La science derrière la caramélisation – The Food Untold

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Sauce au caramel, bonbons au caramel, cola et oignons caramélisés, ce ne sont que quelques produits de la caramélisation. Mais qu’est-ce que la caramélisation ? Cela peut sembler simple, mais non, ce n’est pas le cas. En fait, comme la réaction de Maillard, la caramélisation est un processus très complexe que les scientifiques et les experts ne comprennent pas parfaitement. Mais voici le truc, nous allons discuter de choses que la science a connues jusqu’à présent sur la caramélisation. Nous répondrons à des questions telles que « Pourquoi la caramélisation crée-t-elle des couleurs et des saveurs désirables dans les aliments ? » Ou « comment accélérer le processus de caramélisation en cuisine ?

Alors plongeons dedans.

QU’EST-CE QUE LA CARAMELISATION ?

La caramélisation est un processus de chauffage des glucides ou des sucres. La température élevée entraîne la formation de nouveaux composés et le brunissement, deux changements souhaitables dans les aliments. La caramélisation est l’une des deux formes de brunissement non enzymatique qui se produisent dans les aliments, l’autre est la réaction de Maillard. La principale différence entre les deux est que la caramélisation implique la pyrolyse des sucres tandis que la réaction de Maillard est la réaction entre les sucres et les acides aminés (protéines).


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QUE SE PASSE-T-IL EXACTEMENT PENDANT LA CARAMELISATION ?

La caramélisation nécessite une température plus élevée pour se produire. La réaction de Maillard commence généralement à une température de 212 °F (100 °C) à 284 °F (140 °C). La caramélisation, en revanche, se produit au-dessus de 248 °F (120 °C) à 356 °F (180 °C). La température dépend de nombreuses variables. Et une chose est la température de caramélisation du sucre. Une fois que la température est suffisamment élevée, les sucres, comme le saccharose, par exemple, se dégradent sous forme de sucre complexe en sucres simples fructose et glucose.

Le saccharose est un disaccharide et non un sucre réducteur. Par conséquent, doit d’abord être converti en sucres simples glucose et fructose.

Au fur et à mesure que le chauffage se poursuit, il y a une réduction des molécules d’eau car les sucres simples se réunissent pour former de l’anhydride de saccharose. Il s’agit d’une réaction de condensation (également appelée déshydratation) où 2 molécules se joignent par une liaison covalente par la perte d’une molécule d’eau.

Ensuite, des collisions se produisent qui permettent la formation de milliers de composés volatils, allant de l’amer au piquant au beurre.

Bien qu’il soit possible de chauffer les sucres pendant une période prolongée, cela peut produire un résidu de carbone brûlé. Les sucres sont constitués d’anneaux d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. L’oxydation totale ou la combustion des sucres convertira tous les atomes en CO2 et H2O. Cela ne laisse rien derrière. Cela se produit généralement lorsque la température est de 410 °F (210 °C). Cette étape de caramélisation est aussi appelée black jack ou sang de singe pour une raison évidente.

Formation de polymère

L’oxydation conduit à de longs polymères de sucres ainsi qu’à des composés volatils plus courts d’arômes complexes. La polymérisation est un processus dans lequel de petites molécules se combinent pour former un polymère.

Généralement, les polymères composés de jusqu’à 6 molécules de glucose/fructose fusionnées sont modifiés chimiquement, produisant de gros produits de caramel non volatils.

Généralement, il existe trois groupes de polymères : les caramelanes (C24H36O18), caramélines (C125H188O80), et caramelens (C36H50O25). Ils sont responsables des couleurs brunes et des saveurs pendant la cuisson. Ces grosses molécules brunes sont également responsables de la viscosité et du caractère collant des aliments.

Voir ci-dessous pour leurs caractéristiques distinctes

POLYMÈRE CARACTÉRISTIQUES
Caramelans (C24H36O18) Premiers produits des réactions de polymérisation. Forme par perte de 12 molécules d’eau. Cela équivaut à une perte de poids d’environ 9 %. Responsable de la couleur noisette et du goût amer.
Caramelens (C36H50O25) Composés brun plus foncé que les caramelans. Se forme par perte de 8 molécules d’eau lorsque le sucre se condense avec d’autres réactifs. Cela équivaut à une perte de poids d’environ 15 %.
Caramelines (C125H188O80) Produits de chauffage plus long du sucre. Saveur plus foncée et profonde. Cela équivaut à une perte de poids d’environ 22%. Ne se dissout pas très bien dans l’eau.

Formation de composés volatils

Le caramel, produit de caramélisation dans des bocaux en verre.
De nombreux desserts peuvent être nappés de sauce caramel

La sensation sucrée et beurrée et la sensation crémeuse que nous ressentons des aliments caramélisés sont des produits de composés aromatiques. Ces composés sont volatils. Ainsi, ils voyagent facilement dans notre nez et se lient à nos récepteurs olfactifs.

Ces composés comprennent des furanes comme l’hydroxyméthylfurfural (HMF) et l’hydroxyacétylfurane (HAF). Les furanes dégagent une saveur sucrée et de noisette.

Le 4-méthylimidazole (4-MEI), un composé également produit par réaction de Maillard, se trouve dans des produits tels que le café, les bières et certains colas comme arôme et couleur.

Le diacétyle est responsable du goût de caramel et de beurre. Il se forme au début du processus de caramélisation.

Les esters et les lactones donnent aux aliments des saveurs rappelant le rhum, ainsi que des saveurs sucrées et fruitées.

Les composés carbocycliques, y compris la cyclopenténone, la 3-méthyl-2-cyclopenténone, donnent une saveur sucrée semblable à celle du café.

À ce jour, il y a eu plus de 300 composés majeurs et plusieurs milliers de composés identifiés. Ces chiffres montrent à quel point la caramélisation est complexe. Néanmoins, des études sont en cours pour identifier davantage de ces composés, grâce à la spectrométrie de masse. Les composés peuvent être isolés et utilisés comme ingrédient aromatique dans la fabrication.

PRODUITS DE CARAMELISATION

La plupart des plats au restaurant ou à la maison ont des réactions de caramélisation et de Maillard qui se produisent simultanément. Par exemple, la couleur brun doré du pain et d’autres produits de boulangerie est due à la caramélisation des sucres et des dextrines en hydroxyméthyl furfural et furfural, aux réactions de Maillard et à la carbonisation des protéines, des graisses et des sucres. Dans la plupart des cas où il y a une grande quantité d’eau impliquée, la plupart du brunissement est la caramélisation.

Alors que la réaction de Maillard est prédominante dans les faibles niveaux d’eau et le pH supérieur à 6. Oignons caramélisés, pain cuit au four, caramel, pain grillé et plus encore ! Il serait difficile d’imaginer comment ces aliments se révéleraient sans caramélisation. Les légumes riches en sucres comme le maïs, les pommes de terre, les oignons et les carottes sont parfaits pour la caramélisation.

Dans l’industrie alimentaire, les produits à base de caramel sont fabriqués comme ingrédients aromatisants et colorants. Ceux-ci peuvent être produits en chauffant des glucides seuls, ou en présence d’un réactif (base, acide ou sel). Les fabricants de caramel utilisent couramment le saccharose, qui caramélise le plus rapidement à 230 °F (110 °C). D’autres sucres tels que la mélasse, le sucre inverti, le D-glucose et le D-fructose peuvent également être utilisés.

On peut se demander pourquoi les fabricants ajoutent du réactif lors de la production de caramel ? Les glucides seuls ne peuvent-ils pas suffire ?

Eh bien, comme nous pouvons le constater sur de nombreuses étiquettes de produits alimentaires, le caramel a de nombreuses applications, des produits de boulangerie aux bières. Et ces produits ont leurs propres propriétés distinctes. Ainsi, le caramel nature peut parfaitement fonctionner pour l’un, mais peut ne pas être le même pour l’autre. Ce qui rend la couleur caramel plus idéale, c’est qu’elle ne modifie pas et n’affecte pas de manière significative le profil de saveur du produit final.

Pour plus de détails sur la couleur caramel, consultez cet article : Colorant caramel (E150) : qu’est-ce que c’est comme additif alimentaire ?

FACTEURS AFFECTANT LA CARAMELISATION

Températures de caramélisation des sucres

Plusieurs facteurs influencent le degré de caramélisation des aliments. Les premières choses sont le type de sucre et la température. Les sucres ont des exigences de température variables pour entrer dans la caramélisation. Parmi les sucres, le fructose caramélise le plus rapidement à une température de 230 °F (110 °C) car il est plus affecté par la dégradation acide. C’est pourquoi le miel, qui contient plus de fructose que les autres sucres, caramélise plus rapidement que le sucre de table. Les produits de boulangerie à base de fructose ou de miel ont une couleur nettement plus foncée. Le galactose, le glucose et le saccharose (sucre de table) caramélisent tous à 320 °F (160 °C). Tandis que le maltose caramélise à 360 °F (180 °C).


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Le pH ou l’acidité et la basicité de la solution de sucre affectent également la caramélisation. À pH presque neutre (autour de 7,0), la vitesse de caramélisation est la plus lente. Idéalement, vous voudriez abaisser le pH à au moins 3,0 ou l’augmenter à au moins 9,0 pour accélérer le processus. Étonnamment, cela fonctionne toujours à des températures plus basses ! J. Kenji López-Alt de Mangez sérieux partagé que l’ajout d’un peu de bicarbonate de soude aide à caraméliser les oignons beaucoup plus rapidement. Le bicarbonate de soude ou le bicarbonate de sodium a un pH d’environ 8,3. Des acides comme le jus de citron vert peuvent également être utilisés pour accélérer le processus.

Lors de la production de colorant caramel, comme déjà évoqué, les fabricants utilisent des réactifs ou des catalyseurs pour faciliter le processus de caramélisation. Par exemple, chauffer un sirop avec de l’acide sulfurique (en présence d’ammoniac) produit des polymères de couleur intense (sucre couleur). Outre les composés sulfites comme le sulfite de potassium (K2SO3), des composés d’ammonium sont également utilisés. Une étudier ont découvert que parmi les catalyseurs étudiés, l’hydroxyde d’ammonium (NH₄OH) était le meilleur catalyseur pour la production de caramel.

Autres références:

P. Fellows (2000). Technologie de transformation des aliments. Éditions Woodhead

J. Provost, K. Colabroy, B. Kelly et M. Wallert (2016). La science de la cuisine. John Wiley & Fils. Inc.

J. deMan, J. Finley, WJ Hurst et C. Lee (2018). Principes de chimie alimentaire (4e édition). Springer


C’est donc à peu près tout – la science derrière la caramélisation. Avons-nous raté quelque chose? Ou vous souhaitez ajouter quelque chose ? Dans tous les cas, laissez un commentaire ci-dessous. L’apprécie beaucoup.

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