Comprendre la caramélisation

Ce que signifie la caramélisation

La caramélisation est le brunissement du sucre sous l'effet de la chaleur, sans intervention de protéines. Elle transforme le sucre incolore en pigments bruns et en composés aromatiques aux notes beurrées, de noisette, puis amères à mesure que la couleur fonce. Comme la réaction de Maillard, il s'agit d'un brunissement non enzymatique, mais la réaction de Maillard nécessite des acides aminés en plus du sucre, alors que la caramélisation concerne uniquement le sucre (American Society of Baking ; Université de Guelph).

Le brunissement de la viande saisie relève de la réaction de Maillard, et non de la caramélisation (Encyclopedia of Food and Culture). Les bonbons au caramel peuvent impliquer l'un ou l'autre procédé, voire les deux : cuire du sucre avec de la crème permet le brunissement de Maillard (Exploratorium), tandis que d'autres recettes caramélisent d'abord le sucre puis ajoutent la crème. ThermoWorks décrit cette seconde méthode, où le sucre est chauffé à 177 °C (350 °F) avant d'ajouter la crème et de finir à 120 °C (248 °F).

La chimie en termes simples

La chaleur ne fait pas simplement fondre le saccharose (sucre blanc) avant de le brunir. Des chercheurs de l'université de l'Illinois ont montré que les cristaux de saccharose cèdent parce que les molécules commencent déjà à se décomposer, ce qu'ils ont appelé une « fusion apparente ». La température à laquelle cela se produit varie selon la vitesse de chauffage, le glucose et le fructose réagissent de la même façon, et des produits de décomposition comme le glucose et l'hydroxyméthylfurfural (HMF) apparaissent dès l'effondrement des cristaux. Comme la décomposition dépend du temps autant que de la température, un sucre maintenu plus longtemps peut caraméliser bien en dessous du point de fusion habituellement indiqué pour le saccharose.

Une fois le sucre décomposé, de nombreuses réactions se produisent en parallèle (Université de Guelph) :

• Scission : le saccharose se sépare en deux parties, le glucose et le fructose, une étape appelée inversion.
• Perte d'eau : les sucres se condensent et se déshydratent, libérant de l'eau au passage.
• Fragmentation : à mesure que l'eau s'évapore, les molécules se fragmentent en petits composés aromatiques volatils. Le diacétyle apporte une note beurrée, caramel, et les furanes une saveur de noisette.
• Polymérisation : d'autres fragments s'assemblent en gros polymères bruns appelés caramelans, caramelènes et caramelines, qui donnent sa couleur au caramel.

Le caramel fini contient des traces d'une centaine de composés sucrés, acides ou amers (Encyclopedia of Food and Culture), et les scientifiques n'en comprennent pas encore tous les mécanismes (Exploratorium).

À quelle température les différents sucres caramélisent-ils ?

Chaque sucre commence à brunir à une température différente. Considérez ces valeurs comme des points de départ approximatifs, et non comme des points de fusion : le seuil baisse si le sucre est chauffé plus longtemps, varie selon le pH et les autres ingrédients, et diffère selon les sources (Université de l'Illinois ; Université de Guelph).

En pratique, le miel riche en fructose brunit plus vite et plus foncé que le sucre blanc (Encyclopedia of Food and Culture ; American Society of Baking).

Étapes de couleur et de saveur du caramel

Au fil de la cuisson, le caramel de saccharose passe du transparent à l'or, à l'ambre, au brun foncé puis au noir. La saveur suit la couleur : un caramel trop clair manque de goût, un caramel trop foncé devient amer et brûlé (King Arthur Baking). Les températures publiées pour chaque couleur varient de 10 °C (18 °F) ou plus, donc fiez-vous aussi à la couleur et à l'odeur, en plus du thermomètre.

Le NIST situe toute la phase de caramélisation entre 160 et 182 °C (320–360 °F), du doré clair à l'ambre foncé. America’s Test Kitchen porte son sirop de caramel salé à l'ambre à 177 °C (350 °F). Retirez la casserole du feu juste avant d'atteindre la couleur souhaitée, car le caramel continue de cuire dans la casserole chaude (King Arthur Baking).

Caramel sec ou caramel à l'eau

Le caramel sec consiste à chauffer du sucre seul, de préférence dans une casserole large et peu profonde. C'est plus rapide mais plus difficile à maîtriser, car il peut colorer très vite et brûler avant que vous ne vous en rendiez compte. Utilisez un feu doux à moyen-doux, répartissez le sucre en couche uniforme et remuez-le délicatement avec une spatule en silicone pendant qu'il fond (King Arthur Baking).

Le caramel à l'eau commence par du sucre dissous dans de l'eau. Il est plus lent et moins susceptible de brûler, c'est pourquoi King Arthur Baking le recommande si vous débutez. L'eau doit s'évaporer avant que la coloration ne commence : le sirop passe par les stades filant, boule et cassé, et ne colore qu'une fois presque toute l'eau évaporée, vers 160 °C (320 °F) (Exploratorium). Le tableau complet des températures se trouve dans notre guide des stades du sirop de sucre.

Comment l'acidité et l'alcalinité influencent la caramélisation

Selon l'Université de Guelph, la caramélisation est la plus lente près de la neutralité (pH 7) et s'accélère en conditions fortement acides (pH inférieur à 3) ou fortement alcalines (pH supérieur à 9). L'American Society of Baking indique aussi que la vitesse la plus lente est à pH 7 et la plus rapide en milieu acide, mais ne détaille pas les milieux alcalins.

En cuisine, l'acidité agit surtout via l'inversion : un peu de jus de citron ou de crème de tartre divise le saccharose en glucose et fructose, ce qui limite la formation de gros cristaux (Exploratorium) et donne des sucres qui commencent à brunir à des températures plus basses (Université de Guelph). L'effet le plus connu du bicarbonate sur le brunissement concerne la réaction de Maillard ; consultez notre guide sur la réaction de Maillard.

Comment éviter que le caramel brûle ou cristallise

Pour éviter de brûler le caramel

• Utilisez une casserole épaisse et de couleur claire pour bien voir la couleur réelle (King Arthur Baking).
• Gardez une chaleur modérée et ne quittez pas la casserole, car le caramel passe vite de l'ambre au brûlé ; baisser le feu une fois doré ralentit la fin de la coloration (America’s Test Kitchen).
• Pour stopper la cuisson immédiatement, plongez le fond de la casserole dans de l'eau glacée (King Arthur Baking).
• Faites tiédir la crème ou le beurre avant de les ajouter, incorporez-les lentement hors du feu et attendez-vous à ce que le mélange mousse. En cas de brûlure, refroidissez la zone touchée sous l'eau courante froide pendant 20 minutes sans retirer ce qui colle à la peau. Consultez rapidement un médecin pour une brûlure étendue ou profonde (NHS).

Pour éviter la cristallisation

• Versez le sucre au centre de la casserole pour éviter que des grains secs n'adhèrent aux parois (America’s Test Kitchen).
• Pour un sirop sucre-eau simple, remuez seulement jusqu'à dissolution du sucre. Dès l'ébullition, faites tourner la casserole au lieu de remuer, car l'agitation peut provoquer la cristallisation (King Arthur Baking ; Exploratorium). Suivez la recette si des produits laitiers sont ajoutés : les mélanges caramel-lait nécessitent parfois de remuer sans cesse pour éviter que cela n'attache, comme dans la recette Mom’s Caramels de King Arthur Baking.
• Lavez les cristaux sur les parois avec un pinceau humide, ou couvrez brièvement la casserole pour que la vapeur les dissolve (King Arthur Baking).
• Ajoutez un ingrédient « perturbateur ». Le glucose ou sirop de maïs, le miel, le beurre ou un acide comme la crème de tartre ou le jus de citron gênent la cristallisation du saccharose (Exploratorium ; King Arthur Baking).

Caramélisation ou réaction de Maillard ?

Les deux réactions brunissent les aliments et développent la saveur, et peuvent se produire dans un même plat. La caramélisation nécessite uniquement du sucre et une chaleur élevée. La réaction de Maillard demande des sucres réducteurs et des acides aminés issus des protéines, peut se produire à des températures bien plus basses, et donne les saveurs grillées et salées de la croûte du pain, de la viande saisie, du café ou des fruits à coque torréfiés (Université de Guelph ; Exploratorium ; University of Richmond). Pour un tableau comparatif des ingrédients, températures, humidité et pH, consultez Maillard ou caramélisation.

Regroupez vos recettes de caramel

CookBook sauvegarde les recettes depuis des sites web, des publications sur les réseaux sociaux, des photos et des livres de cuisine, et les organise pour que vos recettes de sauce caramel, nougatine et crème caramel restent ensemble. En mode cuisine, vous pouvez ajuster le nombre de portions et le système de mesure. Les quantités d'ingrédients s'adaptent mais pas les temps de cuisson, donc continuez à juger le caramel à la couleur et à la température, pas à la minuterie. Découvrez comment ajouter et importer des recettes.

Sources

• NHS : Brûlures et ébouillantages
• King Arthur Baking : Mom’s Caramels
• ThermoWorks : Homemade Christmas caramels
• University of Illinois (Illinois Experts) : Investigation of thermal decomposition as the kinetic process that causes the loss of crystalline structure in sucrose (Part II), Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011
• ScienceDaily (University of Illinois College of ACES release) : Sugar doesn’t melt, it decomposes, scientists demonstrate
• University of Guelph, Department of Food Science (Rogers Lab) : Caramelization and Maillard reaction
• American Society of Baking (BAKERpedia) : Caramelization
• NIST : Metric kitchen, culinary temperature
• Exploratorium : Sugar stages
• Exploratorium : Science of candy, caramelization and caramels
• Exploratorium : What is sugar?
• Encyclopedia of Food and Culture (Encyclopedia.com) : Caramelization
• King Arthur Baking : How to make caramel
• America’s Test Kitchen : Salted caramels
• University of Richmond, Chemistry of Cooking : Guided inquiry activity 17, browning reactions (Wiley, 2016)