מאיר שאל: בכל הספרים כתוב שטמפרטורת הקרמליזציה היא 160 מעלות, אך שמתי לב שלעתים קרובות, בקרמליזציה יבשה, הסוכר מתחיל להשחים גם בטמפרטורות נמוכות יותר. הכיצד?

קרמליזציה, בדומה לתגובות מאיאר, היא תהליך שרשרת שבו נוצרות מולקולות טעם וריח חדשות וכן מולקולות בעלות צבע חום. בעקבות חימום הסוכר, מתפרקות המולקולות שלו ותוצרי הפירוק מגיבים ביניהם ליצירת מולקולות חדשות וכן הלאה. מתקבלת תערובת עשירה של מולקולות טעם, ריח וצבע, ביניהן אצטאלדהיד, חומצה אצטית, אתאנול, אתיל אצטאט, מלטול ופוראן. ככל שעולים בטמפרטורה, התגובה מהירה יותר, ונוצרות יותר מולקולות מרות ופחות מולקולות מתוקות והצבע מתכהה. את הקרמליזציה ניתן לעשות בשיטה היבשה, בה מחממים סוכר לבדו, או בשיטה הרטובה, בה מרתיחים סירופ סוכר עד שכל המים מתאדים, סביב 160 מעלות צלסיוס.

מה מתרחש בתהליך הקרמליזציה? שנים רבות חשבו שבשלב ראשון, בחום גבוה, הסוכר ניתך, ולאחר מכן מתפרק. התכה היא מעבר של חומר גבישי ממצב צבירה מוצק למצב צבירה נוזלי. בדרך-כלל, חומר נקי ניתך בטמפרטורה קבועה וחדה, וללא קשר לזמן ולקצב החימום. זו נקראת "התכה תרמודינמית". למשל, קרח יינתך תמיד בטמפרטורה של אפס מעלות צלסיוס. כימאים משתמשים בנקודת ההתכה כאחד הפרמטרים לזיהוי ואיפיון דרגת הניקיון של חומרים במעבדה.

עם סוכר המצב שונה. לאורך השנים דווחו בספרות נתונים שונים לנקודות ההתכה של סוכרוז, גלוקוז ופרוקטוז. נקודת ההתכה לא היתה חדה אלא התפרסה על-פני טווח טמפרטורות רחב, והיא השתנתה בהתאם לקצב החימום של הדוגמא הנבדקת ושיטת המדידה. ההסברים השונים שניתנו לא היו מספקים. קבוצת המחקר של פרופ' שלי שמידט מאוניברסיטת אילינוי בארה"ב בדקה את התהליכים שמתרחשים בזמן חימום סוכר בעזרת שתי גישות אנליטיות, תרמית וכימית. תוצאות המחקרים פורסמו ב- 2011, והן מאירות באור חדש לגמרי את התהליכים המתרחשים במהלך חימום הסוכר.

החוקרים מצאו שמולקולות הסוכר לא ניתכות (לא עוברות התכה תרמודינמית) אלא מאבדות את המבנה הגבישי ומתפרקות בחימום (התפרקות תרמית), ולא רק זאת, אלא שהתהליך הוא תלוי זמן וטמפרטורה. כלומר, בעוד שהתכה תרמודינמית מתרחשת בטמפרטורה אחת ללא קשר לזמן החימום, ההתפרקות תרמית בסוכר היא תהליך משולב זמן-טמפרטורה. כיוון שאיבוד המבנה הגבישי בסוכרים מתרחש כפונקציה של זמן וטמפרטורה, הוא יכול להתרחש גם בטמפרטורות נמוכות בהרבה מטמפרטורות ה"התכה" שדווחו, אם יחומם הסוכר מספיק זמן. החוקרים מציעים לקרוא לתהליך "התכה לכאורה", apparent melting.

תגלית מעניינת היא שחימום בטמפרטורה נמוכה למשך זמן רב גורם לפירוק רב יותר, כלומר מתקבלים יותר תוצרי פירוק, לעומת חימום קצר בטמפרטורה גבוהה. כמו-כן, נראה שקרמליזציה מתרחשת גם מעצמה, בטמפרטורת החדר, לאורך חודשים ארוכים.

לגילויים אלה חשיבות רבה בתעשיות המזון והתרופות למטרות של בקרת איכות ופיתוח מוצרים חדשים, וכמובן בתחום הבישול. כיוון שברור כעת שניתן לקבל תוצרי קרמליזציה שונים בטמפרטורות ומשכי זמן שונים, ניתן לשחק עם זמן וטמפרטורת הבישול כדי לקבל הבדלים בדרגת המתיקות, מגוון הטעמים האחרים, הצבע, המרקם ואורך חיי-המדף של התוצר.

הרולד מקגי כבר החל בניסוייםבאפיית סוכר… אשמח לשמוע על הניסויים שלכם.

לקריאה נוספת:

Lee, J.W., Thomas, L.C. and Schmidt S.J., 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 Chem., 2011, 59 (2), pp 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 Chem., 2011, 59 (2), pp 702–712