Wyjaśnienie karmelizacji

Na czym polega karmelizacja

Karmelizacja to brązowienie cukru pod wpływem ciepła, bez udziału białek. Bezbarwny cukier zamienia się w brązowe barwniki i związki aromatyczne o maślanym, orzechowym, a przy mocniejszym podgrzaniu – gorzkim smaku. Podobnie jak reakcja Maillarda, jest to nieenzymatyczne brązowienie, ale reakcja Maillarda wymaga aminokwasów i cukru, a karmelizacja – tylko cukru (American Society of Baking; University of Guelph).

Brązowa skórka na mięsie to efekt reakcji Maillarda, a nie karmelizacji (Encyclopedia of Food and Culture). Miękkie cukierki karmelowe mogą powstawać na oba sposoby: gotowanie cukru ze śmietanką pozwala na brązowienie Maillarda (Exploratorium), a w innych przepisach najpierw karmelizuje się cukier, a potem dodaje śmietankę. ThermoWorks opisuje tę drugą metodę: cukier podgrzewa się do 177 °C (350 °F), następnie dodaje śmietankę i kończy gotowanie w 120 °C (248 °F).

Chemia w prostych słowach

Ciepło nie tylko topi sacharozę (cukier stołowy) i powoduje jej brązowienie. Badacze z Uniwersytetu Illinois odkryli, że kryształy sacharozy rozpadają się, bo cząsteczki już zaczynają się rozkładać – nazwali to „pozornym topnieniem”. Temperatura tego procesu zależała od szybkości podgrzewania, a glukoza i fruktoza zachowywały się podobnie. Produkty rozkładu, takie jak glukoza i hydroksymetylofurfural (HMF), pojawiały się już przy rozpadzie kryształów. Ponieważ rozkład zależy zarówno od czasu, jak i temperatury, cukier podgrzewany dłużej może się karmelizować znacznie poniżej zwykle podawanego punktu topnienia sacharozy.

Gdy cukier zaczyna się rozkładać, zachodzi wiele reakcji jednocześnie (University of Guelph):

• Rozszczepienie: sacharoza dzieli się na dwie części – glukozę i fruktozę. Ten etap nazywa się inwersją.
• Utrata wody: cukry kondensują się i odwadniają, oddając wodę.
• Rozpad: gdy zawartość wody spada, cząsteczki rozpadają się na małe, lotne związki aromatyczne. Diacetyl daje maślany, toffi aromat, a furany – orzechowy.
• Łączenie: inne fragmenty łączą się w duże, brązowe polimery zwane karmelanami, karmelenami i karmelinami, które nadają karmelowi kolor.

Gotowy karmel zawiera śladowe ilości nawet około stu różnych związków – słodkich, kwaśnych i gorzkich (Encyclopedia of Food and Culture), a naukowcy wciąż nie znają wszystkich etapów tego procesu (Exploratorium).

Kiedy różne cukry zaczynają się karmelizować

Każdy cukier zaczyna się brązowić w innej temperaturze. Te wartości traktuj jako orientacyjne początki procesu, a nie punkty topnienia: temperatura obniża się przy dłuższym podgrzewaniu, zmienia się pod wpływem pH i innych składników oraz różni się w zależności od źródła (University of Illinois; University of Guelph).

W praktyce miód bogaty we fruktozę brązowieje szybciej i mocniej niż cukier stołowy (Encyclopedia of Food and Culture; American Society of Baking).

Etapy koloru i smaku karmelu

Podczas gotowania sacharozy karmel przechodzi od przezroczystego, przez złoty, bursztynowy, ciemnobrązowy aż po czarny. Smak zmienia się wraz z kolorem: zbyt jasny karmel jest mało wyrazisty, a zbyt ciemny – spalony i gorzki (King Arthur Baking). Podawane temperatury dla poszczególnych kolorów mogą się różnić nawet o 10 °C (18 °F), dlatego warto kierować się także kolorem i zapachem, nie tylko termometrem.

NIST określa cały etap karmelizacji na 160–182 °C (320–360 °F), od jasnego złota do ciemnego bursztynu. America’s Test Kitchen gotuje swój syrop na solony karmel do koloru bursztynowego w 177 °C (350 °F). Zdejmij rondel z ognia tuż przed osiągnięciem docelowego koloru, bo karmel dalej się gotuje w gorącym naczyniu (King Arthur Baking).

Karmel suchy a karmel mokry

Karmel suchy to cukier podgrzewany bez dodatków, najlepiej w szerokim, płytkim rondlu. Jest szybszy, ale trudniej go kontrolować, bo może bardzo szybko zmienić kolor i się przypalić. Używaj niskiego lub średnio-niskiego ognia, rozprowadź cukier równą warstwą i delikatnie mieszaj silikonową szpatułką w trakcie topnienia (King Arthur Baking).

Karmel mokry zaczyna się od rozpuszczenia cukru w wodzie. Ten sposób jest wolniejszy i mniej ryzykowny pod względem przypalenia, dlatego King Arthur Baking poleca go osobom początkującym. Woda musi całkowicie odparować, zanim pojawi się kolor: syrop przechodzi przez etapy nitki, kuli i pęknięcia, a barwi się dopiero, gdy prawie nie ma już wody, czyli ok. 160 °C (320 °F) (Exploratorium). Pełną tabelę temperatur znajdziesz w naszym przewodniku po etapach syropu cukrowego.

Jak kwasowość i zasadowość wpływają na karmelizację

Według University of Guelph, karmelizacja przebiega najwolniej w pobliżu obojętnego pH (7), a przyspiesza w warunkach silnie kwaśnych (poniżej pH 3) i silnie zasadowych (powyżej pH 9). American Society of Baking również wskazuje najwolniejsze tempo przy pH 7 i najszybsze w środowisku kwaśnym, ale nie opisuje wpływu zasadowości.

W kuchni kwas ma znaczenie głównie przez inwersję: odrobina soku z cytryny lub kamienia winnego rozkłada część sacharozy na glukozę i fruktozę, co utrudnia powstawanie dużych kryształów (Exploratorium) i sprawia, że cukry zaczynają się brązowić w niższej temperaturze (University of Guelph). Najbardziej znany wpływ sody oczyszczonej na brązowienie dotyczy reakcji Maillarda – zobacz nasz przewodnik po reakcji Maillarda.

Jak zapobiegać przypalaniu i krystalizacji karmelu

Jak zapobiegać przypaleniu

• Użyj ciężkiego, jasnego rondla, by dobrze widzieć kolor (King Arthur Baking).
• Utrzymuj umiarkowany ogień i nie odchodź od garnka – karmel bardzo szybko przechodzi z bursztynu w spaleniznę; gdy osiągnie złoty kolor, zmniejsz ogień, by spowolnić końcowe brązowienie (America’s Test Kitchen).
• Aby natychmiast zatrzymać gotowanie, postaw spód garnka w lodowatej wodzie (King Arthur Baking).
• Podgrzej śmietankę lub masło przed dodaniem, wlewaj je powoli poza ogniem i spodziewaj się silnego pienienia. W przypadku oparzenia schładzaj miejsce pod bieżącą, chłodną wodą przez 20 minut i nie zdejmuj niczego, co przykleiło się do skóry. Przy dużym lub głębokim oparzeniu natychmiast skonsultuj się z lekarzem (NHS).

Jak zapobiegać krystalizacji

• Wsyp cukier na środek garnka, by suche kryształki nie przyklejały się do ścianek (America’s Test Kitchen).
• Przy zwykłym syropie cukrowo-wodnym mieszaj tylko do rozpuszczenia cukru. Gdy zacznie się gotować, zamiast mieszać – poruszaj garnkiem, bo zbyt energiczne mieszanie może wywołać krystalizację (King Arthur Baking; Exploratorium). Po dodaniu nabiału postępuj zgodnie z przepisem: mieszanki karmelowe z nabiałem mogą wymagać ciągłego mieszania, by nie przypaliły się, jak w przepisie King Arthur Baking na Mom’s Caramels.
• Zmyj kryształki ze ścianek wilgotnym pędzelkiem lub przykryj garnek na chwilę, by para je rozpuściła (King Arthur Baking).
• Dodaj składnik zakłócający krystalizację. Glukoza, syrop kukurydziany, miód, masło lub kwas (np. kamień winny czy sok z cytryny) utrudniają tworzenie się kryształów sacharozy (Exploratorium; King Arthur Baking).

Karmelizacja a reakcja Maillarda

Oba procesy brązowią jedzenie i budują smak, a mogą zachodzić w tej samej potrawie. Karmelizacja wymaga tylko cukru i wysokiej temperatury. Reakcja Maillarda potrzebuje cukrów redukujących i aminokwasów z białka, zachodzi już w dużo niższych temperaturach i odpowiada za pieczony, wytrawny smak skórki chleba, mięsa, kawy czy orzechów (University of Guelph; Exploratorium; University of Richmond). Porównanie składników, temperatur, wilgotności i pH znajdziesz w przewodniku: reakcja Maillarda a karmelizacja.

Zachowaj swoje przepisy na karmel w jednym miejscu

CookBook pozwala zapisywać przepisy z internetu, postów w mediach społecznościowych, zdjęć i książek kucharskich oraz wygodnie je porządkować – dzięki temu sosy karmelowe, kruche karmelki czy crème caramel masz zawsze pod ręką. W trybie gotowania możesz zmienić liczbę porcji i system miar. Ilości składników się przeliczają, ale czas gotowania nie – dlatego karmel oceniaj zawsze po kolorze i temperaturze, nie według zegarka. Zobacz jak dodać i importować przepisy.

Źródła

• NHS: Burns and scalds
• 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)