Варенье содержит 62—65% сахаров. Растворимость сахара понижается с уменьшением температуры.
Если при 100° С в 1 л воды растворяется 4,87 кг сахарозы, образуя раствор концентрацией 82,97%, то при 0°С ее растворимость падает до 1,79 кг и насыщенный раствор имеет концентрацию 64,18%. Поэтому по мере охлаждения варенья сахарный сироп может стать насыщенным, а затем и пересыщенным.
Пересыщение сиропа в варенье приводит к выделению кристаллов сахара. Такое явление называется засахариванием. Засахаренное варенье по внешнему виду и вкусовым качествам не соответствует требованиям, предъявляемым к готовому продукту. Кроме того, при засахаривании падает концентрация сухих веществ в сиропе, а следовательно, и осмотическое давление. Это создает предпосылки для протекания микробиологических процессов, вызывающих порчу продукции (брожение, плесневение).
Для предотвращения засахаривания варенья нужно по возможности снизить степень пересыщения сиропа. С этой целью варку ведут так, чтобы продукт наряду с сахарозой содержал инвертный сахар.
Растворимость смеси сахарозы и инвертного сахара выше растворимости сахарозы, поэтому при замене сахарозы инвертным сахаром опасность засахаривания варенья значительно уменьшается. Однако при полной инверсии сахарозы в варенье не образуется смеси равных количеств глюкозы и фруктозы, а наблюдается преобладание глюкозы. Объясняется это отчасти тем, что у большинства плодов содержание глюкозы выше, чем фруктозы. Кроме того, фруктоза менее стойка, чем глюкоза, и в процессе варки варенья частично распадается. Наконец, иногда варенье варят с применением патоки, содержащей глюкозу. Преобладание глюкозы в готовом продукте может привести к тому, что она будет кристаллизоваться. Фруктоза не кристаллизуется, во-первых, потому что ее меньше, а во-вторых, потому что она лучше растворима, чем глюкоза. При 20° С в насыщенном водном растворе глюкозы содержится 47,4%, фруктозы — 78,9%.
Глюкозное засахаривание можно отличить от сахарозного по форме кристаллов сахара. Сахароза кристаллизуется в виде больших прозрачных кристаллов моноклинной системы, имеющих сложную многогранную форму. Глюкоза в зависимости от условий кристаллизации образует разные по форме и размерам кристаллы, нередко соединяющиеся в друзы. Ангидридная глюкоза образует кристаллы удлиненной формы, относящиеся к ромбической системе. Гидратная глюкоза кристаллизуется в виде тонких пластинок моноклинной системы.
При контроле вареньеварочного производства определяют сумму редуцирующих сахаров, называя полученную величину количеством «инвертного сахара». В данном случае это термин условный, так как в варенье почти всегда глюкозы больше, чем фруктозы, инвертным же сахаром, как известно, называется смесь равных количеств глюкозы и фруктозы.
Во избежание как сахарозного, так и глюкозного засахаривания варку варенья ведут таким образом, чтобы соотношение сахарозы и инвертного сахара в готовом продукте было 1:1. Таким образом, варенье должно содержать 30—40% инвертного сахара. Варенье из высококислотных плодов (кизил, алыча) может иметь его до 45%, а пастеризованное варенье — до 50%.
Если кислотность плодов недостаточна для того, чтобы образовалось необходимое количество инвертного сахара, то к варенью перед последней варкой добавляют 40%-ный раствор лимонной или виннокаменной кислоты.
При переработке высококислотных плодов может произойти инверсия излишнего количества сахарозы. Чтобы этого избежать, сокращают продолжительность варки, компенсируя это более длительной выдержкой плодов в сиропе в промежутке между варками. Так как на холоду инверсия сахарозы даже в присутствии кислоты не происходит, то образование инвертного сахара при этом задерживается.
Процесс кристаллизации сахара из раствора протекает следующим образом. Кристалл окружен неподвижным слоем раствора, прилипшего к его поверхности. У грани кристалла происходит выделение сахара из раствора, в связи с чем раствор здесь из пересыщенного становится насыщенным. На некотором расстоянии от грани кристалла находится пересыщенный раствор. Благодаря разности концентраций сахар диффундирует в сторону кристалла, где выделяется из раствора. Таким образом, процесс кристаллизации состоит из двух фаз. Во время первой фазы сахар диффундирует через неподвижный слой сиропа в сторону центров кристаллизации. Во второй фазе происходит кристаллизация сахара на гранях имеющихся кристаллов.
Несмотря на более или менее значительное пересыщение, самопроизвольная кристаллизация сахара из раствора может не наступить, если к этому не созданы предпосылки. Такими предпосылками являются наличие в сиропе кристаллов сахара, перемешивание продукта, резкое его охлаждение. Возможность кристаллизации обусловлена также химической природой и вязкостью среды.
Скорость диффузии сахара к центрам кристаллизации уменьшается с увеличением вязкости сиропа. Кроме того, чем выше вязкость, тем больше неподвижный слой насыщенного сиропа, окружающего кристалл. Поэтому повышение вязкости сиропа в значительной степени препятствует кристаллизации сахара. Вязкость, как известно, увеличивается с понижением температуры. Однако значительно снижать температуру хранения продукта нельзя, так как при этом уменьшится растворимость сахара.
Для увеличения вязкости сиропа в состав варенья следует вводить патоку, получаемую путем осахаривания крахмала. Она представляет собой густую вязкую жидкость светло-желтого цвета. По химическому составу патока содержит декстрины, мальтозу и глюкозу. Наличием декстринов обусловлена высокая вязкость патоки.
При варке варенья патоку нагревают в котле, растворяют в ней сахар и полученный сахаро-паточный сироп добавляют к продукту перед последней варкой. На 1000 частей смеси, используемой для варки варенья, плоды составляют в зависимости от вида сырья 400— 500 частей, сахар — 430—520, патока — 70—80.
Известно, что при отсутствии центров кристаллизации процесс кристаллообразования чрезвычайно затруднен. Для того чтобы в продукт не попадали вещества, могущие служить центрами кристаллизации, во время варки обеспечивают полное растворение добавленного сахара. Расфасовку варенья производят в изолированном помещении, в котором не допускается хранение сахара. Следят за тем, чтобы инвентарь, которым пользуются при расфасовке продукции, был чистым, без присохших кристаллов сахара.
Перемешивание варенья способствует движению находящихся в продукте кристаллов. Это уменьшает толщину окружающего кристалл слоя насыщенного раствора сахара и создает условия для диффузии сахара в сторону центра кристаллизации, что увеличивает опасность засахаривания продукции. Поэтому при хранении варенья не следует перекатывать с места на место бочки с продуктом, переносить банки и т. п.