An initiative of :



Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu





Sitekeuring.NET Award

Food-Info.net> Tematy > Barwniki żywności > Brązowienie

Karmelizacja

Karmelizacja jednym z najważniejszych procesów brązowienia żywności, do których należą także reakcje Maillarda i brązowienie enzymatyczne. Karmelizacja nadaje pożądaną barwę i zapach produktom piekarskim, ziarnu kawy, napojom, piwu i orzeszkom ziemnym. Przykładami niepożądanych skutków karmelizacji są zapach spalonego cukru i czarna barwa.

Karmelizacja powoduje istotne zmiany w żywności, nie tylko barwy ale także zapachu. Ponieważ w procesie karmelizacji nie uczestniczą enzymy, należy ona do reakcji brązowienia nieenzymatycznego.

Karmelizacja zachodzi w czasie suchego ogrzewania lub prażenia żywności zawierającej duże stężenie węglowodanów (cukrów).

W uproszczeniu, karmelizacja polega na oderwaniu cząsteczek wody z cukru (jak sacharoza lub glukoza) i następujących po tym procesów izomeryzacji i polimeryzacji. W rzeczywistości, proces karmelizacji jest szeregiem reakcji chemicznych, które wciąż nie są dostatecznie poznane.

Proces karmelizacji rozpoczyna się, gdy cukier stopi się w wysokiej temperaturze i zaczyna się pienić (wrzenie). Na tym etapie sacharoza rozkłada się do glukozy i fruktozy. Następnie zachodzi proces kondensacji, w którym poszczególne cukry tracą cząsteczki wody i wzajemnie ze sobą reagują tworząc na przykład bezwodnik fruktozy. W kolejnej fazie następuje izomeryzacja aldoz do ketoz i dalsze odwadnianie. W końcu, zachodzi szereg reakcji zarówno rozkładu (powstawanie związków zapachowych) jak i polimeryzacji (powstawanie barwy).

Karmelizacja rozpoczyna się w znacznie wyższej temperaturze, w porównaniu do innych reakcji brązowienia, a jej temperatura zależy od rodzaju cukru. Poniżej, w Tabeli 1 podano, początkową temperaturę karmelizacji niektórych pospolitych cukrów. Dane w tabeli dotyczą czystych substancji. W produktach żywnościowych zwykle występuje kilka różnych węglowodanów, a także inne składniki, które mogą mieć wpływ na temperaturę karmelizacji, jak również na poszczególne etapy reakcji, a w konsekwencji na powstałe związki zapachowe i związki barwne.

Tabela 1: Początkowa temperatura karmelizacji pospolitych węglowodanów

 

Cukier

Temperatura

Fruktoza

110° C

Galaktoza

160° C

Glukoza

160° C

Maltoza

180° C

Sacharoza

160° C

 

Największą szybkość zmiany barwy wykazuje fruktoza, ponieważ jej karmelizacja rozpoczyna się w niskiej temperaturze. Produkty piekarnicze sporządzone z miodem lub syropem fruktozowym są dlatego nieco ciemniejsze od tych sporządzonych z sacharozą.

W procesie karmelizacji wytwarza się kilka związków zapachowych oraz polimerowych form karmelu. Karmele są złożonymi mieszaninami różnych związków o dużej masie cząsteczkowej. Można je podzielić na trzy grupy:

  • Karmelany (C24H36O18)
  • Karmeleny (C36H50O25)
  • Karmeliny (C125H188O80)

Polimery te są często wykorzystywane jako barwniki w produktach żywnościowych, jak napoje typu cola, sos sojowy, słodycze i lody. Są oznaczone symbolem E150.

Karmel handlowy jest wytwarzany przez bezpośrednie ogrzewanie cukru lub przez ogrzewanie cukru w obecności amoniaku lub siarczynów. W rezultacie otrzymuje się karmele o zróżnicowanej barwie lub karmele obdarzone ładunkiem elektrycznym. Karmele stosowane do barwienia napojów bezalkoholowych powinny posiadać ładunek ujemny, aby zapobiec reakcji z fosforanami, następnie wytrącania się i utracie barwy. Z kolei, karmele stosowane w wyrobach piekarniczych powinny być obdarzone ładunkiem dodatnim.

Poszczególne fazy produkcji karmelu, o nazwach odnoszących się do charakterystyki otrzymanego produktu, przedstawiono w tabeli 2 poniżej. Faza tworzenia nici określa stan, w którym z ogrzewanego cukru można wyciągnąć miękką lub twardą nić, faza tworzenia kuli określa stan, w którym z cukru można uformować odpowiedni kształt, zaś faza określający pękanie oznacza, że cukier stwardnieje po schłodzeniu (i pęknie przy odkształcaniu). Nazwa karmel odnosi się do stanu, w którym następuje zmiana barwy.

Tabela 2: Etapy karmelizacji sacharozy (cukru stołowego)

 

Faza

Temperatura
°C

Opis i zastosowanie

Wygląd

1

Odparowanie wody

100

 

Cukier jest stopiony, a zanieczyszczenia unoszą się na powierzchni.

 

2

Niewielka nić

102

 

Brak zmiany barwy, łatwe schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie jako lukier.

3

Duża nić

104

 

Brak zmiany barwy, łatwe schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w konfiturach.

 

4

Niewielka kula

110 - 115

 

Brak zmiany barwy, trudniejsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w nadzieniach do ciast, włoskich bezach, masie pomadkowej, cukierkach krówkach i cukierkach ślazowych.

5

Duża kula

119 - 122

 

Brak zmiany barwy, gorsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w miękkich karmelach.

 

6

Łatwe pękanie

129

 

Brak zmiany barwy, gorsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w półtwardych cukierkach.

 

7

Trudne pękanie

 

165 - 166

 

Brak zmiany barwy, trudne schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w mlecznych i twardych cukierkach.

 

8

Bardzo trudne pękanie

168

 

Niewielka zmiana barwy, pęka się jak szkło przy schładzaniu, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w twardych cukierkach.

9

Jasny karmel

180

 

Barwa blado-bursztynowa do złoto-brązowej, intensywny zapach.

10

Średni karmel

180 - 188

 

Barwa złoto-brązowa do kasztanowej, intensywny aromat.

11

Ciemny karmel

 

188 - 204

 

Bardzo ciemny i gorzki, zapach przypalony. Zastosowanie do barwienia, lecz brak odpowiedniej słodkości.

12

Czarny Jack

210

 

Nazywany także “małpia krew”. W tej fazie cukier zaczyna się rozkładać do czystego węgla. Zapach spalenizny

 

W reakcji karmelizacji powstają także związki zapachowe. Ważnym związkiem zapachowym, wytwarzanym w pierwszych fazach karmelizacji jest diacetyl. Diacetyl odpowiada za zapach maślany lub mlecznych cukierków. Diacetyl powstaje nie tylko w procesie karmelizacji, ale może być także wytwarzany przez bakterie w fermentowanych produktach, jak piwo i jogurt

Poza diacetylem, powstają setki innych związków zapachowych, na przykład furany jak hydroksymetylofurfural (HMF) i hydroksyacetylofurfuran (HAF), furanony jak hydroksydimetylofuranon (HDF), dihydroksydimetylofuranon (DDF), oraz maltol z dwucukrów i hydroksymaltol z cukrów prostych.

Hydroksymetylofurfural (HMF) jest składnikiem pszczelego miodu, soków owocowych, mleka, a także tytoniu papierosowego. Hydroksyacetylofuran (HAF) ma słodkawy zapach i niski próg wykrywalności. Maltol ma smak przypominający świeży chleb i jest stosowany jako dodatek wzmacniający smak (E636) w chlebie i ciastkach.

Źródła:

 

 

 



European Masters Degree in Food Studies - an Educational Journey


Master in Food Safety Law



Food-Info.net is an initiative of Wageningen University, The Netherlands