الطهي الجزيئي وتطبيقات الطهي الأخرى
تُحدث المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحولًا في طريقة إعداد الطهاة وعلماء الأغذية للأطعمة والمشروبات: يُعد الاستخلاص والتطعيم بالنكهات والاستحلاب والتجانس بالموجات فوق الصوتية من التطبيقات الرئيسية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية في ابتكارات الطهي. فمن الاستخلاص السريع إلى المستحلبات الأكثر نعومة والروائح الأكثر كثافة، تُنتج الموجات فوق الصوتية مذاقات وقوامات متميزة. ستتعرف في هذا المقال على كيفية استفادة الطهاة وتقنيي الأغذية من التجويف بالموجات فوق الصوتية لإعادة ابتكار كل شيء، من الكوكتيلات إلى حساء الكونسوميه الصافي.
دليل موجز للمبادئ
مقال ضيف بقلم Mark Gaston
- يتكون معظم محتوى هذا الدليل من معلومات متاحة بسهولة، لكنها تُكتب أحيانًا بطريقة لا تسهّل قراءتها دائمًا إلا إذا كنت على دراية بالمصطلحات المستخدمة.
- تُشرح أدناه مصطلحات مهمة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مثل السونوترود والسعة وغيرها، وتأثيراتها في تطبيقات الطهي.
- يحاول الدليل أدناه شرح استخدام المجانس بالموجات فوق الصوتية بأسلوب أقل اعتمادًا على اللغة العلمية وأكثر ارتباطًا بالطهي.
الموجات فوق الصوتية وتطبيقها على الأغذية
توجد تقنية المجانس بالموجات فوق الصوتية منذ سنوات عديدة بأشكال مختلفة، لكنها بدأت للتو تجد طريقها إلى تطبيقات الطهي على نطاق أصغر. يحتوي المجانس على إلكترونيات متطورة يمكنها تحويل القدرة الكهربائية إلى اهتزازات عالية التردد للطرف المعدني أو السونوترود والتحكم فيها.
يتحرك السونوترود أساسًا صعودًا وهبوطًا بتردد مرتفع جدًا يتجاوز النطاق المسموع (مثلًا 26,000 مرة في الثانية أو 26Khz مع جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200Ht). يُسمى مقدار حركة السونوترود صعودًا وهبوطًا بالسعة، ويمكن عادةً ضبطه بين 9 و240 µm (للمقارنة، يبلغ متوسط سُمك شعرة الإنسان نحو 100 µm). وبعبارة بسيطة، يعمل السونوترود كمكبس يتحرك صعودًا وهبوطًا في السائل.
عندما يتحرك السونوترود صعودًا وهبوطًا وهو مغمور في سائل، يُنشئ مناطق ضغط مرتفع ومنخفض داخل السائل المحيط به، وهذا بدوره يُحدث ظاهرة تُعرف بالتجويف. نلاحظ في المطبخ أن خفض الضغط (كما في جهاز إغلاق العبوات بالتفريغ ذي الحجرة) يجعل السوائل تغلي عند درجات حرارة أقل، وأن رفع الضغط (كما في قدر الضغط) يجعل السوائل تغلي عند درجة حرارة أعلى.
تؤدي نبضات الضغط سريعة التقلب عند طرف السونوترود إلى تكوّن فقاعات داخل السائل ثم انهيارها سريعًا. يحدث كل ذلك على مقياس بالغ الصغر، لكنه يولّد قوى هائلة داخل السائل بفعل السرعات ودرجات الحرارة والضغوط الناجمة عن التجويف. وهذه القوى الهائلة هي التي يمكن تسخيرها لصالحنا في المطبخ من أجل استخلاص النكهات عن طريق تفكيك الخلايا, الاستحلاب، أو تفتيت الجسيمات.
UP200Ht – مجانس بالموجات فوق الصوتية لفن مزج المشروبات وتعتيق المشروبات الروحية وإنضاجها
تعرّف على المزيد حول استحلاب موس الشوكولاتة النباتي بالموجات فوق الصوتية!
ومع ذلك، فإن أحد تحديات استخدام هذه المعدات هو تسخير هذه القدرة والتحكم فيها بطريقة تحسّن الأغذية.
يحدد المجانس بالموجات فوق الصوتية من طراز UP200Ht الذي يُشترى أقصى قدرة متاحة للمستخدم، ويحتوي المجانس نفسه على عدد من المتغيرات التي يمكن استخدامها لضبط أدائه بما يناسب التطبيق. ولأغراض هذا الدليل، كان الطراز المستخدم هو جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بقدرة 200 واط.
حجم السونوترود
لحجم السونوترود المركّب تأثير كبير في كيفية إيصال الجهاز لقدرته.
وبعبارة بسيطة جدًا، كلما زادت مساحة سطح السونوترود، زادت القدرة اللازمة لتحريكه عند أي سعة محددة. كما أن لزوجة المائع تؤثر تأثيرًا كبيرًا في القدرة اللازمة لتحريك السونوترود عند سعة معينة.
تخيّل السونوترود كمكبس أو دافع؛ إذا حُرّك المكبس صعودًا وهبوطًا بسرعة كبيرة جدًا في وعاء يحتوي على سائل منخفض اللزوجة مثل الماء، يكون ذلك سهلًا نسبيًا حتى عند سرعات معقولة. لكن إذا مُلئ الوعاء بصلصة كثيفة، فلن ينطبق الأمر نفسه، إذ ستلزم قدرة أكبر بكثير لتحريك المكبس بسرعة صعودًا وهبوطًا في السائل بسبب زيادة اللزوجة. وإذا زاد حجم المكبس أو الدافع، فسيحتاج أيضًا إلى جهد أكبر لتحريكه صعودًا وهبوطًا في السائل.
وينطبق الأمر نفسه على السونوترود. فعند تركيب سونوترود كبير، سيتعين على الجهاز بذل جهد أكبر بكثير لإنتاج سعة اهتزاز معينة إذا كان السائل عالي اللزوجة، مقارنةً بسائل منخفض اللزوجة.
أحجام مختلفة من السونوترود لجهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية من طراز UP200Ht
عند أي إعداد محدد للقدرة، سيولّد السونوترود الأصغر، بسبب مساحة سطحه، تقلبات ضغط أكبر وشدة تجويف أعلى عند الطرف مقارنةً بالسونوترود الأكبر (لأن القدرة تتركز على مساحة سطح السونوترود الأصغر).
قد يتعذر تشغيل سونوترود أكبر بالسعة نفسها، لأن ذلك سيتطلب قدرة أكبر بكثير، مما قد يؤدي إلى توقف الجهاز بسبب الحمل الزائد. وفي هذه الحالة، يجب تقليل حجم السونوترود أو الحصول على جهاز ذي قدرة أعلى.
تنخفض شدة الموجات فوق الصوتية (عند أي إعداد محدد للقدرة) مع زيادة مساحة السطح (السونوترودات الأكبر)، بينما تزداد شدة القدرة فوق الصوتية مع انخفاض مساحة السطح. وبعبارة أخرى، يركز السونوترود الأصغر قدرًا كبيرًا من القدرة فوق الصوتية في مساحة صغيرة، بينما يوزع السونوترود الأكبر القدرة على مساحة أكبر.
قد يؤدي التسخين المفرط للعينة إلى خروج بعض الروائح نفسها التي تحاول استخلاصها من النظام.
وقد تتسبب القدرات المدخلة العالية أيضًا في تدهور العينة، كما يمكن ملاحظته عند استخدام بعض الزيوت. فالزيوت، عندما تتعرض للطاقة العالية المدخلة عند طرف المجانس، قد تتحلل، مما يؤدي إلى مذاق كريه للغاية لا يمكن وصفه إلا بأنه مذاق الاحتراق الكهربائي!
وبالنسبة إلى المواد الحساسة لدرجة الحرارة، سيحسّن تبريد العينة النتائج، مثل استخدام حمام ثلجي أو إضافة بعض الثلج الجاف إلى العينة. ويساعد استخدام قدرات مدخلة أقل على مدى فترة أطول في توزيع الطاقة المنطلقة داخل النظام، وكذلك استخدام الجهاز في الوضع النبضي الذي يتيح بعض التبريد بين كل دفعة من الموجات فوق الصوتية.
من خلال إلكترونيات المجانس، يمكن للمستخدم اختيار تشغيل الجهاز في وضعين رئيسيين للتحكم.
التحكم في السعة
في هذا الوضع، يختار المستخدم النسبة % من السعة القصوى المطلوبة للسونوترود. ثم تحاول الإلكترونيات تحريك السونوترود بهذه السعة، وتضبط القدرة المدخلة إلى الجهاز للحفاظ على السعة المطلوبة عند السونوترود. وإذا كانت مساحة سطح السونوترود أكبر من أن تسمح بتحريكه بهذه السعة باستخدام القدرة المتاحة للجهاز، فلن تبلغ السعة القيمة المضبوطة، وقد يتوقف الجهاز إذا وصل إلى حالة حمل زائد.
تُستخدم الموجات فوق الصوتية في الطهي الجزيئي وفن مزج المشروبات لابتكار نكهات فريدة. ويُستخدم جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200Ht من Hielscher لاستخلاص الروائح، وتطعيم المشروبات الروحية بالنكهات، وتحضير مستحضرات المشروبات المُرّة، وتعتيق المشروبات الكحولية والنبيذ.
التحكم في القدرة المدخلة
في هذا الوضع، يضبط المستخدم القدرة المدخلة المطلوبة بالواط، وتضبط الإلكترونيات سعة الاهتزازات لتنظيم القدرة المدخلة وفقًا للإعداد الذي حدده المستخدم. يتيح هذا الوضع تنظيم القدرة المنقولة إلى السائل، وبالتالي الحد من الحرارة المتولدة فيه، مما يجنب إتلاف العينات الأكثر حساسية.
الوضع النبضي
بالإضافة إلى وضعي التشغيل، يوجد وضع نبضي تُشغّل فيه الإلكترونيات وتُوقف على نحو دوري، ويحدد المستخدم توقيت هذه الدورات، من التشغيل لمدة 10% من الوقت والإيقاف لمدة 90%، إلى التشغيل لمدة 90% من الوقت والإيقاف لمدة 10%. ويُحدث ذلك تأثيرًا نابضًا، ويفيد في الحد من إجمالي القدرة المدخلة إلى العينة وإحداث تحريك جيد داخلها، مع ارتفاع المدخل الأولي أثناء استقرار الإلكترونيات خلال كل دورة تشغيل.
نصائح وحيل عامة
عند استخدام المجانس للتطعيم بالنكهات، تتحقق نتائج أفضل إذا جرى تقليل حجم المواد الصلبة قبل معالجتها بالمجانس، إذ يزيد ذلك مساحة السطح المعرضة للسونوترود. وينطبق المبدأ نفسه عند استخدام المجانس من أجل تقليل حجم الجسيمات. اعتبر المجانس أداة للمعالجة النهائية الدقيقة، لا مطحنة للطحن الخشن! فعند تقليل أحجام الجسيمات، يُنجَز جزء كبير من العمل بواسطة التصادمات عالية السرعة بين الجسيمات التي تتسارع بفعل القوى المتولدة عند السونوترود. وستتحقق نتائج أفضل بكثير إذا جرى بعض تقليل حجم الجسيمات قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية. فالبدء بعد إنجاز التقليل الأولي لحجم الجسيمات يعني تعرض مساحة سطح أكبر للمعالجة بالموجات فوق الصوتية، وأن الجسيمات الأصغر ستتسارع في السائل بسرعة أكبر، مما يؤدي إلى تصادمات أشد بقوة تفتت الجسيمات أكثر. كما سيحتاج المجانس إلى إنجاز عمل أقل، مما يتيح التحكم في درجة الحرارة بصورة أفضل.
ولأن المجانس يعمل على نطاق موضعي إلى حد كبير، فمن المفيد عند استخدامه مع عينات أكبر، مثل عدة مئات من الملليلترات أو أكثر، توفير تحريك إضافي لضمان تجدد السائل الموجود حول السونوترود، بما يضمن معالجة العينة بالكامل بالموجات فوق الصوتية. وينطبق ذلك خصوصًا على العينات الأعلى لزوجة. ويُعد جهاز تقليب مغناطيسي جيد وسيلة مفيدة لتحقيق ذلك. ويساعد التحريك أيضًا على ضمان عدم تعرض حجم السائل المحيط بالسونوترود للتسخين المفرط. ويساعد استخدام حمام ثلجي أو قطع من الثلج الجاف داخل العينة على إزالة الطاقة التي تنقلها المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وكما نوقش سابقًا، إذا كانت المادة حساسة لدرجة الحرارة، فاستخدم إعدادات قدرة أقل لمدة أطول و/أو استخدم الوضع النبضي للحد من درجات الحرارة المتولدة في العينة، مع إتاحة تبريدها بين النبضات الصوتية.
Christian Mittermeier من مطعم Villa Mittermeier الحائز على نجمة ميشلان، مع UP200Ht أثناء الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية
اتصل بنا! / اسألنا!
المراجع
- 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.
- Belgheisi S., Motamedzadegan A., Milani J.M., Rashidi L., Rafe A. (2021): Impact of ultrasound processing parameters on physical characteristics of lycopene emulsion. Journal of Food Science and Technology 58(2), 2021. 484-493.
حقائق جديرة بالمعرفة
غالبًا ما يُشار إلى مجانسات الأنسجة بالموجات فوق الصوتية بأسماء مثل جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية ذي مسبار/جهاز معالجة صوتية، أو محلِّل صوتي، أو جهاز تفكيك بالموجات فوق الصوتية، أو مطحنة بالموجات فوق الصوتية، أو جهاز تمزيق صوتي، أو جهاز تطبيق الموجات الصوتية، أو جهاز تجزئة صوتي، أو جهاز تفكيك الخلايا، أو جهاز تشتيت بالموجات فوق الصوتية، أو جهاز استحلاب، أو جهاز إذابة. وتنشأ هذه المصطلحات المختلفة من التطبيقات المتنوعة التي يمكن تنفيذها بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية.
