Пектиновые вещества представляют собой сложные органические вещества — полимеры, относящиеся к группе углеводов. В состав пектина входят цепеобразно соединенные молекулы галактуроновой кислоты С6Н10О7, которые частично этерифицированы метиловым спиртом СН3ОН. Молекулярная масса пектина колеблется от 20000 до 200000 и зависит от количества молекул галактуроновой кислоты, образующих удлиненную цепь. В зависимости от количества метоксильных групп СНз, включенных в молекулу пектина, пектины разделяют на низкометоксильные и высокометоксильные.
Особенностью пектиновых веществ является их способность образовывать при определенных условиях студни. Пектиновые вещества во фруктовом пюре, применяемом для изготовления мармелада, находятся в растворенном состоянии. Однако равновесие, существующее в таком растворе, зависит от энергии притяжения— сольватации — цепных молекул растворенного вещества, то есть пектина, к молекулам растворителя — воды и может быть нарушено в результате изменения состава растворителя и температуры.
Если средняя энергия сцепления между молекулами полимера больше средней энергии их притяжения к растворителю и энергии теплового движения, то статически возникающие и распадающиеся в растворе полимеры, ассоциенты цепных молекул, превращаются в стойкие агрегаты с низкой растворимостью. В зависимости от степени концентрации и других условий такая система представляет собой студень или плотный коагулянт. Студень имеет твердый каркас, состоящий из тонких нитей, представляющих собой частично ориентированные молекулы пектина. Объем каркаса может составлять незначительную часть от объема студня, но придавать ему значительную твердость. Внутри каркаса находится жидкая фаза, в мармеладе состоящая из воды и сахара, в которой ионы электролитов движутся свободно, так же как и в растворе.
Условия образования пектинового студня зависят в основном от структуры пектина, от содержания влаги в растворе, рН среды и температуры. Вода, как правило, обеспечивает полную растворимость пектина, и для образования пектинового студня необходимо разбавить ее каким-либо «нерастворителем» или плохим растворителем. Таким нерастворителем в условиях мармеладного производства является сахар. По данным других исследователей, сахар является дегидратирующим веществом, способствующим созданию необходимой концентрации пектина для перевода его из золя в гель.
Студнеобразующая сила пектина зависит, прежде всего, от энергии взаимосвязи его молекул, а также от количества сахара, введенного для уменьшения энергии сольватации.
Характеристикой студнеобразующей способности пектина является количество сахара, необходимое для застудневания определенного количества 1%-ного раствора пектина при прочих равных условиях. Показателем студнеобразующей способности пектина является количество пектина, которое должно быть введено в сахарный сироп определенной концентрации для получения студня данной концентрации. Чем «сильнее» пектин, тем больше сахарного сиропа он может связать, поэтому концентрация сильного пектина в студне ниже, чем слабого. При хорошем фруктовом пюре, содержащем сильный пектин, каркас студня укрепляется, а от избытка сахара студень становится твердым.
Студнеобразующая способность пектина зависит от его молекулярной массы или степени полимеризации его молекул, а также от химических особенностей его молекул или от содержания в молекуле свободных карбоксильных групп и степени замещения их водородов теми или иными катионами.
Желирующая способность пектина проявляется в кислой среде, и присутствие кислоты имеет большое значение для процесса студнеобразования пектина. Как известно, кислота в определенных количествах ускоряет процесс студнеобразования, однако ее роль в этом процессе пока недостаточно изучена.
Пектиновые кислоты, находящиеся в пектиновом комплексе фруктово-ягодного пюре, содержат наряду с метоксилированными карбоксильными группами, определенное количество карбоксильных групп, в которых водород замещен ионами металлов из золя пюре. Эти соли пектиновых кислот не участвуют в процессе студнеобразования. Кислота, вводимая в студнеобразующий раствор, вытесняет пектиновые кислоты из их солей, в результате чего свободные пектиновые кислоты получают способность к образованию пектинового студня. Количество кислоты, необходимой для студнеобразования, зависит от природы кислоты, от количества и качества пектина и от содержания сахара в мармеладной массе. Следует отметить, что в условиях мармеладного производства количества кислоты, содержащегося в яблочном пюре из зимних сортов яблок, бывает, как правило, достаточно для образования прочного студня.
Мармеладный студень получается из водных растворов пектина при условии, если в растворе содержится определенное количество пектина, сахара и кислоты при рН 2,8—3,2. В мармеладном производстве возможны различные соотношения сахара, пектина и кислоты. Для образования студня необходимо 0,8—1,2% пектина, 0,8— 1% кислоты (в пересчете на яблочную) и 65—70% сахара. Желирующее яблочное пюре содержит примерно 1,1 1,2% пектина, 0,6—1,0% кислоты (в пересчете на яблочную), 6—10% сахара и около 85—90% воды. Пектина и кислоты в пюре вполне достаточно для образования мармеладного студня, тогда как сахара не хватает, а воды излишек. Поэтому в процессе производства к яблочному пюре добавляется сахар в отношении: 1 часть сахара на 1 часть пюре.
При указанных соотношениях пюре и сахара, т. е. при загрузке 100 частей пюре и 100 частей сахара и содержании пектина и кислоты в пюре по 1%, содержание пектина в рецептурной смеси составит 0,5%, содержание кислоты—0,5%. Этого количества пектина и кислоты недостаточно, но при уваривании смеси до содержания влаги 30% вместо имеющихся 45% содержание пектина в мармеладном студне возрастает до 0,8% и кислоты до 0,8%, что вполне достаточно для образования желе.
В зависимости от содержания пектина в пюре и его качества соотношение пюре и сахара может колебаться в небольших пределах. На 1 часть пюре добавляют 0,8—1,2 частей сахара. Указанное соотношение зависит не только от содержания пектина в пюре, но и от количества кислоты. Некоторое влияние на рецептуру оказывает содержание в пюре дубильных веществ, золы и других веществ. Обычно наряду с определением содержания пектина в пюре делают в лаборатории мармеладную пробу и на основании этого устанавливают рецептуру.
По новой схеме мармеладного производства, разработанной на московской кондитерской фабрике, в пюре до добавления сахара вводится лактат натрия NаC3H5O3 или цитрат натрия Nа3C6H5O7. Указанные соли получаются нейтрализацией молочной или лимонной кислоты двууглекислой содой NaHCOз или кальцинированной содой Nа2CO3.
Применение лактата натрия или цитрата натрия дает возможность сдвинуть начало студнеобразования в сторону меньшей остаточной влажности, а также уменьшить нарастание инвертного сахара в процессе варки. Без применения лактата натрия массу приходилось уваривать до влажности 38—40%.
Количество добавляемого лактата натрия зависит от кислотности яблочного пюре, а также от желаемой длительности студнеобразования. Чем выше кислотность пюре, тем больше надо вводить лактата натрия, и чем дольше должно происходить студнеобразование мармеладной массы, тем больше надо вводить лактата. При уваривании яблочно-сахарной смеси до остаточной влажности 30% и при длительности студнеобразования около 30 мин добавляют от 0,15 до 0,35% лактата натрия к рецептурной смеси при содержании кислоты в яблочном пюре от 0,5 до 0,9 %. Так как лактат натрия и другие буферные соли сдвигают рН среды, то добавление их задерживает инверсию сахарозы в процессе варки, поэтому часто происходит засахаривание мармеладной массы от недостатка инвертного сахара. Для предупреждения засахаривания мармелада и образования грубой корочки в рецептурную смесь вводят заранее приготовленный инвертный сахар.
Введение буферных солей смещает рН в щелочную сторону на 0,3-0,8, вследствие этого ослабляется физиологическое ощущение кислотности и приходится добавлять кислоту в готовую мармеладную массу.
Гигроскопичность. Это свойство выражается в способности твердых и жидких тел при известных условиях поглощать водяные пары, находящиеся в воздухе. Гигроскопичность — свойство, присущее в той или иной степени всем растворимым в воде веществам, а также коллоидным капиллярно-пористым телам.
Явления гигроскопичности объясняются физико-химическими законами. Основное значение имеют упругость паров воды, находящихся в воздухе, и упругость паров воды над растворами гигроскопического вещества.
В процессе увлажнения различных продуктов, состоящих в основном из растворимых в воде веществ, например, при увлажнении мармелада, сахара и т.п. изделий, различают несколько стадий: первая стадия — сорбция водяных паров поверхностью продукта; вторая — частичное растворение продукта в поверхностном слое в поглощенной влаге и образование на поверхности слоя насыщенного раствора, имеющего при данной температуре определенную упругость пара; третья — взаимодействие образовавшегося слоя с окружающим воздухом. Если упругость паров над раствором поверхностного слоя меньше, чем упругость паров окружающего воздуха (Рр<Рв), то этот слой поглощает влагу из воздуха до наступления равновесия между упругостью паров над раствором и воздуха. Если упругость паров над раствором больше, чем упругость паров окружающего воздуха (Рр>Рв), то происходит потеря влаги. Если же упругости паров воздуха и паров над насыщенным раствором равны (Рр=Рв), то не будет ни поглощения, ни потери влаги в поверхностном слое.