При выработке варенья плоды варят в крепком сахарном сиропе или уваривают с сахаром, который извлекает из плодов сок и растворяется в нем.
При этом плоды пропитываются сахарным сиропом, а часть плодового сока переходит в сироп.
Теоретическое обоснование процессов, протекающих при варке варенья, согласно работам, проведенным В. И. Рогачевым, может быть представлено следующим образом.
Варку варенья следует рассматривать как диффузионно-осмотический процесс, осложненный рядом побочных явлений. Из этих явлений наибольшее значение имеет изменение упругости паров клеточного сока под влиянием повышения температуры, а также образование конвекционных токов.
Так как растворенные вещества диффундируют в направлении более низкой концентрации раствора, во время варки варенья сахар из сиропа диффундирует в плоды.
Скорость диффузии прямо пропорциональна величине коэффициента диффузии, который в свою очередь зависит от вида диффундирующего вещества и температуры процесса.
Коэффициент диффузии обратно пропорционален величине радиуса диффундирующей частицы. Поэтому коэффициент диффузии дли водных растворов сахарозы в 1,3 раза меньше, чем для растворов глюкозы, но в 3,8 раза больше, чем для декстринов, содержащихся в патоке. Таким образом, на скорость варки варенья оказывает влияние состав сиропа, в котором варяг плоды.
Повышение температуры заметно ускоряет диффузию. Объясняется это тем, что при нагревании увеличивается скорость движения диффундирующих частиц, а кроме того, падает вязкость растворителя. С увеличением температуры на 1° величина коэффициента диффузии водных растворов различных веществ увеличивается в среднем на 2,6%.
На скорость диффузии оказывает влияние градиент концентрации. С повышением концентрации сахарного сиропа величина градиента концентрации увеличивается и скорость диффузии растет. Вместе с тем с повышением концентрации сиропа растет его вязкость, что замедляет диффузию.
Наряду с диффузией сахара в плоды при варке варенья протекают осмотические процессы, в результате которых влага поступает из клеток в межклеточное пространство. Явление осмоса обусловлено полупроницаемостью протоплазмы клеток, препятствующей выравниванию концентраций раствора в клетках и в межклеточном пространстве. Осмос наблюдается не только в живой клетке, но в ряде случаев он проявляется после того, как протоплазма клетки коагулировала под действием нагревания при бланшировании сырья.
Благодаря высокой концентрации сахарного сиропа растительные клетки испытывают значительное осмотическое давление. Его величина в варенье из разных видов плодов находится в пределах 34—54 Мн/м2 (350— 550 ат). Осмотическое давление зависит от концентрации раствора, вида растворенного вещества и температуры. При повышении температуры на Г осмотическое давление увеличивается на 0,30—0,35%.
Варка варенья в отличие от варки джема должна быть проведена так, чтобы сырье не деформировалось и по возможности сохранило свой объем. При значительном уменьшении объема плоды после варки сморщиваются, становятся жесткими и непривлекательными. Кроме того, такие плоды плохо пропитаны сахаром, имеют пониженную плотность и в готовой продукции всплывают в сиропе.
Так как в варенье должно быть выдержано равное соотношение объема плодов и сиропа, уменьшение объема плодов приводит к тому, что не весь сироп, в котором варились плоды, может быть использован для варенья. Появляются остатки так называемого «избыточного» сиропа, идущего для побочных целей (варка повидла, выработка фруктового сиропа). В связи с этим уменьшается выход готовой продукции (варенья).
Если при полном сохранении первоначальных размеров сырья выход варенья принять за 100%, то при уменьшении радиуса плодов на 0,1 его первоначальной величины выход продукции снижается до 70%. Если же радиус плодов уменьшился на 0,2, количество получаемого варенья падает вдвое.
Коэффициент, показывающий степень сохранения объема сырья, равный отношению объема плодов в готовом варенье к их первоначальному объему находится обычно в пределах 0,7—0,9, а у семечковых плодов, имеющих сравнительно плотную ткань, нередко достигает 1,0.
Показателем, который характеризует степень насыщения плодов сахаром, является содержание сухих веществ. Повышение концентрации сухих веществ в плодах в процессе варки варенья обусловливается двумя параллельно протекающими процессами — проникновением сахара внутрь плодовой ткани и удалением влаги из плодов. Варку варенья следует проводить так, чтобы первый из этих процессов проходил интенсивно, а второй — по возможности медленно. Только при этих условиях обеспечивается более или менее полное сохранение объема плодов, а также равномерное распределение сахара в плодах и получение продукции высокого качества.
Предварительное бланширование плодов, направленное на повышение проницаемости протоплазмы клеток, мало влияет на удаление из ткани влаги, но в то же время значительно ускоряет пропитывание плодов сахарным сиропом. Например, бланшированные яблоки в результате 10—20-минутной выдержки в 50%-ном сахарном сиропе отдают влаги всего лишь на 20% больше, чем яблоки, не подвергавшиеся бланшированию. В то же время в бланшированные плоды проникает примерно в 3 раза больше сиропа, чем в небланшированные.
Отношение количества выделяемой из сырья при варке воды (В) к количеству поглощенного сиропа (С) должно быть возможно меньшим. Этот показатель зависит от начальной концентрации сиропа. С повышением концентрации скорость диффузии растет сравнительно медленно, а осмотическое давление повышается значительно. Поэтому при слишком высоких концентрациях сиропа, особенно в начальных стадиях процесса варки, может иметь место интенсивное выделение влаги, ухудшающее качество плодов. В то же время пониженные концентрации сиропа слишком сильно замедляют процесс диффузии. Начальную концентрацию сиропа устанавливают для каждого вида сырья в отдельности, учитывая строение его ткани.
Продолжительность выдержки плодов в сиропе мало отражается на отношении В:С. Температура же сильно влияет на этот показатель, так как с повышением ее ускоряются как диффузионные, так и осмотические процессы. Однако скорость первых из них растет гораздо быстрее скорости вторых. Поэтому с ростом температуры отношение В:С уменьшается.
Скорость проникновения сахара в плоды при нагревании увеличивается до тех пор, пока температура в плодах не достигнет 101—102° С. При этой температуре плодовый сок закипает и образующиеся пары препятствуют дальнейшему проникновению сахара в плоды. Вместе с тем количество удаляемой из ткани плодов влаги увеличивается за счет выделяющихся паров. Таким образом, в этот момент происходит в основном «высушивание» плодов. Если же вслед за подогревом охладить плоды, то в результате падения упругости водяных паров внутри ткани в плодах образуется вакуум, способствующий засасыванию сиропа. Таким образом, при варке плодов в кипящем сиропе необходимо нагревание прерывать охлаждением. Чередование кипячения плодов в сиропе и охлаждения позволяет быстро насыщать плоды сахаром.
Подогрев до температуры, превышающей точку кипения клеточного сока, не должен быть длительным. Продолжительность нагревания зависит от размеров плодов и составляет 3—8 мин. Если охлаждение применить невозможно, то варку плодов в сиропе следует вести при температуре около 100°С и очень слабом кипении.
На пропитывание плодов сахарным сиропом значительно влияют проявляющиеся при этом капиллярные силы. Благодаря этим силам при погружении плодов в сироп межклеточные ходы частично заполняются сиропом. В процессе дальнейшей варки варенья значение этого фактора резко уменьшается.
Известное положительное влияние на варку варенья может оказать применение вакуума в самом начале процесса. Под вакуумом отсасывается воздух из межклеточных ходов ткани плодов. Если при вакуумизации плоды будут залиты сиропом, то он легко проникает в плодовую ткань.
Кроме того, вакуумирование целесообразно применять как средство быстрого охлаждения сиропа и плодов после их непродолжительного кипячения. Охлаждение происходит в результате затрат тепла сиропа на испарение влаги, которое возникает и протекает бурно после создания вакуума в выпарном аппарате.
По окончании охлаждения необходимо нарушить вакуум в аппарате и вновь нагреть сироп с плодами при атмосферном давлении, после чего вновь создать разрежение. Чередование нагревания при атмосферном давлении с последующей вакуумизацией позволяет получать варенье хорошего качества при сравнительно небольшой продолжительности процесса.
Использование вакуум-аппаратов не для охлаждения, а для варки варенья под разрежением нецелесообразно, так как пониженная температура варки замедляет диффузию сахара в плоды. Возможности же закипания плодового сока остаются, так как температура его кипения снижается соответственно уменьшению давления.
Для того чтобы обеспечить требуемое насыщение плодов сахаром, не прибегая к продолжительной варке, вызывающей разваривание плодов, подготовленное сырье заливают сахарным сиропом и выдерживают 3— 4 ч. Во время выдержки начинается диффузия сахара в плоды. Для того чтобы ускорить этот процесс, сироп предварительно нагревают до 70—80° С.
Концентрацию сиропа для заливки плодов устанавливают с учетом строения ткани сырья и интенсивности протекания в ней диффузионно-осмотических процессов. Ее величина составляет: для клюквы, земляники, клубники, черной смородины, дыни — 70—75%; для семечковых плодов, абрикосов, персиков, черешни, слив ренклодов, мандаринов, алычи, ткемали, инжира, винограда, слив и вишен без косточек, фейхоа — 45—60%; для вишен с косточками, большинства сортов слив, кизила, крыжовника, орехов, розы — 25—40%. Вишню, виноград, черную смородину и красные сорта алычи варят без предварительной выдержки в сиропе. Малину и ежевику, а иногда также землянику и клубнику засыпают сухим сахаром.
Различают способы однократной и многократной варки варенья. При однократной варке нагревание плодов в сиропе не прерывается их охлаждением. Насыщение плодов сахаром в этом случае происходит в результате диффузионного процесса. Поэтому варку следует вести при температуре, близкой к точке кипения клеточного сока, но не превышающей ее. Возможности применения однократной варки варенья носят ограниченный характер.
При многократной варке в связи с непродолжительностью каждого никла температура клеточного сока лишь на короткий срок достигает точки кипения. При охлаждении плодов в промежутке между варками происходит конденсация паров и засасывание сиропа внутрь плода. Кроме того, возникают сильные конвекционные токи, ускоряющие процесс диффузии. Поэтому способы многократной варки обеспечивают интенсивное и равномерное пропитывание плодов сахаром и высокое качество варенья.
Однократная варка в двутельных котлах. Однократную варку варенья производят в открытых двутельных котлах, изготовленных из красной меди или из нержавеющей стали, емкостью до 35 л. Рабочая загрузка составляет 12 кг. Аппараты большей емкости применять не следует, так как при значительной массе загруженного сырья варка протекает медленно, что приводит к деформации плодов.
Однократную варку применяют для клюквы и розы, т. е. сырья, легко пропитывающегося сиропом и не разваривающегося. Подготовленное и выдержанное в сахарном сиропе сырье вместе с сиропом загружают в котел и варят до готовности. Варку ведут при очень слабом кипении сиропа.
Готовность варенья определяют по концентрации сухих веществ. Если варенье расфасовывают в негерметическую тару (бочки), то сироп после варки должен иметь концентрацию 75% с тем, чтобы после окончания диффузии она составляла в готовом варенье 70%. Разница в содержании сухих веществ в сиропе и плодах не должна превышать 1%. что важно для устойчивости варенья при хранении.
При изготовлении пастеризованного варенья в герметической таре (стеклянные или жестяные банки) концентрация сиропа после варки составляет 70—72%, а в готовом варенье — 68%.
Однократной варкой можно также изготовить варенье из земляники, малины и ежевики. Ягоды предварительно пересыпают сахаром и выдерживают 8—10 ч, затем варят. Во время выдержки ягоды выделяют сок, в котором растворяется сахар. Образовавшийся сироп диффундирует внутрь ткани ягод. Благодаря этому продолжительность варки значительно сокращается, что в свою очередь устраняет опасность разваривания и сморщивания ягод.
Варенье из дыни изготовляют следующим образом. Подготовленное сырье загружают в кипящий 25—50%-ный сахарный сироп и варят 10—15 мин. После этого добавляют 70%-ный сироп, уваривая продукт до готовности.
Продолжительность однократной варки варенья не должна превышать 40 мин.
Многократная варка в двутельных котлах. Многократную варку варенья ведут в таких же двутельных котлах, как и однократную.
Подготовленные плоды вместе с сиропом загружают в котел и варят несколько минут. Когда продукт прогреется и температура плодов достигнет температуры кипения сока, плоды вместе с сиропом выгружают в тазы. В результате прекращения нагревания пары в плодовой ткани конденсируются, что способствует засасыванию сиропа внутрь плода. При медленном остывании плодов в сахарном сиропе происходит процесс диффузии и концентрация сухих веществ в сиропе и плодах постепенно выравнивается.
Во время выдержки, которая длится в зависимости от вида сырья от 5 до 24 ч, сироп остывает и диффузия замедляется. После этого сироп вместе с плодами снова загружают в котел, варят несколько минут, выгружают в тазы, выдерживают для диффузии. Этот цикл повторяют до 5 раз.
Если нужно сократить продолжительность подогрева плодов, например во избежание их разваривания, то вместо проведения начальных двух-трех варок нагревают только сироп, которым затем заливают плоды.
Общая продолжительность всех варок в двутельных котлах не должна превышать 30 мин. Количество варок зависит от вида сырья. Двукратную варку применяют для черной смородины, вишни, черешни, кизила. Трехкратная варка рекомендуется для земляники, клубники, инжира, винограда, орехов, абрикосов и персиков, разрезанных на половинки, дынь, алычи, слив (без косточек), ткемали. Четырех кратную варку используют для слив с косточками, семечковых плодов, абрикосов целыми плодами, фейхоа, крыжовника. Наиболее длительная, пятикратная варка необходима для мандаринов.
Концентрация сиропа, в котором варят варенье, постепенно возрастает и к концу последней варки достигает требуемой величины, такой же, как при однократной варке.
К варенью из черешни, винограда, дыни, инжира, яблок, крыжовника для придания ему аромата добавляют ванилин. Для этой же цели при варке варенья из орехов в сироп погружают марлевый мешок с пряностями — гвоздикой, корицей и кардамоном. К варенью из розы перед концом варки добавляют лимонную кислоту.
В процессе варки на поверхности продукта появляется пена. Ее образование связано с выделением пузырьков воздуха, содержащегося в межклеточной ткани плодов. Пену удаляют, так как она ухудшает внешний вид варенья и создает условия для развития микроорганизмов. Вместе с пеной удаляются всплывшие косточки или семена плодов.
Повторное вспенивание варенья нередко наблюдается при его выгрузке из варочного аппарата, расфасовке в банки и транспортировании по железной дороге. Количество пены зависит от вида и сорта сырья. Наличие в плодах белков, переходящих в сироп, делает пену стойкой. С повышением температуры варенья при расфасовке возрастает выделение водяных паров на поверхности продукта, что способствует увеличению количества пены. Вспенивание при транспортировании может возникнуть в результате вибрации.
При варке варенья из ткемали иногда наблюдается желирование сиропа. Во избежание этого к продукту можно добавить известковое молоко, доведя pH до 3,7.
Ускоренная варка варенья. Варка варенья по методу М. Б. Лысянского производится при многократном перенесении сырья из горячего сиропа в холодный и обратно. При таком методе работы вместо 5—24 ч выдержки в диффузионном отделении охлаждение длится 5—10 мин.
В установке Т. Я. Розенбаум через аппарат, в который загружены сетки с плодами, попеременно перекачивается горячий и холодный сироп.
На основе работ И. И. Адамовского, П. С. Железкова и С. С. Филатова была создана диффузионная установка, в которой полный цикл варки варенья длился 3 ч.
Перечисленные методы сыграли прогрессивную роль в совершенствовании технологии производства варенья, но в настоящее время заменены более рациональным методом варки в вакуум-аппаратах.
Варка варенья в вакуум-аппаратах. Варка в вакуум-аппаратах производится следующим.
Плоды (вишни, черешни, сливы, черной смородины) смешивают с сахарным сиропом и засасывают в вакуум-аппарат, в котором предварительно создают разрежение. При переработке нежных ягод (земляники, малины, винограда), а также семечковых плодов в вакуум-аппарат сначала засасывают 70—73%-ный сахарный сироп, а затем нарушают вакуум и загружают сырье через люк аппарата, находящийся в боковой стенке над греющей камерой.
После загрузки плодов и сиропа в аппарате создают вакуум 150—300 мм рт. ст. (давление 81—61 кн/м2) и проводят варку при давлении греющего пара 117— 196 кн/м2 (1,2—2 ат). Кипение продукта не должно быть бурным, в противном случае наблюдается значительное вспенивание и унос сиропа соковыми парами.
Продолжительность варки в зависимости от вида сырья составляет от 5 до 20 мин. После варки в аппарате постепенно (в течение 5—6 мин) создают более глубокое разрежение, доводя его до 400—600 мм рт. ст. (давление 47—21 кн/м2). Резкое увеличение вакуума недопустимо, так как оно вызывает интенсивное испарение влаги, которое приводит к деформации плодов. Продолжительность охлаждения под вакуумом, считая время создания разрежения, составляет 10 мин.
После того как охлаждение закончено, вакуум снижают и повторяют варку. Количество циклов варки и охлаждения составляет для земляники, черной смородины, вишни без косточек 2; для малины, винограда, вишни и черешни с косточками — 3; для яблок, груш и айвы — 4; для слив — 5; для клюквы и розы — 1.
Варка варенья в вакуум-аппаратах является прогрессивным методом. При сравнительно небольшом цикле выход высококачественной продукции за одну варку в них составляет до 1 г вместо нескольких десятков килограммов при варке остальными методами. Применение вакуум-аппаратов позволяет перевести варку варенья на промышленные рельсы и вытесняет остальные методы.