В процессе производства карамельной массы в результате воздействия высоких температур на исходную рецептурную смесь происходят физико-химические изменения Сахаров, составляющих эту смесь. При этом повышается цветность, увеличивается содержание редуцирующих веществ. Это приводит к ухудшению внешнего вида карамели, к снижению ее стойкости при хранении.
Состав продуктов изменения Сахаров, образующихся при приготовлении карамели, будет различным в зависимости от условий нагревания (степени и продолжительности теплового воздействия), рецептуры, реакции среды, присутствия примесей, концентрации сахара.
Хотя процессы изменения Сахаров при нагревании в зависимости от перечисленных выше факторов и при совокупности этих факторов будут происходить не совсем одинаково для различных Сахаров, однако основную схему химических изменений моносахаров, и в частности глюкозы при ее нагревании в кислой или нейтральной среде, можно представить в следующем виде: нагревание глюкозы вызывает сначала дегидратацию сахара (отщепление от глюкозы одной или двух молекул воды). При этом образуются ангидриды глюкозы, реакционно способные соединения, которые могут соединяться или друг с другом или с неизмененной молекулой сахара и образовывать так называемые продукты конденсации (реверсии). При продолжительном тепловом воздействии отщепляется третья молекула воды и образуется оксиметилфурфурол, который при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеводного скелета и образованием муравьиной и левулиновой кислоты или образовывать окрашенные соединения.
В общем виде схему химических изменений сахарозы можно представить в следующем виде:
Механизм превращения Сахаров и их склонность к изменениям при нагревании неодинакова. Из Сахаров, входящих в состав исходной рецептурной смеси для карамели или образующихся в процессе приготовления карамели, наиболее чувствительной к нагреванию является фруктоза. Скорость изменения фруктозы (по данным оптической плотности) примерно в 7 раз больше глюкозы.
Основной компонент всех кондитерских изделий, и в частности карамели, - сахароза - при нагревании в слабокислой или нейтральной среде подвергается инверсии с образованием двух молекул моноз: глюкозы и фруктозы. Так как сахароза обнаруживает свойства слабой кислоты (константа ее электролитической диссоциации при 25°С = 3•10-13), то при нагревании может происходить ее инверсия без добавления кислоты (самоинверсия сахарозы).
Тотчас же при появлении моноз ускоряются процессы их дегидратации, происходит образование продуктов изменения Сахаров, имеющих кислый характер, которые в свою очередь ускоряют процессы инверсии сахарозы и других углеводов.
При нагревании Сахаров невысокой концентрации (10-30%) легко образуется оксиметилфурфурол, в то время как при нагревании высококонцентрированных растворов (70-80%-ной концентрации) он образуется с трудом. Продукты конденсации, наоборот, образуются в больших количествах при нагревании концентрированных растворов Сахаров и особенно при их плавлении.
При изготовлении кондитерских изделий, и в частности карамели, обычно нагревают высококонцентрированные смеси Сахаров (75-80%). Поэтому основную часть продуктов изменения Сахаров при этом составляют ангидриды Сахаров, продукты конденсации и незначительную часть - продукты глубокого изменения Сахаров.
Как уже отмечалось выше, продукты изменения Сахаров, образующихся при изготовлении карамели, ухудшают ее качество, повышают цветность и гигроскопичность. Однако среди продуктов изменения Сахаров имеются и такие, которые положительно влияют на устойчивость карамели против кристаллизации. К ним относятся так называемые первичные продукты, к которым условно относят смесь, состоящую из ангидридов Сахаров, продуктов конденсации (реверсии).
Для оценки стойкости карамельной массы против засахаривания ВНИИ кондитерской промышленности был предложен метод определения так называемых легкогидролизуемых ангидридов, таких соединений, которые способны при слабокислотном гидролизе подвергаться расщеплению. Этими соединениями могут быть диангидриды Сахаров, соединения ангидридов с неизмененными сахарами и другие продукты конденсации.
Качество сырья, используемого при приготовлении карамельной массы, оказывает влияние на процессы приготовления и стойкость карамели.
Установлено, что стойкость карамели против засахаривания и ее гигроскопичность (способность поглощать влагу из окружающего воздуха) зависит от содержания в патоке редуцирующих веществ, от состава золы, активной кислотности патоки (рН), содержания в патоке белковых (азотистых) веществ.
Большое влияние на качество карамели оказывает содержание в патоке редуцирующих веществ, и в частности содержания в ней глюкозы. Сухие вещества обычной патоки состоят из 20% глюкозы, 20% мальтозы и 60% декстринов. Низкоосахаренная патока имеет значительно меньшее содержание глюкозы (порядка 9-13%).
Установлено, что со снижением количества глюкозы в патоке стойкость карамели при хранении повышается. С этой точки зрения наиболее подходящей для производства карамели будет низкоосахаренная патока, изготовленная кислотно-ферментативным гидролизом крахмала.
Весьма нежелательным является присутствие в патоке азотистых веществ, которые, даже при содержании их в незначительных количествах (порядка сотых и тысячных процента), повышают цветность карамели, приводят к образованию продуктов взаимодействия Сахаров с азотсодержащими соединениями (меланоидинов).
Высокая зольность патоки также неблагоприятно отражается на качестве карамели. К сожалению, в настоящее время еще нет полной ясности в вопросе, какие из катионов, присутствующих в патоке, оказывают наибольшее влияние на качество карамели (ее цветность, гигроскопичность и т. п.).
Имеется определенная зависимость между рН патоки и ее инверсионной способностью, т. е. способностью к образованию редуцирующих веществ в процессе производства карамельной массы. Инверсионная способность патоки зависит не только от рН, но и от Других показателей (от солей, несахаров, которые ослабляют действие иона Н). Это буферное действие различно у различных видов паток и меняется в зависимости от количества и состава солей.
Как уже было отмечено, общее количество минеральных солей в патоке не должно превышать 0,4%. В золе патоки могут присутствовать следующие катионы и анионы: Са, К, Na, FeО, Р2О5 и др. Чем меньше инверсионная способность патоки, тем ценнее она для карамельного производства, так как образующаяся при инверсии сахарозы фруктоза является очень нежелательной составной частью карамели.