קרמליזציה

קרמליזציה היא תהליך השחמה שמתרחש עקב חימום ישיר של סוכרים ללא מעורבות של אנזימים. בתהליך זה מתרחשות תגובות פירוליזה, איזומריזציה, ושבירת קשרים בסוכר המחומם, שבעקבותיהן נוצרים הפולימרים הבלתי נדיפים קרמלאן, קרמלן, וקרמלין. עקב היווצרותם של הפולימרים הבלתי נדיפים ניתן להבחין בהופעת הגוונים החומים האופייניים לסוכרים שעוברים את תהליך הקרמליזציה. במסגרת התגובות המתרחשות בתהליך, נוצרים חומרים נדיפים לרבות הידרוקסי-מתיל-פורפוראל (HMF) ואצטילפוראן, היוצרים את הטעמים והריחות האופייניים לקרמל. כתבים משנת 65 לפני הספירה מעידים על שימוש בקרמל באימפריה הרומית, בעוד שהפרסום המדעי הרשמי אודות התהליך פורסם בשנת 1838 על-ידי הכימאי הצרפתי יוג'ין פליגו (אנ'). תהליך הקרמליזציה הוא תהליך פשוט לביצוע ומצריך שימוש בסוכר ובחום גבוה בלבד, אך התהליכים הכימיים המתרחשים במסגרתו מורכבים למדי. תהליך הקרמליזציה כולל בתוכו היווצרות תוצרים כימיים רבים מאוד בעלי השפעה על הטעמים והריחות הנוצרים במהלכו שעד ימינו לא התגלו במלואם. בין התהליכים המתרחשים בקרמליזציה ניתן למצוא: פירוק דו-סוכר לחד-סוכר. דו-הסוכר סוכרוז מתפרק לשני חד הסוכרים גלוקוז ופרוקטוז. ריאקציות דהידרציה ודחיסה במסגרתן מולקולות מגיבות אחת עם השנייה תוך שחרור מולקולות מים. היווצרות קשרים כפולים ושבירת קשרים כפולים. שבירת טבעות סוכר ויצירת מולקולות טבעתיות חדשות. שבירת קשרים גליקוזידים. יצירת חומצה אצטית. יצירת פורנים ופורפורלים. יצירת מלטול וג'נטיביוסה סוג הסוכר משפיע על הטמפרטורה ההתחלתית אשר תידרש להתחלת תהליך הקרמליזציה. הטמפרטורה ההתחלתית שתידרש להתחלת קרמליזציה עבור פרוקטוז עומדת על כ-105 מעלות צלזיוס, לעומת 170 מעלות צלזיוס עבור סוכרוז ו-150 מעלות צלזיוס עבור גלוקוז. הבדלים בטמפרטורה המינמלית הדרושה להתחלת הקרמליזציה נובעים כתוצאה מיכולתו של הסוכר לחזר, תכונות המשתנות בהתאם למבנה המרחבי של סוכרים שונים. במסגרת התגובות השונות שמתרחשות בתהליך הקרמליזציה משתחררים יוני הידרוניום אל הסביבה, דבר הבא לידי ביטוי בירידת ה-pH של הסביבה בה מתרחשת תגובת הקרמליזציה לערכי pH הנעים סביב 4–5. תהליך הקרמליזציה יואץ בסביבה חומצית יותר בה ה-pH נמוך מ-3 ובסביבה בסיסית יותר בה ה-pH גבוה מ-9. הוספת חומצה סולפונית תוך הורדת ה-pH בסביבה בה מתרחשת הקרמליזציה מובילה לירידה משמעותית בטמפרטורה הדרושה לביצוע תהליך הקרמליזציה. נוכחות של חומצות אמינו כמו אלאנין בסביבה בה מתרחש תהליך הקרמליזציה מזרזת את התהליך תוך יצירה מוגברת של החומרים הנדיפים והבלתי נדיפים שמקנים לקרמל את תכונותיו האופייניות והענקת טעם מתוק מוגבר. ישנו שימוש נרחב בתוצרי תהליך הקרמליזציה בתעשיית המזון למטרות שונות: שימוש בתוצרי קרמליזציה כצבע מאכל טבעי: שימוש נפוץ בתוצרי התהליך מתבצע בתעשיית המאפים, חטיפי האנרגיה, המשקאות הקלים, ואף במזונות המיועדים לבעלי חיים. קינוחים ודברי מתיקה: שימוש נרחב מתבצע בקרמליזציה בממתקים ובקינוחים, כאשר הנפוצים בהם הם ריבת חלב, קרם ברולה, רוטב קרמל, קרם קרמל, וסוכריות קרמל. נוגדי חמצון במזון: במסגרת תהליכי חימום אשר מתרחשים בתהליך ייצור של דבש, מתרחש תהליך קרמליזציה שבמסגרתו נוצר קרמל. לצד תוצרי הקרמליזציה האופיינים בדבש ובמוצרי מזון נוספים, נמצאו גם חומרים נוגדי חמצון שמקורם בתהליך הקרמליזציה. בעת קליית אגוזים, מתרחש תהליך קרמליזציה המקנה לאגוזים הקלויים את צבעם האופייני ואף מקנה להם תכונות אנטיאוקסידטיביות. מדיה וקבצים בנושא קרמליזציה בוויקישיתוף Aleksander Hejna, Mateusz Barczewski, Katarzyna Skórczewska, Joanna Szulc, Sustainable upcycling of brewers’ spent grain by thermo-mechanical treatment in twin-screw extruder, Journal of Cleaner Production 285, 2021-02, עמ' 124839 doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124839 Garima Sengar, Harish Kumar Sharma, Food caramels: a review, Journal of Food Science and Technology 51, 2014-09, עמ' 1686–1696 doi: 10.1007/s13197-012-0633-z P. Tomasik, M. Palasinski, S. Wiejak, ChemInform Abstract: The Thermal Decomposition of Carbohydrates. Part 1. The Decomposition of Mono-, Di-, and Oligo-Saccharides, ChemInform 22, 2010-08-22, עמ' no–no doi: 10.1002/chin.199140306 Lothar W. Kroh, Caramelisation in food and beverages, Food Chemistry, Interactions in Beverages 51, 1994-01-01, עמ' 373–379 doi: 10.1016/0308-8146(94)90188-0 Agnieszka Golon, Nikolai Kuhnert, Unraveling the Chemical Composition of Caramel, Journal of Agricultural and Food Chemistry 60, 2012-03-28, עמ' 3266–3274 doi: 10.1021/jf204807z Sandy Green, Food and cooking, London, 2004, ISBN 978-0-203-82514-3 Elena Suárez-Pereira, Enrique M. Rubio, Serge Pilard, Carmen Ortiz Mellet, Di-d-fructose Dianhydride-Enriched Products by Acid Ion-Exchange Resin-Promoted Caramelization of d-Fructose: Chemical Analyses, Journal of Agricultural and Food Chemistry 58, 2010-02-10, עמ' 1777–1787 doi: 10.1021/jf903354y H. H. M. Fadel, A. Farouk, [No title found], Amino Acids 22, 2002-03, עמ' 199–213 doi: 10.1007/s007260200008 Tsvetan Dimitrov Obretenov, Margarita Jordanova Kuntcheva, Stamat Christov Mantchev, Galia Dontcheva Valkova, ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF MELANOIDINES FROM MALT AND MALT ROOTS, Journal of Food Biochemistry 15, 1991-10, עמ' 279–294 doi: 10.1111/j.1745-4514.1991.tb00162.x M Rahardjo, M Sihombing, M K Anggraeni, Color development and antioxidant activity in honey caramel, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 443, 2020-02-01, עמ' 012041 doi: 10.1088/1755-1315/443/1/012041 Neslihan Göncüoğlu Taş, Vural Gökmen, Maillard reaction and caramelization during hazelnut roasting: A multiresponse kinetic study, Food Chemistry 221, 2017-04, עמ' 1911–1922 doi: 10.1016/j.foodchem.2016.11.159