Закономерности структуризации желейного мармелада на агаровых полисахаридах и пектинах с низким содержанием сахаров

Джемы, желе и мармелады – это желированные или загущенные фруктовые продукты. Большинство из них занимают доминирующее положение среди переработанных фруктов, являются одним из старейших процессов консервирования продуктов, которые известны человечеству, и одновременно представляют собой способ придания натуральному сырью стабильности. Все они содержат четыре основных ингредиента, необходимых для приготовления желированного фруктового продукта – фрукты, пектин, кислоту и сахар [1, 2]. Как известно, эти ингредиенты способны придать блюдам изюминку и являются хорошим способом использования фруктов, ко- торые не подходят для замораживания или консервирования [3].

При этом необходимо отметить, что мармелады обеспечивают организм энергией благодаря высокому содержанию сахара и готовятся по различным рецептам. Однако в настоящее время актуальной тенденцией во многих странах мира является формирование системы здорового питания. Это, в свою очередь, переопределяет необходимость создания современных кондитерских изделий с высоким содержанием питательных веществ и низким содержанием сахара [4]. Соответственно, потребители стараются избегать традиционного мармелада из-за проблем, возникающих в связи с избытком калорий и изме- нением условий жизни (малоподвижность, несбалансированное питание и т. д.). Поэтому исследователи работают над созданием низкокалорийных рецептов мармелада, уменьшая количество сахара, чтобы предотвратить ожирение и некоторые проблемы со здоровьем, такие как диабет [5, 6].

В данном контексте отдельного внимания заслуживает тот факт, что в процессе разработки новых рецептов изготовления мармелада следует учитывать потенциальные риски потери качества (вкус, сладость, цвет, вязкость и т. д.), которые могут возникнуть из-за отсутствия сахара в составе продукта. Эксперты и разработчики мармелада предложили рецептурный состав продукта «без сахара» за счет введения сахарозаменителей и подсластителей: ксилита, сорбита, лактита, изомаль-тита, стевиозида и сукралозы. Использование фруктозы для производства низкокалорийного диабетического мармелада также становится очень популярным [7]. В то же время необходимо акцентировать внимание на том, что изменение рецептур приготовления мармелада влечет за собой необходимость смены параметров операций технологического процесса производства, например, таких как транспортировка мармеладных масс на формование, темперирование масс, охлаждение и выдержка изделий.

Как известно, в традиционных мармеладах обычно не используется стабилизатор. Несмотря на то, что натуральный пектин присутствует во многих фруктовых плодах, предполагается, что мармелад, приготовленный с использованием подсластителей без сахара, не достигнет той вязкости и гелеобразной структуры, которую обеспечивает сахар [8]. Помимо этого, прогнозируется, что защита от микроорганизмов, которая достигается благодаря повышенному осмотическому давлению, что является прямой функцией сахара, будет отсутствовать.

В связи с этим, по мнению авторов, целесообразно использовать агар-агар и пектиновые стабилизаторы в процессе приготовления мармелада для решения некоторых проблем, возникающих из-за отсутствия сахара. Актуальность и практическая значимость рассматриваемой проблематики обусловила выбор темы данной статьи.

Вопросы, связанные с разработкой технологий производства кондитерских изделий, в частности, мармелада, с введением расти- тельного сырья, что, как ожидается, позволит повысить их пищевую ценность и не будет оказывать влияния на изменение качественных характеристик продукта, рассматривают в своих трудах Чоманов У.Ч., Идаятова М., Грибова Н.А., Елисеева Л.Г., Бутин С.А., Хасанова С.Д., Susana Rubio-Arraez, Carlos Ferrer, Juan Vicente Capella, Ana Muñoz-Labrador, Rodrigo Moreno.

Особенности использования цитрусовых в производстве мармелада, что предполагает широкое применение цитрусового пектина в качестве гелеобразующего агента, описывают Белова М.В., Буттаев О.М., Курицына Д.М., Акаба А.Н., Щербакова Е.В., Jian Zhang, Li Zhao, Bei Gao, Wei Wei, Hualei Wang.

Проблемы, связанные с тем, что при механическом воздействии пектиновые гели могут быть повреждены, что приводит к высвобождению коллоидной воды, и способы их решения входят в круг научных интересов Аверьяновой Е.В., Школьниковой М.Н., Рожнова Е.Д., Грибовой Н.А., Елисеевой Л.Г., Hosamani Prabhudev, Sneharani A.H., Sang Yoo, Heungsook Lee. Byeong-Hoo Lee.

Высоко оценивая имеющиеся на сегодняшний день труды и публикации, следует отметить, что ряд проблемных моментов требует более детальной проработки и анализа. Так, отдельного внимания заслуживает задача поиска альтернатив для снижения синерезиса во фруктовых джемах во время колебаний температуры их хранения. Кроме того, нерешенными остаются вопросы формирования правильной структуры мармеладной продукции и стабильности ее сенсорных и реологических свойств в процессе хранения.

Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении особенностей структуризации желейного мармелада на агаровых полисахаридах и пектинах с низким содержанием сахаров.

Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследования использовались образцы мармелада с различным процентным содержанием многокомпонентной плодово-ягодной пасты (10; 20; 30 или 40 % от общей массы).

Методы исследования: приготовление мармелада методом горячего разлива на электрической плите. Для анализа реологических свойств использовался ротационный вискозиметр DVPlus Viscometer фирмы AMETEK.

Результаты эксперимента представлены в графической и табличной форме.

Результаты и их обсуждение

В традиционном понимании мармелад -это полутвердый продукт, приготовленный путем уваривания прозрачного, процеженного раствора пектина, содержащего фруктовый экстракт, без мякоти, с добавлением сахара и кислоты. Идеальный мармелад должен быть прозрачным, хорошо схватываться, но не быть слишком жестким, и иметь оригинальный вкус фруктов. Он должен иметь привлекательный цвет и сохранять свою форму [9]. Также мармеладная продукция должна быть достаточно твердой, чтобы сохранять четкие края, но при этом в меру нежной при надавливании. Продукт не должен быть липким, клейким, сиропообразным или содержать кристаллизованный сахар. Кроме того, мармелад не должен быть мутным, с небольшим (или) отсутствием синерезиса (потёков), жестким или резиновым. Согласно стандартам, конечный продукт должен содержать 65 % сухих веществ, 45 % фруктового экстракта и 0,5-0,75 % кислоты [10].

Характеристика ингредиентов, используемых для желирования мармелада

Агар-агар/альгинаты - это основные структурные полисахариды водорослей, состоящие из агарозы и агаропектина. Агаровые желе имеют характерную «непрочность», которая может быть изменена с помощью добавления камеди арабской, пектина, крахмала, желатина и т. д. [11]. Благодаря своим уникальным желирующим свойствам, агар-агар широко применяется в качестве ингредиента в пищевых продуктах, для культивирования клеток и тканей, а также в биотехнологии, например, в качестве поддержки для электрофореза. Агар-агар с высоким соотношением поли-в-О-маннуроновой кислоты (M) и поли-a-L-гулуроновой кислоты (G) образуют слабые, непрочные гели, в то время как альгинаты с низким соотношением M/G дают прозрачные, хрупкие и жесткие гели. Прочность агаровых гелей зависит от природы двухвалентного катиона. Агаровые гели обратимы, они плавятся при нагревании и снова застывают при охлаждении [12].

Пектин - это натуральный класс углеводов, содержащихся во фруктах, который служит в качестве желирующего и стабилизирующего полимера в разнообразных пищевых продуктах. Также можно отметить, что это функционально и структурно самый сложный полисахарид в клеточных стенках растений [13]. Количество пектина варьируется в зависимости от вида фрукта и стадии его зрелости. В целом количество пектина во фруктах уменьшается по мере их созревания. Коммерческий пектин обычно извлекается из яблок и цитрусовых. Пектины состоят в основном из а-1-4 единиц d-галактуроновой кислоты, которые могут быть или не быть метилэтерифи-цированы, имеют нейтральные разветвления сахаров, содержащие функциональные молекулы (рис. 1) [14].

В табл. 1 представлена классификация плодов по содержанию пектина.

ТИП I - содержит достаточно натурального пектина и кислоты для образования геля при добавлении сахара, если плод не перезрел.

ТИП II - мало натуральной кислоты или пектина, требуется добавление либо кислоты, либо пектина.

ТИП III - необходимо добавление кислоты, пектина или того и другого.

Экспериментальная проверка особенностей структуризации желейного мармелада

Для изучения особенностей структуризации желейного мармелада на агаровых полисахаридах и пектинах с низким содержанием сахаров были изготовлено несколько образцов мармелада. В традиционной рецептуре предполагается использование ягодной части. В ходе проведения эксперимента было предложено заменить ягодную добавку многокомпонентной плодово-ягодной пастой со вкусом черной смородины в количестве 10; 20; 30 или 40 % от общей массы. Полученная масса была помещена на плиту и перемешивалась в течение 16 минут на среднем огне.

После этого был добавлен 4 %-ный раствор пектина/агар-агара для формирования гелевой структуры. Вслед за перемешиванием мякоти со стабилизатором в течение 2 мин (18-я мин) значение pH было отрегулировано до <3,6 с помощью 30 %-ного раствора лимонной кислоты. На 19-й минуте процесса варки добавлялось 0,08 % Ребаудиозид-А (РебА) для разных рецептов. Добавление Реб-А не проводилось в самом начале, как это делается при стандартном производстве мармелада. Это было сделано потому, что, по данным исследователей, при повышении температуры наблюдается снижение стабильности Реб-А. Таким образом, было обеспечено, чтобы Реб-А не

Рис. 1. Структура пектина

Таблица 1

Классификация плодов по уровню содержанию пектина

ТИП I ТИП II ТИП III Яблоки, кислые Ежевика, кислая Крабапсы Клюква Смородина Крыжовник Лимоны Логанова ягода Сливы (не итальянские) Айва Яблоки, спелые Черника, спелая Вишня, кислая Черешня Бузина Грейпфрут Виноградный сок бутилированный Виноград (Калифорния) Локваты Апельсины Абрикосы Черника Инжир Виноград Гуава Персики Груши Сливы (итальянские) Малина Клубника подвергался длительному воздействию тепла. Приготовление мармелада было остановлено на 23 минуте. После этого полученные образцы были помещены в банки методом горячего розлива и плотно закрыты крышками (банки и крышки перед розливом предварительно мыли, чистили и дезинфицировали кипятком). Затем банки переворачивали вверх дном, в таком положении они находились в течение 10 минут. По окончанию процедуры банки были поставлены в вертикальное положение для дальнейшего охлаждения.

Для последующего определения и анализа реологических свойств мармеладных масс использовалось следующее оборудование.

Вязкостные характеристики мармелада определялись на ротационном вискозиметре DVPlus Viscometer фирмы AMETEK в процессе фиксации кривизны кинетики деформации (течения) при следующих температурах: для пектина – (75 ± 3) °С, для агаровой массы (50 ± 3) °С. Измерительный цилиндр подбирался таким образом, чтобы градиентный слой был распределен по всей толщине слоя продукта, который находился в кольцевом зазоре вискозиметра. Для измерения напряжения сдвига γ использовалось 12 значений скорости сдвига в диапазоне от 0,53 до 118,7 с–1. При этом скорость сдвига увеличивалась постепенно.

Расчет напряжения проводился по следующей формуле [15]:

τ = Z × α где τ – напряжение вытеснения; Z – константа измеряемой пары; α – значение со шкалы регистрирующего прибора.

Эффективная вязкость практически неповрежденной, η₀ , Па·с, и практически поврежденной, η m , Па·с, системы рассчитывалась по формуле:

η = τ / γ , где γ – скорость вытеснения, с^–1.

Интерпретация результатов эксперимента

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что образцы по физикохимическим показателям отвечают требованиям стандартов на мармелад желейный на агар-агаре. Доля влаги находится в допустимых пределах 14,0...23,0 %; редуцирующих веществ не более 25,0 %, общая кислотность 7,0...21,0 град. Анализ органолептических показателей позволил прийти к заключению, что образцы с добавлением 20 и 30 % многоком- понентной плодово-ягодной пасты были наилучшими. Для них был характерен кислосладкий вкус, насыщенный фиолетовый цвет, приятный запах черной смородины и послевкусие. Также образцы отличались хорошей желеобразной не тягучей консистенцией, имели правильную форму с четким контуром.

На рис. 2 видно, что наибольшее значение прочности при сдвиге имеет образец мармелада с добавлением многокомпонентной пасты в количестве 30 %.

Рис. 2. Зависимость прочности от предельного напряжения сдвига (τ) образцов мармелада

Показатель прочности этого образца находится на отметке 26,4 кПа, что значительно больше, чем прочность контрольного образца (18,5 кПа). В связи с этим был сделан вывод о необходимости уменьшить рецептурное количество агар-агара в образцах с добавлением 30 % пасты. Таким образом, по результатам проведенного эксперимента удалось выявить зависимость прочности экспериментальных образцов мармелада от содержания рецептурного количества агар-агара. Прочность образцов мармелада уменьшается при снижении количества агар-агара. Прочность образца, который был получен с добавлением 70 % агар-агара, находилась примерно на таком же уровне, как и контрольного, достигнув отметки 18,9 кПа. Дальнейшее уменьшение количества агар-агара на 40 % нецелесообразно, так как прочность становится меньше, чем у контрольного образца. Поэтому последующие замеры были проведены с тремя образцами 10–20–30 %.

Процесс гелеобразования протекает в различных режимах для различных компо- нентов: на агар-агаре температура выдерживания мармелада составляет t = 10–15 °C, продолжительность 30–60 мин; на пектине – t = 10–15 °C, продолжительность 12–15 мин. Зависимость напряжения смещения от времени выдержки представлена в табл. 2.

Таблица 2

Зависимость напряжения смещения мармелада от времени выдержки

Образец	Прочность, кПа	Время, мин
Агар-агар
10 %	3,5	60
20 %	2,7
30 %	1,5
10 %	4	120
20 %	3
30 %	1,7
10 %	4	180
20 %	3,1
30 %	1,8
10 %	2,8	10
20 %	3,2
30 %	3,6
10 %	3	20
20 %	3,5
30 %	4
10 %	3	40
20 %	3,7
30 %	4

Полученные результаты позволяют прийти к выводу, что время гелеобразования мармелада на агар-агаре, в рецептуре которого будет использоваться различное процентное соотношение ягодной пасты, должно быть не менее 120 минут. При этом образцы имеют разную прочность. Однако данные характеристики достаточны, чтобы продукты имели необходимые текстурные свойства. Образцы с пектином имеют наименьшее время гелеобразования – достаточно 20 минут для получения постоянной прочности.

Выводы

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что добавление стабилизаторов, таких как пектин и агар-агар, положительным образом влияет на физические свойства мармеладов, в частности на их вязкость. Мармелад на агар-агаре отличается пружинистыми свойствами (доля пружинистой деформации > 50 %); мармелад на пектинах характеризуется большей пластич- ностью (доля пластической деформации > 50 %). Сенсорная оценка дополнительно подтвердила, что мармелад на пектине имеет более нежную консистенцию и его легче жевать; мармелад на агар-агаре имеет более пружинистую консистенцию.