Für mich ist der Inbegriff der Herd-Alchemie die Herstellung von Karamell aus Haushaltszucker. Man beginnt mit raffinierter Saccharose, reiner kristalliner Süße, gibt sie in eine Pfanne und schaltet die Hitze ein. Wenn der Zucker über 320°F/160°C steigt, beginnen die festen Kristalle zu einem farblosen Sirup zu schmelzen. Dann, weitere 10 oder 20 Grad darüber, fängt der Sirup an, sich braun zu färben, verströmt ein reiches, köstliches Aroma und fügt seiner ursprünglichen Süße säuerliches, herzhaftes und bitteres hinzu.
Das ist die Magie des Kochens: Aus einem geruchlosen, farblosen, einfach süßen Molekül schafft Hitze hunderte verschiedener Moleküle, einige aromatisch und einige schmackhaft und einige farbig.
Wie macht Hitze aus Zucker Karamell? Wärme ist eine Art von Energie, die Atome und Moleküle dazu bringt, sich schneller zu bewegen. Bei Raumtemperatur sind die Saccharose-Moleküle unruhig, aber sie stehen an ihrem Platz und werden durch die Anziehungskräfte zu ihren Nachbarn ruhig gehalten. Wenn sich der Zucker in der Pfanne erhitzt, werden seine Moleküle immer nervöser, bis zu dem Punkt, an dem ihre Nervosität die Anziehungskräfte überwindet und sie von einer Gruppe von Nachbarn zu einer anderen springen können. Die festen Kristalle werden so zu einer frei fließenden Flüssigkeit. Dann, wenn die Temperatur der Zuckermoleküle weiter steigt, wird die Kraft ihres Zitterns und Springens stärker als die Kräfte, die ihre eigenen Atome zusammenhalten. Die Moleküle brechen in Fragmente auseinander, und die Fragmente schlagen hart genug aufeinander ein, um neue Moleküle zu bilden.
Das ist es, was ich seit vielen Jahren denke, zusammen mit den meisten Köchen und Konditoren und Kohlenhydratchemikern: Hitze schmilzt Zucker, und dann beginnt er auseinanderzubrechen und die köstliche Mischung zu bilden, die wir Karamell nennen.
Und wir haben uns alle geirrt.
Es stellt sich heraus, dass Zucker streng genommen nicht wirklich schmilzt. Und er kann karamellisieren, während er noch fest ist. Das haben die Chemikerin Shelly Schmidt und ihre Kollegen von der University of Illinois in einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie bewiesen.
Es ist erschreckend, dass so viele so lange über einen so grundlegenden Inhaltsstoff und Prozess falsch liegen konnten! Aber es ist auch eine seltene Gelegenheit, die Möglichkeiten des Grundlegenden neu zu überdenken. Hier ist ein Teller voller Möglichkeiten; scrollen Sie nach unten für mehr.
Professor Schmidts Gruppe machte ihre Entdeckung, als sie versuchte, den genauen Schmelzpunkt von Saccharose zu bestimmen. Die in der Fachliteratur angegebenen Werte variieren stark, und es war nicht klar, warum.
Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der sie sich von einem Feststoff in eine Flüssigkeit verwandelt und dabei ihre chemische Identität behält. Wenn sich zum Beispiel festes Eis in flüssiges Wasser verwandelt, bewegen sich die H2O-Moleküle schnell genug, um den Anziehungskräften ihrer Nachbarn zu entkommen, aber sie sind immer noch H2O. Und es spielt keine Rolle, wie schnell sich die Substanz erwärmt: Der Schmelzpunkt bleibt derselbe. Eis schmilzt bei 32°F/0°C. Immer.
Nach sorgfältiger Analyse fand Professor Schmidt heraus, dass immer dann, wenn Zucker heiß genug wird, um sich von einem Feststoff in eine Flüssigkeit zu verwandeln, auch einige seiner Moleküle auseinander brechen. Saccharose hat also keinen echten Schmelzpunkt. Stattdessen hat sie einen Temperaturbereich, in dem ihre Moleküle energiegeladen genug sind, um sich von ihren Nachbarn zu lösen, und einen Bereich, in dem sich die Moleküle auseinandersprengen und neue bilden. Und diese beiden Bereiche überschneiden sich. Wann immer Zucker heiß genug wird, um sich zu verflüssigen, zerfällt er auch und wird zu Karamell. Aber er fängt schon an, sich zu zersetzen, bevor er sich verflüssigt. Und je mehr der Zucker zerfällt, während er noch fest ist, desto niedriger ist die Temperatur, bei der er sich verflüssigt.
Wenn wir Karamell am Herd zubereiten, verwenden wir hohe Hitze, um den Zucker zu verflüssigen und dann in wenigen Minuten zu bräunen, und die Verflüssigungstemperatur kann bei über 380°F/190°C liegen. Aber die Gruppe von Professor Schmidt fand heraus, dass der Zucker sich bei 290°F/145°C verflüssigte, wenn sie die Hitze langsam, über eine Stunde hinweg, steigerten, so dass ein signifikanter chemischer Abbau stattfindet, bevor die feste Struktur nachgibt.
Ich habe die karamellisierten Zucker auf diesen Fotos hergestellt, indem ich Kristalle und Würfel in meinen Gasofen bei ca. 250°F/125°C legte, sie oben und unten mit Folie abschirmte, um Temperaturextreme durch das zyklische Heizelement zu vermeiden, und sie über Nacht und länger dort ließ. Bei den großen Zuckerkristallen, die ich in einem chinesischen Markt gekauft habe, ist es klar, dass der Zerfall und die Karamellisierung in der Mitte am schnellsten ist. Das mag daran liegen, dass sich in der Mitte Verunreinigungen konzentrieren, wenn die Kristalle entstehen, und die Verunreinigungen dann den Abbauprozess in Gang setzen.
Die Karamellhersteller wissen seit langem, dass der Schlüssel zum Karamellisieren, wie bei den meisten Arten des Kochens, die Kombination aus Kochtemperatur und Kochzeit ist. Aber die Temperaturen waren typischerweise sehr hoch, die Zeiten wurden in Minuten gemessen. Jetzt wissen wir, dass man niedrig und sehr langsam karamellisieren kann und etwas anderes erhält. Zuckerabbau findet sogar bei Lagertemperaturen statt, obwohl es Monate dauert, bis die Verfärbung und die Geschmacksveränderung spürbar werden. Für einen Hersteller ist dies eine unerwünschte Verschlechterung. Aber für einen Koch, der auf der Suche nach interessanten Zutaten ist, könnte es eine wünschenswerte Alterung sein.
In einem Follow-up zu ihren ersten wissenschaftlichen Berichten schrieb Professor Schmidt in Manufacturing Confectioner, dass
vom praktischen Standpunkt aus gesehen, die Karamellisierung als Bräunung von Saccharose durch Anwendung von Wärme über einen längeren Zeitraum betrachtet werden kann. So kann es möglich sein, die Karamellisierungsreaktion besser zu steuern, indem die Zeit-Temperatur-Bedingungen identifiziert werden, die die Produktion von erwünschten Karamellaromastoffen optimieren, während unerwünschte minimiert werden. Süßwarenhersteller und Zuckerhandwerker, bewaffnet mit diesen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen, könnten in der Lage sein, ihr Handwerk in unvorhersehbare Richtungen voranzutreiben.
Zum Beispiel: gealterter Zucker, gerösteter Zucker, Kristalle mit Karamellkern. Let the pushing begin!
Schmidt, S.J. Exploring the sucrose-water state diagram. Manufacturing Confectioner, January 2012, 79-89.
Lee, J. W. et al. Investigation of the heating rate dependency associated with the loss of crystalline structure in sucrose, glucose, and fructose using a thermal analysis approach (Part I). J Agric. Food Chemistry 2011, 59: 684-701.
Lee, J. W. et al. Investigation of thermal decomposition as the kinetic process that causes the loss of crystalline structure in sucrose using a chemical analysis approach (Part II). J. Agric. Food Chemistry 2011, 59: 702-12.