε λίγη χημεία στη δική σας κουζίνα; Πάρτε λίγη ζάχαρη και ένα τηγάνι και μπορείτε να ξεκινήσετε να ερευνήσετε την επιστήμη πίσω από την καραμέλα. Ή, ξεκινήστε να φτιάχνετε μερικές καραμέλες, ποπ κορν καραμέλας ή σιρόπια ζάχαρης για να κάνετε τις γνώσεις σας στην πράξη!
Αναφορές
E.H. AJANDOUZ, L.S. TCHIAKPE, F. DALLE ORE, Α. BENAJIBA, AND Α. PUIGSERVER, Effects of pH on Caramelization and MaillardReaction Kinetics in Fructose-Lysine Model Systems, Journal of Food Science, Vol. 66, Νο. 7, 2001, σύνδεσμος
Benjamin Caballero, Paul Finglas, Fidel Toldra, Academic Press, 2015, Κεφάλαιο:Caramel:Properties and Analysis (από N. Kuhnert), σύνδεσμος
Food-info.net, Καραμελοποίηση, σύνδεσμος
Shozaburo Kitaoka και Kiroku Suzu, Caramels &Caramelization Part I The nature of caramelan, Agr. Biol. Chem., Τομ. 31, Νο. 6, σελ. 753.755, 1967, σύνδεσμος
Nor Shuhada Binti Shoberi, THE ROLE OF pH, THE TEMPERATURE AND CATALYST TYPE IN CARAMEL MANUFACTURING PROCESS, 2010, σύνδεσμος
