焦糖制作背后的科学原理

2021年 4月 6日

许多人(包括我自己)都喜欢看一档烹饪比赛节目The Great British Bake Off :不仅节目有趣,而且里面的食谱看起来也很美味。我在看节目时注意到的一件事情,就是当被要求用焦糖烤东西时,参赛者通常都会抱怨。原因是制作焦糖是一项不稳定的任务——一个错误的举动就会毁了整批成果。让我们在制作这种甜蜜的美味时,审视一下其中隐藏的复杂物理现象吧。

焦糖烹饪基础

你知道米尔顿·s·赫尔希,著名的赫尔希巧克力棒的创造者,他是以制作焦糖开始他的糖果生涯的,而不是巧克力?或者说现在流行的咸焦糖味就是在 20 世纪 70 年代被一个叫亨利·勒·鲁的巧克力商发明的?除了这些有趣的事实,从制作到理解复杂的化学过程本身还有很多我们不知道的焦糖化过程。

从技术上来说,我们制作焦糖实际上需要的唯一成分是糖(尽管很多配方中也需要水、黄油、奶油和一点盐来降低甜味)。制作过程本身似乎很简单。根据精致烹饪 这篇文章讲述的,制作焦糖可以用干法或湿法制备:

  1. 干法制备: 将白砂糖在中高温下烧至冒泡,最后变成金黄色
  2. 湿法制备:往锅里加点水,这样糖可以煮得更久,颜色变化丰富,味道也更好

A grid of 4 photos showing the different stages of the caramel cooking process, starting with a pan of white, granulated sugar that gradually turns into a light brown caramel mixture.
“炒糖色”的制作过程(从开始加热需要一直搅拌)。

A photograph of a steel pan with some caramelized sucrose at the bottom.
焦糖化后的白砂糖(图中用的是蔗糖)。

看起来似乎很容易,对吧?没那么简单。如果我们没有注意到一些重要的要点,那么你炒的糖色最终可能会被扔进垃圾桶,而不是美味的焦糖布丁或巧克力蛋糕了!

燃烧

在用干法炒糖色时,温度的把控是很重要的,这样糖就不会烧焦(也就是我们常说的火候)。提示:精密的温度计实时测量焦糖的精确温度及其变化不失为一个好方法。下面的表格是使用专业的温度计测量的制作焦糖的全过程。

温度 焦糖的状态
160 ℃ (320 ℉) 砂糖变成透明的、融化的液体糖
171 ℃ (340 ℉) 液体糖开始变成浅棕色;冷却时易碎
179 ℃ (355 ℉) 焦糖开始变成中棕色;冷却时变硬
185 ℃ (365 ℉) 焦糖变成深棕色;冷却时又软又黏
210 ℃ (410 ℉) 焦糖变得又黑又苦;通常在这个阶段用作着色剂

需要考虑温度的另一个重要方面是:当焦糖开始变成棕色时,这意味着物质中80% 的水分已经蒸发了。水在沸腾时需要大量的能量,因此水沸腾时的温度是恒定。当大多数水蒸发后,所有的能量都被用来提高焦糖的温度。焦糖的温度会快速上升,以至于很难将其保持在所需的温度范围内,如上表所示。因此,焦糖可能会燃烧,变得又苦又黑。

重结晶

如果你选择用湿法炒糖色,在糖里加水,那么会存在一定风险:糖浆会溅到锅的侧面。水蒸发后,留下了糖晶体。如果有一颗糖晶体掉进煮焦糖的锅里,它会引发糖晶体的连锁反应,使整锅糖都变硬。结果呢?会变成粗糙的颗粒状焦糖,这在大多数食谱中是不可用的。

A photograph of the caramel cooking process, zoomed in to show some sugar crystals and water at the bottom of the pan.
炒糖色时,需要密切监控锅的侧面有没有沾到糖晶体。

许多厨师,包括前面提到的 The Great British Bake Off 节目中的参赛者有一种特殊的方法来避免重结晶:就是经常用湿面饼刷锅的侧面,以确保蒸发的糖浆不会形成糖晶体。

焦糖化过程及其背后的化学反应

当你炒制糖色时,可能会认为砂糖晶体会直接融化成酱汁——事实上,并没有这么简单。相反,糖在这个过程中经历了一个复杂的化学反应,叫做“非酶褐变反应”,其中的化合物会被热分解,而没有蛋白质或酶参与。

就普通蔗糖而言,焦糖化过程包括 4 个主要步骤。首先,发生 蔗糖转化,其中二糖蔗糖被分解成两个单糖:葡萄糖和果糖。

然后,施加的热量会发生冷凝。糖失去水分并相互反应,形成一种叫做二果糖酐的化合物。之后,进一步发生脱水反应,不同的糖之间发生更多的化学反应。最后,糖分子断裂并发生聚合。最终生成的三种大的棕色分子赋予焦糖味道、色泽和黏性:

  1. 焦糖酐(C12H18O9)
  2. 焦糖烯 (C36H50O25)
  3. 焦糖素 (C125H188O80)

此外,这个过程还会产生更小、更易挥发的分子,使焦糖具有美味的香气和风味,包括:

  • 呋喃,产生坚果味
  • 麦芽酚,产生烘烤的味道
  • 乙酸乙酯,产生果味和芳香
  • 二乙酰,赋予焦糖标志性的黄油味

焦糖化过程取决于许多不同的变量,包括糖的类型、加热温度和糖的加热时间等。事实上,焦糖化的程度取决于你想要用它来做什么。

焦糖化:不要与美拉德反应混淆

与焦糖化类似的化学原理还有美拉德反应,还原糖与氨基酸反应的过程,这会引起食物褐变和风味的形成。这个过程常见于烤肉时;酿酒和烘焙面包;制作啤酒、巧克力和糖浆。美拉德反应会造成负面影响,例如在食物储存、脱水和巴氏杀菌过程中,因此可以通过烹饪来避免它。

野生焦糖化

当然,你在焦糖布丁或冰淇淋圣代上发现的含糖混合物并不是焦糖化的唯一形式。每当热量和天然糖结合在一起时,焦糖化就会发生,它会改变食物的颜色,并引入坚果、甜味和复杂的味道。

像洋葱和西葫芦这样的蔬菜是美味的焦糖化蔬菜——它们比砂糖需要更长的时间才能达到理想的状态,因为蔬菜中的糖分比砂糖少。

瞧,发生了什么?

在用“干”法成功烹饪焦糖后,我试图通过向混合物中加入燕麦牛奶、素食黄油和盐来制作焦糖酱。不幸的是,牛奶饮料和黄油似乎破坏了焦糖的连续性。

A photograph of a metal whisk with clumps of caramel on the end.
当我加入牛奶饮料和黄油时,我的焦糖酱并不完美。下次好运…

烹饪出完美的糖色并非不可能,但这可能需要精细打磨的技术与科学知识的结合。

延伸阅读

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