Khi cho đường vào nồi và đun trên lửa nhỏ, đến một lúc nào đó, những hạt đường trắng sẽ tan thành chất lỏng trong suốt, rồi chuyển sang màu vàng óng và cuối cùng là màu hổ phách đậm. Hương thơm ngọt ngào pha chút đắng lan khắp bếp, và khi để nguội, phần siro ấy sẽ trở thành kẹo hoặc sốt caramel phủ trên bánh pudding. Đường vốn chỉ có vị ngọt đã biến thành những chất mới có cả màu sắc, hương thơm và vị đắng; sự biến đổi này được gọi là “sự caramel hóa (Caramelization)”.
Nói một cách đơn giản, caramel hóa là “phản ứng trong đó các phân tử đường phân hủy rồi liên kết lại khi đường được đun ở nhiệt độ cao, tạo ra các chất màu nâu và thành phần hương thơm”. Phản ứng này cũng ẩn sau vị ngọt của hành tây nướng, lớp mặt giòn của crème brûlée và màu đậm của cola.
Trong tài liệu này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu nguyên lý và điều kiện nhiệt độ để xảy ra sự caramel hóa, sự khác biệt với phản ứng Maillard, ứng dụng trong nấu ăn và công nghiệp thực phẩm, cùng những vấn đề an toàn cần biết.
Hóa học của nhiệt biến vị ngọt thành màu sắc và hương thơm
Sự caramel hóa diễn ra như thế nào?
Caramel hóa là một dạng hóa nâu không do enzyme, trong đó màu sắc thay đổi chỉ nhờ nhiệt mà không cần enzyme. Đây là quá trình phức tạp tạo ra đồng thời hàng trăm chất hóa học, nên đến nay vẫn chưa làm sáng tỏ được tất cả các giai đoạn, nhưng diễn tiến chính đã được xác định.
(1) Phân hủy và tách nước
Sucrose, thành phần chính của đường ăn, trước tiên sẽ phân tách thành glucose và fructose khi được gia nhiệt. Sau đó, nước tách khỏi các phân tử đường, cấu trúc của chúng thay đổi hoặc bị phân cắt thành những phần nhỏ hơn, tạo ra nhiều chất trung gian.
(2) Trùng hợp và các chất màu nâu
Các mảnh đã bị phân cắt lại liên kết với nhau để tạo thành những phân tử lớn. Ba nhóm polyme hình thành lúc này, gọi là caramelan, caramelen và caramelin, tạo nên màu nâu. Càng đun lâu, lượng phân tử lớn càng tăng, khiến màu đậm hơn và vị ngọt giảm đi.
(3) Các thành phần hương thơm
Trong quá trình phản ứng, các chất dễ bay hơi cũng được tạo ra, như diacetyl (Diacetyl) có mùi giống bơ, các hợp chất furan có mùi hạt hoặc mùi rang nướng, và maltol (Maltol) có hương ngọt ngào. Hương vị đặc trưng của caramel là kết quả hòa quyện của những thành phần này.
Nhiệt độ khác nhau ở từng loại đường và sự khác biệt với phản ứng Maillard
Nhiệt độ mà sự caramel hóa diễn ra mạnh khác nhau tùy loại đường. Các giá trị do Harold McGee, tác giả cuốn “Thực phẩm và nấu ăn (On Food and Cooking)”, tổng hợp như sau.
- Fructose (Fructose): Phản ứng bắt đầu ở khoảng 105 độ, nên đây là loại đường chuyển sang màu nâu sớm nhất.
- Glucose (Glucose): Phản ứng diễn ra mạnh ở khoảng 150 độ.
- Sucrose (Sucrose): Đây là đường ăn chúng ta thường dùng, bắt đầu lên màu rõ rệt ở khoảng 170 độ.
- Maltose (Maltose): Cần nhiệt độ tương đối cao, khoảng 180 độ.
Độ axit cũng làm thay đổi tốc độ phản ứng. Phản ứng chậm nhất ở quanh pH 7, gần mức trung tính, và càng nhanh khi chuyển về phía axit hoặc kiềm. Nếu có lẫn các tạp chất như mật rỉ trong đường nâu sẫm, phản ứng sẽ xảy ra dễ dàng hơn.
Phản ứng Maillard (Maillard Reaction), vốn thường bị nhầm lẫn với caramel hóa, cũng là sự hóa nâu không do enzyme, nhưng chỉ xảy ra khi đường gặp các axit amin của protein. Điểm khác biệt là caramel hóa là phản ứng trong đó riêng đường bị nhiệt phân hủy mà không cần axit amin. Màu nâu xuất hiện khi nướng thịt chủ yếu là do phản ứng Maillard, còn màu nâu của siro chỉ được làm bằng cách đun chảy đường là do caramel hóa.
Ứng dụng của caramel hóa trong nhà bếp và nhà máy
(1) Caramel hóa trong nấu ăn
Những ví dụ tiêu biểu là sốt caramel, kẹo, crème caramel và crème brûlée. Khi xào hành tây lâu, vị ngọt sẽ đậm hơn và hành chuyển sang màu nâu; để xào đúng mức cần khoảng 30 đến 45 phút. Hành tây cũng chứa axit amin nên phản ứng Maillard cũng xảy ra trong quá trình này.
(2) Phát hiện rằng đường không nóng chảy
Năm 2011, nhóm nghiên cứu của giáo sư Shelly Schmidt tại Đại học Illinois, Hoa Kỳ, công bố kết quả nghiên cứu cho thấy đường không nóng chảy ở một nhiệt độ cố định mà phân hủy và chuyển sang trạng thái giống chất lỏng. Nhóm nghiên cứu gọi hiện tượng này là “sự nóng chảy biểu kiến (Apparent Melting)” và cho thấy sự caramel hóa có thể xảy ra ngay cả ở nhiệt độ thấp nếu đun đủ lâu.
(3) Phẩm màu thực phẩm: màu caramel
Trong các nhà máy thực phẩm, người ta đun đường cùng axit, kiềm hoặc muối để tạo ra màu caramel. Theo phân loại quốc tế, màu caramel được chia thành bốn nhóm: caramel thông thường nhóm 1 chủ yếu dùng trong whisky và bánh kẹo; caramel sulfit nhóm 2 dùng trong trà và brandy; caramel amoniac nhóm 3 dùng trong bia và nước tương; caramel sulfit amoniac nhóm 4 dùng trong nước giải khát có ga như cola.
Các vấn đề an toàn liên quan đến caramel hóa
Caramel hóa là một kỹ thuật nấu ăn lâu đời, nhưng cũng có một số điểm cần xem xét.
(1) Tranh luận về 4-MEI
Trong màu caramel nhóm 3 và nhóm 4 được sản xuất bằng amoniac, một sản phẩm phụ gọi là 4-methylimidazole (4-Methylimidazole), viết tắt là 4-MEI, được hình thành. Dựa trên kết quả thí nghiệm trên động vật, bang California của Hoa Kỳ đã đưa chất này vào danh sách chất gây ung thư vào năm 2011, và Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cũng tiếp tục theo dõi hàm lượng của nó. Tuy nhiên, chưa có kết luận rằng chất này gây nguy hiểm cho con người ở mức tiêu thụ thông thường.
(2) Gia nhiệt quá mức
Nếu quá trình caramel hóa diễn ra quá mức, vị đắng và mùi cháy sẽ trở nên mạnh hơn, đồng thời lượng các chất như 5-hydroxymethylfurfural (5-Hydroxymethylfurfural) cũng tăng lên. Vì vậy, khi nấu ăn, cần tắt bếp khi đạt được màu mong muốn, còn các công ty thực phẩm kiểm soát chất lượng bằng cách quy định nhiệt độ và thời gian.
Caramel hóa là quá trình hóa học nhờ nhiệt biến đường thông thường thành nguyên liệu có màu sắc, hương thơm và vị đậm đà. Vì kết quả thay đổi tùy theo loại đường, nhiệt độ, độ axit và thời gian gia nhiệt, cả đầu bếp lẫn nhà khoa học thực phẩm đều xử lý phản ứng này một cách tinh tế. Hiểu được nguyên lý sẽ giúp tạo ra thành phẩm ngon hơn ngay từ cùng một loại đường.
Biết kiên nhẫn chờ đợi với mức lửa phù hợp chính là bước đầu tiên để làm nên caramel ngon.
