Η καραμελοποίηση είναι μια χημική διαδικασία που λαμβάνει χώρα όταν η ζάχαρη θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Σε αυτή τη διαδικασία, η ζάχαρη διασπάται σε μια σύνθετη σειρά χημικών αντιδράσεων. Αυτό κάνει τη ζάχαρη να πάρει σταδιακά ένα καφέ χρώμα και κάνει τη γεύση της πολύ πιο περίπλοκη. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται συχνά στη μαγειρική προκειμένου να προκληθούν πιο πλούσιες και πιο περίπλοκες γεύσεις από τα τρόφιμα. Είναι επίσης κρίσιμο για την παρασκευή καραμέλας και είναι υπεύθυνο για τη γεύση, την υφή και την εμφάνιση της καραμέλας.
Η θερμότητα έχει μια ποικιλία διαφορετικών επιδράσεων στα τρόφιμα. Εάν χρησιμοποιηθεί σωστά στη διαδικασία μαγειρέματος, η θερμότητα κάνει περισσότερα από το να διασπά τα δύσπεπτα στοιχεία και να σκοτώνει εχθρικά μικρόβια. Η προσθήκη θερμότητας στα τρόφιμα πυροδοτεί πολλές σύνθετες χημικές αντιδράσεις. Αυτές οι αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της καραμελοποίησης και της αντίδρασης Maillard, παράγουν πολλές νέες οργανικές ενώσεις διασπώντας και τροποποιώντας τη μοριακή δομή των τροφίμων. Οι περισσότεροι άνθρωποι βρίσκουν αυτές τις ενώσεις να έχουν πολύ ευχάριστες γεύσεις.
Η ζάχαρη είναι ο συγκεκριμένος στόχος της καραμελοποίησης. Τα περισσότερα τρόφιμα περιέχουν κάποια ποσότητα ζάχαρης. Η φρουκτόζη, η σακχαρόζη, η γλυκόζη και η μαλτόζη είναι κοινά σε πολλά διαφορετικά τρόφιμα όπως και άλλα σάκχαρα. Καθώς αυτά τα σάκχαρα θερμαίνονται, η χημική τους δομή αρχίζει να διασπάται. Η συγκεκριμένη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτή η διαδικασία ποικίλλει από ζάχαρη σε ζάχαρη, αλλά τα περισσότερα αρχίζουν να καραμελώνουν στους 310 βαθμούς Φαρενάιτ (154 βαθμούς Κελσίου), αν και η φρουκτόζη έχει πολύ χαμηλότερο σημείο καραμελοποίησης και θα αρχίσει να διασπάται στους 230 βαθμούς Φαρενάιτ (110 βαθμοί Κελσίου).
Η χαμηλή θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να διασπάται η φρουκτόζη σημαίνει ότι είναι η πιο εύκολη ζάχαρη στην καραμελοποίηση, αλλά και ότι πρέπει να δίνεται προσοχή όταν εργάζεστε με τρόφιμα που είναι πλούσια σε πολλά διαφορετικά είδη ζάχαρης. Η γεύση των κρεμμυδιών επωφελείται περίφημα από την καραμελοποίηση. Η ζάχαρη στα κρεμμύδια διατίθεται σε διάφορους τύπους, ωστόσο, συμπεριλαμβανομένης της φρουκτόζης. Για να καραμελώσει επιτυχώς τα κρεμμύδια ένας μάγειρας πρέπει να εφαρμόσει αρκετή θερμότητα για να αρχίσει να διασπά τη φρουκτόζη, αλλά όχι τόσο ώστε να διασπάσει τα άλλα σάκχαρα, καθώς η φρουκτόζη θα υπερθερμανθεί και θα αρχίσει να καίγεται.
Η προσεκτική διαχείριση της θερμοκρασίας είναι σημαντική σε μια άλλη κοινή εφαρμογή καραμελοποίησης. Η καραμέλα με βάση τη ζάχαρη εξαρτάται από την πολύ επιμελή διαχείριση της θερμοκρασίας του σιροπιού ζάχαρης. Οι καραμέλες, σε αντίθεση με κάποιες άλλες καραμέλες, φτιάχνονται βράζοντας όλο το νερό στο σιρόπι ζάχαρης. Αυτό αφήνει τη ζάχαρη που είναι μόλις στο σημείο καραμελοποίησης. Κάποια πρόσθετη θέρμανση, έως περίπου 350 βαθμούς Φαρενάιτ (176.7 βαθμοί Κελσίου), επιτρέπει στην αντίδραση να προχωρήσει.
Ένας προσεκτικός ζαχαροπλάστης μπορεί στη συνέχεια να διατηρήσει τη θερμοκρασία σχετικά σταθερή έως ότου η αντίδραση τελειώσει και παράγει μια πλούσια, γλυκιά, ξηρή γεύση. Η πολλή ζέστη σε αυτό το σημείο απλώς θα κάψει τη ζάχαρη. Αυτό παράγει καπνό και καταστρέφει μια παρτίδα καραμέλας.