La caramellizzazione è un processo non enzimatico che, insieme alla reazione di Maillard, porta alla formazione di composti di colore bruno.
La reazione, che avviene ad alte temperature, coinvolge gli zuccheri sia aldosi che chetosi presenti nell’alimento e provoca non solo a variazioni di colore ma anche di aroma.
La caramellizzazione infatti è una reazione di degradazione termica ed ossidativa degli zuccheri, presenti come tali o in soluzioni acquose concentrate, che porta alla formazione di sostanze volatili che conferiscono il tipico aroma e a composti brunastri tipici del caramello e si verifica durante il riscaldamento di prodotti alimentari con una elevata concentrazione di zuccheri.
Durante il processo avviene la rimozione dell’acqua sotto forma di vapore dallo zucchero seguita da una complessa serie di reazioni chimiche non del tutto note che coinvolgono una isomerizzazione e una polimerizzazione.
Poiché il processo di caramellizzazione inizia con la fusione dello zucchero e inizia a temperature relativamente elevate rispetto alle altre reazioni di imbrunimento la temperatura a cui avviene dipende dal tipo di zucchero. Si ritiene che gli Arabi ottennero per la prima volta il caramello nel 1000 d.C. cristallizzando lo zucchero in acqua bollente.
Tabella delle temperature di caramellizzazione
| Zucchero | Temperatura °C |
| Fruttosio |
110 |
| Galattosio |
160 |
| Glucosio |
160 |
| Maltosio |
180 |
| Saccarosio |
160 |
In tabella vengono riportate le temperature di caramellizzazione di alcuni zuccheri ma bisogna tener presente che negli alimenti sono spesso presenti più zuccheri e altri componenti che possono influenzare la temperatura caramellizzazione nonché le diverse reazioni, e quindi i sapori finali e colori che vengono prodotti.
Il fruttosio che ha la temperatura di caramellizzazione minore e il miele che contiene prevalentemente fruttosio sono quindi le specie che danno luogo per primi al fenomeno dell’imbrunimento.
La reazione di frammentazione degli zuccheri durante il riscaldamento dà luogo alla formazione di composti a basso peso molecolare volatili che conferiscono il tipico aroma.
Le successive reazioni di polimerizzazione portano alla formazione di composti ad alto peso molecolare che contribuiscono al colore marrone scuro.
Reazioni
I tipi di reazione che avvengono durante il processo di caramellizzazione sono:
1) Reazione di inversione del saccarosio in glucosio e fruttosio
2) Reazioni di condensazione
3) Formazione di legami intramolecolari
4) Isomerizzazione di aldosi e chetosi
5) Reazioni di disidratazione
6) Reazioni di frammentazione
7) Formazione di polimeri insaturi
Nel caso della caramellizzazione del saccarosio si formano tre prodotti principali: il caramellana C12H18O9 che è un prodotto di disidratazione e due polimeri ovvero il caramellene C36H50O25 e il caramellino C125H188O80secondo le reazioni:
2 C12H22O11→4 H2O + 2 C12H18O9
3 C12H22O11→8 H2O + C36H50O25
l’ulteriore riscaldamento produce il caramellino. Il caramellana è un solido deliquescente di colore marrone e dal sapore amaro, solubile in acqua con una temperatura di fusione tra 136 e 144 °C.
Il caramellene è una sostanza non deliquescente di colorazione più intensa rispetto al caramellana con temperatura di fusione di 153.5-154°C
Il caramellino si trova sotto tre forme di cui una solubile in acqua fredda, una solubile in acqua bollente e una insolubile.
Un buon caramello dovrebbe contenere particelle colloidali che non precipitano durante la conservazione o nei prodotti a cui viene aggiunto caramello.
Le sostanze responsabili del gusto del caramello sono il diacetil 2,3-butendione sostanza prodotta durante la prima fase della caramellizzazione che conferisce un sapore burroso, gli esteri e i lattoni che danno il sapore di rum, i furani che hanno sapore di nocciola e il maltolo che ha un sapore tostato.