Autor za publikację artykułu w czasopiśmie naukowym „Przemysł Spożywczy” otrzymuje 20 punktów zgodnie z komunikatem Ministra Edukacji i Nauki z dnia 17 lipca 2023 r. w sprawie wykazu czasopism naukowych i recenzowanych materiałów z konfe­rencji międzynarodowych.

Szybka, prosta i niezawodna metoda wyrobu dżemu ultraniskocukrowego i bezcukrowego

Stanisław Zmarlicki, Mirosław Słowiński – Instytut Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Nadmiar cukru w diecie jest główną przyczyną otyłości, a ta z kolei związana jest przyczynowo z wieloma groźnymi chorobami, w tym m.in. z cukrzycą. Dane z ostatniego okresu informują, że co najmniej 3 miliony osób jest dotkniętych w Polsce tą chorobą. Szacuje się, że dodatkowo około 1 miliona osób może chorować na cukrzycę, ale nie została u nich jeszcze zdiagnozowana. Dlatego celowe wydaje się upowszechnianie prostych, domowych metod wyrobu przetworów owocowych, w tym dżemów z niskim dodatkiem cukru, przyjaznych dla osób preferujących dietę niskocukrową oraz dżemów bez dodatku cukru, a więc przyjaznych dla diabetyków.

Domowy wyrób dżemu o dodatku około 30% cukru nie nastręcza większych problemów. Nie udało się natomiast dotychczas opracować metody pozwalającej na wyrób dżemu o zadowalającej jakości, wykazującego ultraniską zawartość cukru dodanego, czyli w granicach 0-10%. Prowadzone przez nas w tym kierunku eksperymentalne prace technologiczne wykazały, że jest to możliwe, pod warunkiem, że zwiększy się dodatek pektyny amidowanej do pulpy owocowej, z 1 do około 2%, połączony z optymalnym dodatkiem wapnia zjonizowanego. Za celowe uznaliśmy uwzględnienie w tych pracach także optymalizacji metody wyrobu dżemu bezcukrowego z dodatkiem ksylitolu, uznanego za całkowicie nieszkodliwy naturalny zamiennik cukru.

Co wyróżnia tę metodę wyrobu dżemu?

Ważną zaletą zaproponowanej metody jest ograniczenie do minimum obróbki cieplnej pulpy/dżemu, co skutkuje mniejszymi stratami najwartościowszych składników owoców tj. witamin i flawonoidów, a także oszczędnością energii. Stosowane niekiedy długotrwałe gotowanie dżemu, zastąpiono bowiem krótkim ogrzaniem pulpy owocowej z dodatkami do temperatury 95-100°C. Jest ono całkowicie wystarczające z punktu widzenia skuteczności inaktywacji rodzimych enzymów owoców, a jednocześnie w połączeniu z pasteryzacją, zapewniające długą trwałość mikrobiologiczną dżemu. Warto natomiast zaznaczyć, że w każdym dżemie, niezależnie od metody wyrobu, zachodzą podczas przechowywania zmiany chemiczne, które ograniczają czas jego przechowywania. Nie da się ich całkowicie wyeliminować, a można je jedynie częściowo spowolnić stosując niską temperaturę przechowywania dżemu.

Zamieszczona w dalszej części tabela (wraz z legendą) zawiera dane i informacje, które umożliwiają wyrób dżemów ultraniskocukrowych i bezcukrowych (mowa o cukrze dodanym) odznaczających się dobrą konsystencją i teksturą, przy zastosowaniu do tego celu zaproponowanej przez nas metody.

Tabela. Sposób przygotowania pulpy owocowej i dodatki do pulpy niezbędne do otrzymania dżemu o dodatku cukru w przedziale od 0 do 8,9% i zawartości ksylitolu w przedziale od 0 do 10,5%

Warianty ww. metody wyrobu dżemuOwoce i sugerowany sposób ich rozdrabniania (X lub Y lub Z)1Dodatki do 1 kg pulpy owocowej 2
Pektyna amidowana3 (g)Wapń zjonizowany4 (mg)Cukier-C Ksylitol-K (g)
ABorówka amerykańska, Jagoda leśna (X lub Z)18-20180-200C: 0-100 lub K: 0-120
BCzarna porzeczka (X lub Z)18-20150C: 0-100 lub K: 0-120
CMalina (Z)18-20180-200C: 0-100 lub K: 0-120
DTruskawka (Y lub Z) (najlepiej Malwina)20200-250C: 0-100 lub K: 0-120
EWęgierka zwykła (Y lub Z)20200C: 0-100 lub K: 0-120
FWiśnia (Y lub Z) (najlepiej Łutówka)18-20180-200C: 0-100 lub K: 0-120

Objaśnienia:

¹) X – użycie maszynki do mielenia z siatką o średnicy otworów 8 mm, Y – użycie identycznej maszynki do mielenia jak w przypadku X, ale z siatką typu szarpak; Z – dowolny, skuteczny sposób rozdrabniania lub rozgniatania owoców. Aby zastosować mechaniczny sposób rozdrabiania należy mieć 100% pewności, że z owoców pestkowych zostały usunięte wszystkie pestki.

²) Wszystkie dodatki do pulpy dostępne są w sklepach internetowych, a niektóre także w dużych sklepach stacjonarnych.

³) Pektyna amidowana –pełna nazwa to pektyna niskometylowana amidowana. W sklepach internetowych oferowana jest zwykle pod skrótową nazwą „pektyna amidowana” (cytrusowa lub cytrusowo-jabłkowa). Preparat można odważać lub odmierzać miarką, przy czym 10 g pektyny w proszku ma objętość 14 ml (cm³).

⁴) Źródłem wapnia zjonizowanego może być m.in. spożywczy mleczan wapnia lub spożywczy chlorek wapnia). Rozpuszczalność mleczanu wapnia wynosi 7-8 g w 100 cm3 wody o temperaturze 25oC. Porcja 20 cm3 roztworu mleczanu wapnia o stężeniu 7% odpowiada 200 mg wapnia zjonizowanego . W przypadku użycia mleczanu wapnia w formie proszku, celowe jest zmieszanie odważonej lub odmierzonej porcji z pektyną i cukrem/ksylitolem i dodawanie do pulpy owocowej w trakcie mieszania, tak aby nie nastąpiło zbrylanie. Odważka 1,5 g mleczanu wapnia w postaci proszku ma objętość 2,7 cm3 i odpowiada zawartości 200 mg wapnia zjonizowanego.

Spożywczy chlorek wapnia dostępny jest m.in. w postaci roztworu o stężeniu 34%. Celowe jest rozcieńczenie tego roztworu wodą (ostrożnie – działanie drażniące!) w stosunku objętościowym 1:10. Porcja 13 cm3 tak rozcieńczonego roztworu odpowiada zawartości 200 mg wapnia zjonizowanego. Roztwór odmierzać można za pomocą strzykawki medycznej (bez igły).

Nieznacznie różniące się warianty zaproponowanej metody wyszczególnione w tabeli przetestowane zostały pod katem przydatności do wyrobu dżemu ultraniskocukrowego i bezcukrowego (mowa o cukrze dodanym), z takich owoców jak: borówki amerykańskie, jagody leśne, czarne porzeczki, maliny, truskawki, węgierki zwykłe oraz wiśnie. Metoda nadaje się również do wyrobu ultraniskocukrowych i bezcukrowych dżemów dwu- lub wieloowocowych. Dodatek pektyny amidowanej i wapnia zjonizowanego do pulpy dwu-lub wieloowocowej jest taki sam jak w przypadku pulpy jednoowocowej tj. 18-20 g pektyny amidowanej/kg i 180-200 mg Ca2+/kg.

Szczególnie udane okazały się następujące zestawy owoców w dżemach dwuowocowych:

a) borówka amerykańska:czarna porzeczka – 7:3,

b) borówka amerykańska:truskawka Malwina – 1:1,

c) borówka amerykańska:wiśnia Łutówka – 1:1.

Udział borówki amerykańskiej w ww. dżemach zapewnia stabilność ich barwy i cech smakowo-zapachowych oraz łagodzi kwaśno-cierpki smak owoców współtworzących dżem.

Dodatek do pulpy z borówki amerykańskiej około 50% odpowiednio przygotowanych jabłek np. odmiany Ligol (poszatkowanych i średnio rozparzonych) pozwala na korzystną modyfikację tekstury dżemu, bez znaczącej zmiany barwy (antocyjany przenikają z pulpy do poszatkowanych jabłek) .

Przykład wykorzystania zaproponowanej metody do otrzymywania dżemu ze śliwek węgierek zwykłych

Umyte śliwki węgierki pozbawione pestek i szypułek rozdrobnić na kawałki zbliżone wielkością do orzecha laskowego np. przy użyciu maszynki do mielenia zaopatrzonej w tzw. szarpak (zamiast zwykłej siatki).

Do otrzymanej pulpy śliwkowej dodać w trakcie mieszania jednolitą mieszankę pektyny amidowanej, mleczanu wapnia i cukru (lub ksylitolu), w ilościach przewidzianych w tabeli. Stosując jako źródło wapnia 7-procentowy roztwór mleczanu wapnia, należy odmierzyć go bezpośrednio do pulpy. Cukier i ksylitol można całkowicie lub częściowo zastąpić dodatkiem słodziku ze stewii np. w postaci glikozydów stewiolowych skoncentrowanych do 95-97%. Rezygnując z dodatku cukru i ksylitolu zaleca się wsypywać pektynę do pulpy przez sitko, aby uniknąć jej zbrylenia.

Przenieść pulpę śliwkową z dodatkami do odpowiedniego naczynia (np. duża patelnia z ceramiczną lub teflonową powłoką, ewentualnie płytki garnek ze stali nierdzewnej z podwójnym lub potrójnym dnem) w takiej ilości, aby wysokość słupa pulpy nie przekraczała kilku centymetrów (chodzi o uniknięcie pryskania pulpy podczas jej wrzenia). Łagodnie ogrzewać pulpę w połączeniu z jej mieszaniem, najlepiej za pomocą drewnianej łopatki, przesuwając ją po dnie naczynia. Zwiększając stopniowo intensywność ogrzewania doprowadzić pulpę do zagotowania. Posługując się termometrem można zakończyć ogrzewanie, gdy pulpa osiągnie temperaturę w granicach 95-100°C. W przypadku pulpy śliwkowej celowe jest jednak utrzymanie jej w stanie wrzenia przez następne 2-3 minuty, tak aby około 50% kawałków śliwek uległo rozparzeniu.

Po wyłączeniu ogrzewania zgarnąć łopatką utworzoną pianę w jedno miejsce i zebrać ją za pomocą np. łyżki stołowej. Pozostawienie piany w dżemie znacznie przyspieszyłoby utlenianie witamin i flawonoidów podczas przechowywania dżemu. Niezwłocznie przystąpić do nalewania gorącego dżemu do słoików typu twist-off, zostawiając wolną przestrzeń między powierzchnią dżemu i wieczkiem, o wysokości 8-10 mm.

Bezpośrednio po nalaniu dżemu zamknąć słoik i mocno dokręcić wieczko, a po napełnieniu wszystkich słoików przystąpić do pasteryzacji. W tym celu wstawić słoiki z dżemem do garnka z wrzącą wodą i podgrzewając garnek utrzymywać wodę w stanie łagodnego wrzenia. W przypadku użycia słoików o pojemności 300 cm3 proces pasteryzacji prowadzić przez 7-8 minut, a jeżeli w końcowym etapie nalewania dżemu do słoików jego temperatura obniży się do poziomu 65-70°C, to należy przedłużyć czas pasteryzacji do 8-10 minut. Poziom wody w garnku powinien sięgać nie mniej niż 1-2 cm ponad wieczka słoików. Najlepiej stosować do pasteryzacji garnek ze stali nierdzewnej z podwójnym lub potrójnym dnem, ponieważ nie występuje wtedy ryzyko pękania słoików. Po zakończeniu pasteryzacji wyjąć słoiki z garnka i pozostawić je w spokoju do schłodzenia i pełnego zżelowania dżemu (kilkanaście godzin).

Niektóre pytania zadawane przez osoby zainteresowane ww. metodą wyrobu dżemu i odpowiedzi autorów tekstu

1. Dlaczego w proponowanej metodzie wyrobu dżemu zaleca się stosowanie dodatku około 20 g pektyny do 1 kg pulpy owocowej, podczas gdy przy wyrobie dżemów o zawartości 30-40% cukru zalecany dodatek pektyny jest zwykle o połowę mniejszy?

Dodatek 18-20 g pektyny amidowanej do 1 kg pulpy z odpowiednią ilością wapnia jest niezbędny, aby uzyskać dżem ultraniskocukrowy lub bezcukrowy o wymaganej konsystencji i teksturze. Mniejszy dodatek pektyny np. w granicach 10 g/kg pulpy nie gwarantuje otrzymania żelu lub ma on zbyt miękką (rzadką) konsystencję i z reguły papkowatą lub wodnistą teksturę.

2. Czy dodatek wapnia do pulpy jest niezbędny, czy tylko korzystny?

Jest konieczny do wytworzenia żelu przez użyty rodzaj pektyny. Jednak znacznie wyższy dodatek wapnia niż ten, który podano w tabeli, pogarsza konsystencję i zwiększa synerezę dżemu (wyciek fazy wodnej z żelu).

3. Jak wytłumaczyć fakt, że przy wyrobie dżemu z czarnej porzeczki wystarczający jest dodatek tylko 150 mg wapnia zjonizowanego do 1 kg pulpy?

Otóż czarna porzeczka wykazuje wysoką naturalną zawartość wapnia na poziomie 33 mg/100 g owoców (dla porównania zawartość wapnia w borówce amerykańskiej wynosi 6 mg/100 g owoców).

4. Dlaczego zaproponowana metoda wyrobu dżemu nie przewiduje dodatku kwasu cytrynowego do pulpy lub praktykowanego niekiedy dodatku soku z cytryny

Z technologicznego punktu widzenia dodatek kwasu cytrynowego do pulpy owocowej nie jest konieczny przy wyrobie dżemów ultraniskocukrowych i bezcukrowych. Natomiast z punktu widzenia stabilności czerwonej barwy dżemu i jej intensywności dodatek kwasu byłby korzystny, ponieważ kwaśne środowisko (niskie pH) opóźnia chemiczną reakcję utleniania antocyjanów i zwiększa intensywność ich czerwonego zabarwienia. Utlenianie antocyjanów prowadzi zaś do utraty przez nie w/w czerwonej barwy i pojawienia się produktów reakcji utleniania o brunatnym zabarwieniu.

Jednakże ujemną stroną dodatku kwasu cytrynowego do pulpy przy wyrobie dżemów ultraniskocukrowych i bezcukrowych byłoby zwiększenie intensywności ich kwaśnego smaku, który bez dodatku kwasu i tak jest z reguły bardzo silny (na granicy wytrzymałości kubków smakowych). Dotyczy to w szczególności takich owoców jak czarne porzeczki, maliny, wiśnie odmiany Łutówka i truskawki odmiany Malwina, ponieważ ich naturalne pH mieści się zwykle w przedziale 2,8 do 3,2. Natomiast niewielki dodatek kwasu cytrynowego do pulpy (np. 4 g/kg pulpy) można rozważyć wówczas, gdy stosuje się do wyrobu dżemu przejrzałe wiśnie lub śliwki wykazujące pH bliskie 3,5. Warto zaznaczyć, że samo dodanie do pulpy mleczanu wapnia w ilości przewidzianej w metodzie podnosi pH pulpy o 0,1 jednostki (dodatek chlorku wapnia nie powoduje wzrostu pH pulpy).

5. Jakie są możliwości złagodzenia kwaśno-cierpkiego smaku dżemu ultra niskocukrowego i bezcukrowego?

Najprostszym sposobem na złagodzenie kwaśno-cierpkiego smaku takiego dżemu jest jego dosłodzenie zamiennikiem cukru np. o zerowej kaloryczności. Można użyć do tego celu wspomnianego wcześniej skoncentrowanego preparatu glikozydów stewiolowych. Jeden gram takiego słodziku równoważny jest słodyczy 280 gramów cukru. Słodki smak „maskuje” kwaśno-cierpki smak dżemu. Silny smak kwaśny większości owoców wynika z wysokiej zawartości w nich kwasów organicznych (głównie jabłkowego i cytrynowego), zaś silny smak cierpki spowodowany jest wysoką zawartością polifenoli, w tym najbardziej cierpkich tanin i w mniejszym stopniu flawonoidów. Tym ostatnim przypisuje się, jak już wspomniano, wszechstronne działanie prozdrowotne. Są wśród nich antocyjany, które odznaczają się, umiarkowanie cierpkim smakiem. Warto przypomnieć, że dżem wysokocukrowy zawiera 40% owoców, zaś dżem ultraniskocukrowy i bezcukrowy zawiera ich ponad dwukrotnie więcej, a więc także ponad dwukrotnie więcej kwasów, tanin i flawonoidów.

Innym, znanym od dawna sposobem na złagodzenie kwaśno-cierpkiego smaku niektórych owoców jest połączenie ich w dżemie z owocami o niższej zawartości kwasów i polifenoli. Dobrym przykładem może być dżem żurawinowo-gruszkowy.

 Z naszych obserwacji wynika, że bardzo silny cierpko-kwaśny smak takich owoców jak np. wiśnia odmiany Łutówka lub czarna porzeczka może być znacznie złagodzony w dżemie z udziałem borówki amerykańskiej na poziomie około 50%.

6. Dlaczego w tabeli „wyróżniona” została odmiana truskawek Malwina oraz odmiana wiśni Łutówka?

Ponieważ dżem z owoców tych odmian charakteryzuje się relatywnie wysoką zawartością antocyjanów, które decydują o jego atrakcyjnym czerwonym zabarwieniu

7. Dlaczego bezpośrednio po rozdrobnieniu borówek lub śliwek węgierek powierzchnia pulpy ulega szybkiemu zbrązowieniu?

Przyczyną jest tworzenie się zabarwionych na brązowo produktów enzymatycznego utleniania antocyjanów, przy współudziale tlenu atmosferycznego. Dlatego zaleca się możliwie jak najszybsze poddanie pulpy ogrzewaniu, które powoduje inaktywację enzymów odpowiedzialnych za utlenianie tych związków.

8. Jak wytłumaczyć pojawienie się ciemnoczerwonych „plam” w dżemie z węgierek bezpośrednio po pasteryzacji?

Plamy te powstają w miejscach, gdzie znajdują się fragmenty skórek śliwek, w których skoncentrowane są w wakuolach antocyjany. Ogrzewanie dżemu powoduje uwalnianie z wakuoli zabarwionych na czerwono antocyjanów i ich stopniową dyfuzję do otaczającego miąższu, powodując jego silne czerwone zabarwienie wokół skórki. Po około 24 godzinach czerwona barwa dżemu ulega już znacznemu wyrównaniu w całej masie.

9. Czy ultraniski dodatek cukru lub ksylitolu nie ogranicza trwałości mikrobiologicznej dżemu otrzymanego opisaną w tekście metodą?

Nie ogranicza, ponieważ prawidłowa pasteryzacja każdego produktu żywnościowego o pH 4,6 i niższym, zapewnia jego trwałość mikrobiologiczną, niezależnie od zawartości w nim cukru lub zamiennika cukru, pod warunkiem, że po pasteryzacji nie dochodzi do rozhermetyzowania opakowania.

10. Jakie czynniki wpływają na trwałość mikrobiologiczną pasteryzowanego dżemu po pierwszym otwarciu słoika?

Do czynników tych należą: liczba i rodzaj drobnoustrojów, które mogły zanieczyścić dżem po otwarciu słoika, temperatura przechowywania, pH dżemu i aktywność wody. Dżem wysokocukrowy jest w tej sytuacji lepiej chroniony przed rozwojem ww. drobnoustrojów niż inne rodzaje dżemu, ponieważ wzrost drobnoustrojów jest w nim hamowany zarówno przez niskie pH, jak i niską aktywność wody, wynikającą w tym przypadku z wysokiej zawartości cukru.

Dżemy ultraniskocukrowy i bezcukrowy byłyby także wystarczająco dobrze chronione przed rozwojem ww. drobnoustrojów po pierwszym otwarciu słoika, gdyby była pewność, iż każda partia takiego dżemu, otrzymanego w warunkach domowych, będzie mieć pH poniżej wartości 3,5. Dlaczego poniżej 3,5? Ponieważ pH 3,5 jest graniczną wartością, przy której miałyby jeszcze szansę na rozwój pleśnie i drożdże. Niestety w przypadku domowego wyrobu dżemu ścisła regulacja pH rzadko jest możliwa. Istnieje natomiast prawdopodobieństwo, że dżem z przejrzałych owoców może wykazać pH wyższe niż 3,5, a więc nie stanowiące wystarczającej przeszkody dla rozwoju pleśni i drożdży, szczególnie w temperaturze pokojowej. Dlatego słuszne wydaje się zalecenie, aby dżem ultraniskocukrowy i bezcukrowy przechowywać w chłodziarce po pierwszym otwarciu słoika i spożyć w ciągu 5-7 dni.

11. Od czego zależą wymagane parametry pasteryzacji dżemu (tj. czas i temperatura ogrzewania)?

Zależą przede wszystkim od pH dżemu. Im niższe jest pH dżemu, tym łagodniejsze parametry pasteryzacji wystarczają do inaktywacji szkodliwych drobnoustrojów. Np. w przypadku dżemu o pH poniżej 3,5 wystarcza, aby podczas pasteryzacji osiągnął on temperaturę 80°C w punkcie, w którym najwolniej zachodzi ogrzewanie (zwykle środek geometryczny opakowania) oraz aby taka temperatura utrzymywała się przez co najmniej 2 minuty.

12. Od czego zależy czas dochodzenia temperatury dżemu do wymaganej temperatury pasteryzacji?

Czas ten jest tym dłuższy, im niższa jest początkowa temperatura dżemu (czyli bezpośrednio przed rozpoczęciem pasteryzacji), im większe jest opakowanie, w którym znajduje się dżem oraz im większa jest lepkość i gęstość dżemu.

13. Dlaczego dżem otrzymany z niektórych śliwek (np. odmiany Polinka) jest bardzo kwaśny i cierpki, pomimo iż miąższ samych śliwek jest łagodny w smaku?

Otóż podczas gotowania dżemu następuje uwalnianie kwasów organicznych i polifenoli z wakuoli znajdujących się w komórkach tworzących skórkę śliwek. W konsekwencji pH dżemu może być około 0,2 jednostki niższe niż pH użytej do jego wyrobu pulpy. Zmniejszenie pH o 0,2 jednostki oznacza dwukrotny wzrost stężenia w dżemie jonów wodorowych (w porównaniu z pulpą), decydujących o kwaśnym smaku rejestrowanym przez kubki smakowe. Dochodzi do tego cierpkość spowodowana przez uwolnione z wakuoli polifenole.

14. Jaka reakcja chemiczna w głównym stopniu ogranicza trwałość dżemów ultra- niskocukrowych i bezcukrowych ?

Jest to nienzymatyczna reakcja utleniania zabarwionych na czerwono antocyjanów, w wyniku której powstają związki o brunatnym zabarwieniu. W konsekwencji atrakcyjna , czerwona barwa dżemu staje się niezbyt apetyczna -beżowo-brązowawa .

Wysoka aktywność wody ( równoznaczna w tym przypadku z jej wysoką zawartością), w dżemach ultraniskocukrowych i bezcukrowych powoduje, że reakcje te zachodzą w nich szybciej niż w dżemach wysokocukrowych. Dotyczy to szczególnie dżemu truskawkowego, który już po 2-3 miesiącach przechowywania w temperaturze pokojowej zmienia początkowe czerwone zabarwienie na barwę beżową. Dobrym sposobem na złagodzenie tego problemu może być wyrób ultraniskocukrowego lub bezcukrowego dżemu borówkowo- truskawkowego, który nawet po rocznym przechowywaniu w temperaturze pokojowej zachowuje początkową barwę i dobre cechy smakowo-zapachowe, z wyraźną, przyjemną nutą aromatu truskawkowego.

Dość szybko zachodzi także zmiana barwy ultraniskocukrowego i bezcukrowego dżemu z węgierek, co ogranicza jego trwałość w temperaturze pokojowej do 4-6 miesięcy.

W porównaniu z utlenianiem antocyjanów znacznie wolniej zachodzą w dżemach reakcje brązowienia typu Maillarda między białkami/aminokwasami i cukrami.

Aktualności

Targi Warsaw Pack zapraszają

W dniach 23-25 kwietnia w Ptak Warsaw Expo odbędą się targi Warsaw Pack. Zgromadzą one wszystkie gałęzie branży technik pakowania i opakowań.