Продукты рассматриваемой группы изготовляют из плодов, а в некоторых случаях из плодовых заготовок (пюре, сок), которые уваривают с сахаром до концентрации около 70% сухих веществ.
Сахар в данном случае не только придает продукту определенные вкусовые качества и питательность, но и играет роль консервирующего вещества.
Для нормальной деятельности микроорганизмов питательная среда, как известно, должна обладать высокой влажностью. В этом случае влага стремится из окружающей среды в клетку микроорганизма, которая находится в состоянии тургора. В таких продуктах, как повидло, джем и пр., концентрация растворенных веществ внутри клетки микроорганизма ниже, чем в окружающей среде.
Оболочка клетки обладает полупроницаемостью и служит перегородкой, препятствующей выравниванию концентрации. В этих условиях влага устремляется изнутри клетки наружу, т. е. туда, где концентрация сухих веществ выше. В результате происходит плазмолиз клетки микроорганизма. При этом жизнедеятельность микроорганизмов прекращается.
Для большинства видов продукции из плодов, уваренных с сахаром, консервирующее действие высокого осмотического давления оказывается достаточным для их сохранения. В отдельных случаях, при пониженной концентрации сухих веществ, применяют непродолжительную пастеризацию, чтобы уничтожить вегетативные формы микроорганизмов, преимущественно плесени и дрожжи, которые могут развиваться в условиях кислотной среды продуктов, изготовленных из плодов.
При выработке большинства видов плодовой продукции (кроме варенья и цукатов) требуется достижение желирующей консистенции. Студнеобразный желирующий продукт представляет собой коллоидную систему, образованную в результате застудневания золя и обладающую свойствами как твердого, так и жидкого тела. Желе, как и другие твердые тела, имеет определенную форму и при малых деформациях обладает статической упругостью формы пропорционально приложенному напряжению (в соответствии с законом Гука). Вместе с тем желе обладает также некоторыми свойствами жидкого тела, например способностью к кристаллизации. Скорость диффузии ионов в студнях в сотни раз выше, чем в твердых телах, и приближается к скорости диффузии в жидкостях. При больших деформациях, вызывающих разрушение структуры желе, оно ведет себя как вязкая жидкость.
Застудневание является процессом сближения молекул высокополимеров и сцепления их в тех участках, где отсутствует защитная сольватная оболочка (неполярные участки частиц). В результате образуется пространственная сетка, охватывающая весь объем жидкости и служащая каркасом, или скелетом, студня.
Образование структуры студня в увариваемом плодовом продукте происходит по мере его остывания, при котором тепловое движение частиц замедляется и создаются условия, благоприятные для сцепления частиц золя и застудневания. При этом поступательное броуновское движение отдельных частиц переходит в колебательное движение участков общей структуры. Колебательное движение охватывает также концевые участки молекул, которые остаются свободными, незакрепленными в результате сцепления частиц (так называемая «бахрома»). Жидкая фаза заполняет образовавшуюся сетку, что приводит к потере подвижности всей системы.
Из природных веществ, могущих образовать структуру студня, в плодах и ягодах содержится пектин. В случае надобности для увеличения желирующей способности продукта к нему может быть добавлен пектин или пектинсодержащий концентрат, а также агар.
Стабильности сетки способствует наличие ионов поливалентных металлов, связывающих между собой карбоксильные группы пектиновых молекул.
Скорость застудневания в известной мере зависит от расстояния между отдельными молекулами пектина. Поэтому чем выше концентрация золя, тем быстрее идет желирование. Плодовый сок хорошо желирует, если он содержит 1 % пектина и имеет относительную вязкость не менее 5.
Прочность образовавшегося студня зависит не только от количества, но и от качества пектина, обусловленного его происхождением. Чем длиннее молекулы пектина, образующие сетку, и выше содержание метоксильных групп, тем лучше застывает желе. Помимо размеров молекул, значение имеет также характер сплетения ниток и густота образующейся сетки.
Степень желирования зависит от технологических режимов обработки сырья. Длительное нагревание приводит к разрыву цепочки полигалактуроновой кислоты, составляющей основу молекулы пектина, и ослабляет его желирующие свойства. Качество студня ухудшается также при отщеплении от молекулы пектина метоксильных групп. Остальные вещества неуронового комплекса пектина, получающегося при его гидролизе (арабиноза, галактоза, уксусная кислота), не влияют на степень желирования.
Пектиновым студням свойственна тиксотропия. Она заключается в изотермическом обратимом превращении геля в золь. Интенсивность сил молекулярного притяжения между частицами пектина, разделенными прослойками жидкости, невелика, и при механическом воздействии связь между ними нарушается. Это ведет к разрушению структуры. Однако если устранить силы механического воздействия, то структура через некоторое время восстанавливается. Это восстановление связано с броуновским движением частиц, в результате которого они многократно сталкиваются между собой. Если при этом поверхности соприкосновения частиц не имеют значительной сольватной оболочки, то силы притяжения оказываются достаточными, чтобы вызвать сцепление частиц и восстановление структуры. Чем выше температура, тем интенсивнее броуновское движение и больше возможностей для повторного структурирования. Поэтому структура студня, нарушенная до варки продукта, впоследствии легко восстанавливается. Если же нарушение структуры произошло после варки, то желирующие свойства продукта значительно ослабляются.
В качестве желирующего материала, образующего структуру студня, при выработке некоторых видов фруктовой продукции применяют агар и агароид. Агар добывают из морских водорослей Белого моря и Тихого океана. Он отличается высокими желирующими свойствами и образует студень уже в концентрации 0,2%.
По своему составу агар представляет сложную смесь, в которой преобладают углеводы. Углеводная цепь содержит остатки галактоз, которые соединены между собой глюкозидной связью. Метоксильные группы в составе молекулы агара отсутствуют, но иногда наблюдается наличие ацетильных групп. Агар содержит органически связанную серу. Желирующие свойства агара, вероятно, обусловливаются содержанием в нем кальциево-магниевой соли эфира серной кислоты и углевода (полисахарида галактана).
Агароид, или черноморский агар, желирует в концентрации 0,8%. В состав агароида входят галактоза, глюкоза, фруктоза, а также сера, натрий, кальций, магний.
Агар и агароид плохо растворяются в холодной воде, но впитывают влагу и набухают. В горячей воде они образуют стойкий коллоидный раствор, который при остывании дает студень (гель).
Сахар, добавляемый к плодам при варке фруктовой продукции, не только обеспечивает определенные вкусовые качества, но и способствует образованию студня.
Роль сахара в застудневании обусловлена главным образом его дегидратирующими свойствами. Молекула пектина содержит как полярные (гидрофильные), так и неполярные (гидрофобные) участки. Наличие водной оболочки у гидрофильных участков препятствует соединению молекул пектина между собой и образованию сетки. Сахар, отнимая влагу, устраняет это препятствие. Помимо этого, вероятно также образование химических и адсорбционных соединений сахара с пектином, способствующих застудневанию.
Для хорошего желирования пектиновых студней содержание в них сахара должно быть близким к количеству, насыщающему раствор при данной температуре. Для этого растворы сахарозы должны иметь концентрацию 65%. Замена части сахарозы глюкозой ускоряет процесс застудневания.
В отличие от пектиновых студней желе, выработанное с применением агара, не требует наличия сахара. Объясняется это высокой гидратирующей способностью агара, благодаря которой количество свободной воды, имеющейся в золе, недостаточно для полной гидратации частиц агара. В связи с этим роль сахара как дегидратирующего вещества в данном случае значения не имеет.
Образование пектинового студня происходит только в кислой среде. Действие кислоты может быть объяснено следующим образом. Молекулы пектина несут на себе отрицательный заряд, который препятствует их сближению и соединению в агрегаты. При добавлении кислоты, которая диссоциирует на ионы, в растворе увеличивается количество положительно заряженных ионов водорода. Они нейтрализуют отрицательные заряды молекул пектина, способствуя этим их сближению и застудневанию.
Кроме того, водородные ионы диссоциированной в растворе кислоты вытесняют катионы калия и натрия из пектинового комплекса и становятся на их место. Образовавшаяся пектиновая кислота желирует лучше, чем ее калиевые и натриевые соли. Хорошее желирование пектиновых растворов достигается при общей кислотности 1 % и pH среды 3,2—3,4.
В отличие от пектина агар и агароид не требуют кислоты для застудневания. При нагревании в кислой среде агар и агароид легко гидролизуются, теряя свои желирующие свойства. По отношению к щелочам они более стойки, чем пектин. Ионы щелочных металлов, особенно калия, повышают прочность агаровых студней.
Фруктовое и ягодное желе, как и многие другие студни, с течением времени стареют. При старении на поверхности продукта сначала появляются капельки жидкости, а затем происходит интенсивное выделение влаги при одновременном значительном сокращении студня в объеме. Такое явление называется синерезисом. Причиной синерезиса является дальнейшее сближение частиц, которое началось при образовании студня, и продолжается в готовом продукте. В процессе хранения желе происходит более совершенная ориентация коллоидных частиц, которые, сближаясь между собой, вытесняют раствор на поверхность продукта.
Понижение температуры хранения ускоряет синерезис. Интенсивность процесса зависит также от концентрации студня, pH среды, наличия примесей и формы тары, в которой находится продукт. Механическое воздействие на продукт способствует синерезису. Высокая активная кислотность среды (pH менее 2,8) вызывает явление синерезиса.