Карамелизация – это глубокий распад сахаров при t >100º С в слабокислой или нейтральной средах. Сахара теряют кристаллическую структуру и превращаются в аморфную массу с окраской от желтой до коричневой. Глубина процесса карамелизации зависит от вида сахара, его концентрации, температуры и продолжительности нагрева. Кислота катализирует процесс.
Карамелизация сахаров в растворе может идти как:
1) Дегидратация сахаров и
2) разложение моносахаридов (идет в 2 этапа)
Рассмотрим 1 вариант:
1. При карамелизации сахарозы (в виде сиропа) она подвергается гидролизу, а образующиеся моносахара (глюкоза и фруктоза) – ангидридизации, т.е. теряют молекулу воды и образуют ангидриды – глюкозан и фруктозан.
+H2O
C12 H22 O11 C6 H12 O6 + C6 H12 O6
гидролиз глюкоза фруктоза
+150º С
C6 H12 O6 C6 H10 O5
Глюкоза – H2O глюкозан (ангидрид) а)
+100º С + t
C6 H12 O6 C6 H10 O5
Фруктоза – H2O фруктозан (ангидрид)
б)
При дальнейшем нагревании, реакция идет по двум направлениям a) и б)
а) Ангидриды взаимодействуют между собой или с неизменным сахаром и дают продукты реверсии (конденсации), т.е. соединения с большим числом глюкозных единиц в молекуле, чем у исходного сахара. Это диангидриды и дисахариды.
б) Во втором случае продолжается обезвоживание ангидридов с образованием оксиметилфурфурола (ОМФ). ОМФ в дальнейшем либо разлагается на муравьиную и левулиновую кислоты (они каталитически ускоряют процесс), либо вступает в реакции уплотнения. На этом этапе появляются окрашенные вещества.
Схематично это можно изобразить так:
CH CH
– H2O ║ ║
C6 H10 O5 H2C – C C – C = O
ангидрид
OH O H
оксиметилфурфурол
Кислоты Реакции уплотнения
НСООН СН3СО(СН2)2СООН (полимеризации и поликонденсации)
муравьиная левулиновая
Рассмотрим 2 вариант (разложение моносахаридов):
Карамелизация глюкозы (в виде сиропа)
Под действием высоких температур глюкоза расщепляется (разрывается связь между 3 и 4 углеродными атомами) и образуются триозы: глицериновый альдегид и диоксиацетон.
Глицериновый альдегид и диоксиацетон после дегидратации образуют метилглиоксаль, а он, присоединяя молекулу воды, дает молочную кислоту. Последняя каталитически ускоряет обезвоживание сахара с образованием оксиметилфурфурола.
Вода, присутствующая в растворах сахаров, способствует их необратимым изменениям. Чем меньше в системе воды, тем меньше изменения сахаров. В сиропе сахара подвергаются большим изменениям, чем в сухом состоянии.
Н-С=О Н–С=О
і і глицериновый
Н-С-ОН СНОН альдегид
і і COOH
НО-С-Н + tº СН2ОН – H2O COH + H2O i
і ===> ====> i ====> СН2
Н-С-ОН СН2ОН C=O i
і і i СН3
Н-С-ОН С=О CH3 молочная
і і метил-глиоксаль кислота
СН2ОН СН2ОН
глюкоза диоксиацетон
Карамелизация сухой сахарозы
При нагревании сухой сахарозы по мере отщепления от ее молекулы воды образуются окрашенные соединения карамелан С12Н18О2 светло-соломенного цвета, карамелен С36Н50О25 – ярко-коричневого цвета и карамелин С24Н30О15 – темно-коричневого цвета, а в дальнейшем образуются гуминовые вещества. Продукты карамелизации сухой сахарозы
характеризуются различной растворимостью в воде: карамелен растворяется в холодной и горячей воде, карамелин – только в кипящей, гуминовые вещества в воде не растворяются (только в щелочах).
Деление продуктов карамелизации на карамелан, карамелен и карамелин условное, т.к. все это смесь вещества с различной степенью полимеризации, которые можно получить практически одновременно.
Состав сахарозы и продуктов ее карамелизации выражают формулой Сm(Н2О)n.
Под действием температуры отношение m:n меняется. У сахарозы m:n = 1,09. При отношении m:n = 1,3 появляются слегка окрашенные продукты, при m:n = 30 – интенсивно окрашенные.
В кулинарной практике с карамелизацией сахаров сталкиваются при запекании свеклы и яблок, уваривании концентрированных сахарных сиропов. Классический пример – приготовление жженки.
Продукты карамелизации влияют не только на изменение цвета готового продукта, но и способствуют формированию его аромата и вкуса, т.к. в процессе карамелизации образуются летучие вещества (кислоты, альдегиды) и вещества с различной степенью горечи, сладости и кислоты.