المطبخ الجزيئي وتطبيقات الطهي الأخرى
دليل موجز للمبادئ
بواسطة مارك غاستون
- معظم محتوى هذا الدليل عبارة عن معلومات متاحة بسهولة ، ومع ذلك يتم كتابتها أحيانا بطريقة لا تجعل القراءة سهلة دائما إلا إذا كنت على دراية بالمصطلحات المستخدمة.
- أدناه ، يتم شرح المصطلحات الهامة للصوتنة مثل sonotrode ، السعة وما إلى ذلك وآثارها على تطبيقات الطهي.
- يحاول هذا الدليل أدناه شرح استخدام الخالط بالموجات فوق الصوتية بطريقة أقل علمية وأكثر ارتباطا بالطهي.
الموجات فوق الصوتية وتطبيقها على الغذاء
كان الخالط بالموجات فوق الصوتية كتقنية موجودا منذ سنوات عديدة بأشكال مختلفة ، ولكنه يجد طريقه فقط إلى تطبيقات الطهي على نطاق أصغر. يحتوي الخالط على بعض الإلكترونيات المتطورة التي يمكنها تحويل الطاقة الكهربائية والتحكم فيها إلى اهتزازات عالية التردد للطرف المعدني أو سونوترودي.
يتحرك sonotrode بشكل أساسي لأعلى ولأسفل بتردد عال جدا فوق النطاق المسموع (على سبيل المثال 26000 مرة في الثانية أو 26 كيلو هرتز مع UP200Ht). تسمى الكمية التي يتحرك بها سونوترود لأعلى ولأسفل السعة ويمكن تعديلها عادة بين 9 و 240 ميكرومتر (يبلغ متوسط سمك شعر الإنسان حوالي 100 ميكرومتر كمرجع). بعبارات بسيطة ، يتصرف sonotrode مثل مكبس يتحرك لأعلى ولأسفل في السائل.
كما يتحرك sonotrode صعودا وهبوطا في حين مغمورة في السائل، فإنه يخلق مناطق من الضغط العالي والمنخفض داخل السائل حول sonotrode وهذا بدوره يخلق ظاهرة تعرف باسم التجويف. نرى في المطبخ أن خفض الضغط (كما هو الحال في سدادة الغرفة) يتسبب في غليان السوائل في درجات حرارة منخفضة ورفع الضغط (مثل قدر الضغط) يتسبب في غليان السوائل عند درجة حرارة أعلى.
تتسبب نبضات الضغط المتقلبة بسرعة عند طرف سونوترودي في تكوين الفقاعات ثم انهيارها السريع داخل السائل. يحدث كل هذا على مقياس دقيق ولكنه يخلق قوى هائلة داخل السائل بسبب السرعات ودرجات الحرارة والضغوط الناتجة عن التجويف. هذه هي القوى الضخمة التي يمكن تحويلها لصالحنا في المطبخ من أجل استخراج النكهات ب تمزق الخلايا أو انهيار الجسيمات.
ومع ذلك ، فإن أحد التحديات في استخدام هذه المعدات هو تسخير هذه القوة والتحكم فيها بطريقة تعزز الأطعمة.
نموذج الخالط بالموجات فوق الصوتية المشتراة UP200Ht يملي أقصى طاقة متاحة للمستخدم والخالط نفسه لديه عدد من المتغيرات التي يمكن استخدامها لضبط أدائه ليناسب التطبيق. ولأغراض هذا الدليل، كان النموذج المستخدم هو 200 وات وحدة.
سونوترودي الحجم
حجم سونوترودي المجهزة لها تأثير كبير على كيفية توصيل الوحدة لقوتها.
بعبارات بسيطة للغاية ، كلما زادت مساحة سطح sonotrode ، زادت الطاقة التي ستحتاجها لقيادتها بأي سعة معينة. سيكون لزوجة السائل أيضا تأثير كبير على الطاقة المطلوبة لدفع sonotrode بسعة معينة.
تخيل سونوترود كمكبس أو مكبس ، إذا تم تحريك المكبس لأعلى ولأسفل بسرعة كبيرة في وعاء من سائل رقيق مثل الماء ، فمن السهل نسبيا القيام بذلك حتى بسرعات معقولة ، ولكن املأ الوعاء بصلصة سميكة ولن يكون الأمر نفسه صحيحا ، سيتطلب الأمر المزيد من الطاقة لتحريك المكبس بسرعة لأعلى ولأسفل في السائل بسبب زيادة اللزوجة. قم بزيادة حجم المكبس أو المكبس وسيتطلب أيضا بذل المزيد من الجهد لتحريكه لأعلى ولأسفل في السائل.
وينطبق الشيء نفسه على سونوترودي. مع تركيب sonotrode كبير ، سيتعين على الوحدة العمل بجدية أكبر لإنتاج سعة معينة من التذبذب إذا كان السائل يحتوي على لزوجة عالية مقارنة بسائل منخفض اللزوجة.

سونوتروديس بأحجام وأشكال مختلفة ل UP200Ht
في أي إعداد طاقة معين أ أصغر سونوترودي بسبب مساحة سطحه سيولد تقلبات ضغط أكبر و أعلى التجويف شدة في الطرف من سونوترودي أكبر (حيث تتركز القوة على مساحة سطح سونوترودي أصغر).
قد لا يكون من الممكن قيادة سونوترود أكبر بنفس السعة حيث ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة للقيام بذلك ، مما قد يؤدي إلى إغلاق الوحدة بسبب الحمل الزائد. في هذه الحالة ، يجب تقليل حجم sonotrode أو الحصول على وحدة طاقة أعلى.
المدخلات كثافة الموجات فوق الصوتية (في أي إعداد طاقة معين) يتناقص مع زيادة مساحة السطح (سونوتروديس أكبر), حيث تزداد كثافة الطاقة فوق الصوتية مع انخفاض مساحة السطح, أو بعبارة أخرى, سونوترودي أصغر يضع الكثير من الطاقة فوق الصوتية في منطقة صغيرة, حيث كما سونوترودي أكبر ينتشر السلطة على مساحة أكبر.
- إستخلاص
- النكهة
- التجانس
- مستحلب
- الشيخوخه
قد يؤدي ارتفاع درجة حرارة العينة إلى هروب بعض الروائح التي تحاول التقاطها من النظام.
قد تتسبب مدخلات الطاقة العالية أيضا في تدهور العينة ، كما يمكن رؤيته عند استخدام زيوت معينة. يمكن للزيوت عند تعرضها لمدخلات الطاقة العالية في طرف الخالط أن تتحلل مما يؤدي إلى طعم مزعج للغاية لا يمكن وصفه إلا بأنه طعم الاحتراق الكهربائي!
بالنسبة للمواد الحساسة لدرجة الحرارة ، سيؤدي تبريد العينة إلى تحسين النتائج مثل استخدام حمام جليدي أو إدراج بعض الثلج الجاف في العينة. يساعد استخدام مدخلات طاقة أقل على مدى فترة أطول على تشتيت الطاقة المنبعثة في النظام كما يفعل استخدام الوحدة في وضع النبض الذي يسمح ببعض التبريد بين كل دفعة من الموجات فوق الصوتية.
داخل إلكترونيات الخالط ، يمكن للمستخدم اختيار تشغيل الوحدة في وضعين رئيسيين للتحكم.
التحكم في السعة
في هذا الوضع يختار المستخدم النسبة المئوية من السعة القصوى المطلوبة ل sonotrode. ستحاول الإلكترونيات بعد ذلك قيادة sonotrode بهذه السعة وستقوم بضبط طاقة الإدخال للجهاز للحفاظ على السعة المطلوبة في sonotrode. إذا كانت مساحة سطح sonotrode كبيرة جدا بحيث لا يمكن قيادتها بهذه السعة بالطاقة المتاحة للوحدة ، فلن تصل السعة إلى القيمة المحددة وقد يتم إيقاف تشغيلها إذا تم الوصول إلى حالة الحمل الزائد.

تستخدم الموجات فوق الصوتية في المطبخ الجزيئي وعلم المزج لخلق نكهات فريدة. يستخدم الموجات فوق الصوتية HIELSCHER UP200Ht لاستخراج رائحة ، لبث المشروبات الروحية ، لإعداد المر والخمور العمر والنبيذ.
التحكم في طاقة الإدخال
في هذا الوضع ، يقوم المستخدم بتعيين مدخلات الطاقة المطلوبة بالواط وستقوم الإلكترونيات بضبط سعة التذبذبات من أجل تنظيم طاقة الإدخال لإعداد المستخدمين. يسمح هذا الوضع بتنظيم الطاقة المنقولة إلى السائل وبالتالي فإن الحرارة المتولدة في السائل محدودة لتجنب تلف العينات الأكثر حساسية.
وضع النبض
بالإضافة إلى وضعيتي التشغيل ، هناك وضع النبض ، حيث يتم تشغيل وإيقاف الإلكترونيات دورات، يتم تحديد توقيته من قبل المستخدم من 10٪ من الوقت وإيقاف 90٪ إلى 90٪ من الوقت وإيقاف 10٪. يعطي هذا تأثيرا نابضا ومفيدا للحد من مدخلات الطاقة الإجمالية للعينة وخلق تحريض جيد داخل العينة إلى أن يكون الإدخال الأولي مرتفعا مع استقرار الإلكترونيات خلال كل دورة عمل.
تلميحات عامة والحيل
عند استخدام الخالط لضخ النكهات ، يتم الحصول على نتائج أفضل عندما يتم تقليل حجم المواد الصلبة قبل تجانسها ، مما سيزيد من مساحة السطح المعرضة ل سونوترودي. ينطبق نفس المبدأ عند استخدام الخالط ل تقليل حجم الجسيمات. فكر في الخالط كأداة تشطيب جيدة وليس مطحنة دورة! في الحد من أحجام الجسيمات يتم الكثير من العمل عن طريق الاصطدامات عالية السرعة للجسيمات تسريع القوى المتولدة في سونوترودي. سيتم الحصول على نتائج أفضل بكثير إذا تم إجراء بعض من الحد من الجسيمات قبل صوتنة. بدءا من تخفيض حجم الجسيمات السائبة الذي تم بالفعل يعني أن مساحة سطح أكبر تتعرض للصوتنة وأن الجسيمات الأصغر سيتم تسريعها في السائل بسرعة أكبر ، مما يؤدي إلى تصادمات أعلى مع قوة لمزيد من تحطيم الجسيمات. سيحتاج الخالط أيضا إلى عمل أقل ، مما يسمح بالتحكم في درجة الحرارة بشكل أفضل.
نظرا لأن الخالط يعمل على مستوى موضعي تماما ، فمن المفيد عند استخدامه مع عينات أكبر من عدة مئات من المليلتر أو أكثر لتوفير تحريض إضافي لضمان تحديث الحجم حول سونوترودي ، مما يضمن صوتنة كاملة للعينة. هذا ينطبق بشكل خاص على المزيد لزج العينات. المحرك المغناطيسي الجيد هو وسيلة مفيدة لتحقيق ذلك. يساعد التحريض أيضا في ضمان عدم ارتفاع درجة حرارة حجم السائل حول سونوترودي. سيساعد استخدام حمام جليدي أو قطع ثلج جافة في العينة على إزالة الطاقة التي تنقلها الصوتنة. كما تمت مناقشته بالفعل إذا كانت المادة حساسة لدرجة الحرارة ، فاستخدم إعدادات طاقة أقل على مدار فترة زمنية متزايدة و / أو استخدم وضع النبض للحد من درجات الحرارة المتولدة في العينة مما يسمح للعينة بالتبريد بين النبضات الصوتية.

كريستيان ميترماير من مطعم فيلا ميترماير الحائز على نجمة ميشلان مع UP200Ht أثناء الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية
اتصل بنا! / اسألنا!
أدب
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Astráin-Redín, Leire; Ciudad-Hidalgo, Salomé; Raso, Javier; Condon, Santiago; Cebrián, Guillermo; Álvarez, Ignacio (2019): Application of High-Power Ultrasound in the Food Industry. InTechOpen 2019.
حقائق تستحق المعرفة
غالبا ما يشار إلى مجانسات الأنسجة بالموجات فوق الصوتية باسم مسبار سونيكاتور / سونيفيكاتور ، محلل صوتي ، معطل بالموجات فوق الصوتية ، طاحونة بالموجات فوق الصوتية ، سونو تمزق ، سونو ، مفكك صوتي ، معطل للخلايا ، مشتت بالموجات فوق الصوتية ، مستحلب أو مذيب. تنتج الشروط المختلفة عن التطبيقات المختلفة التي يمكن الوفاء بها عن طريق الصوتنة.