المطبخ الجزيئي وتطبيقات الطهي الأخرى

دليل موجز للمبادئ

مارك غاستون

• معظم محتويات هذا الدليل هو المعلومات التي هي متاحة بسهولة، ولكن هو مكتوب في بعض الأحيان بطريقة لا تجعل دائما سهلة القراءة إلا إذا كنت يحدث ليكون متمكنا من المصطلحات المستخدمة.
• أدناه، وشرح المصطلحات الهامة من صوتنة مثل sonotrode، الخ السعة وآثارها على تطبيقات الطهي.
• يحاول هذا الدليل أدناه لشرح استخدام homogeniser بالموجات فوق الصوتية بطريقة أقل علمية وأكثر الطهي ذات الصلة.

موجات فوق الصوتية وتطبيقاتها في الغذاء

وكان homogeniser بالموجات فوق الصوتية كأسلوب حول لسنوات عديدة في أشكال مختلفة، ولكن فقط مجرد تجد طريقها إلى تطبيقات الطهي على نطاق أصغر. وhomogeniser ويتضمن بعض الأجهزة الإلكترونية المتطورة التي يمكن تحويل ومراقبة الطاقة الكهربائية إلى ذبذبات عالية التردد من طرف المعدن أو sonotrode.
وsonotrode يتحرك في المقام الأول صعودا وهبوطا في وتيرة عالية جدا فوق النطاق مسموع (على سبيل المثال 26000 مرات في الثانية أو 26Khz مع Uf200 ः ر). ويطلق على المبلغ الذي sonotrode يتحرك صعودا ونزولا على السعة وعادة يمكن تعديل ما بين 9 و 240 ميكرون (متوسط ​​شعرة الإنسان حوالي 100 ميكرون سميكة للمرجعية). بعبارات بسيطة sonotrode يتصرف مثل مكبس تتحرك صعودا وهبوطا في السائل.
كما يتحرك sonotrode صعودا وهبوطا في حين مغمورة في سائل، فإنه يخلق مناطق الضغط العالي والمنخفض داخل السائل حول sonotrode هذا بدوره يخلق ظاهرة تعرف باسم التجويف. ونحن نرى في المطبخ أن خفض ضغط (كما هو الحال في سداده غرفة) يسبب السوائل في الغليان في درجات حرارة منخفضة ورفع الضغط (مثل طنجرة الضغط) يسبب السوائل حتى يغلي عند درجة حرارة أعلى.
نبضات الضغط تقلب بسرعة في غيض من sonotrode تتسبب في تشكيل والانهيار السريع للثم فقاعات داخل السائل. كل هذا يحدث على نطاق ودقيقة ولكن يخلق قوات ضخمة داخل السائل بسبب السرعات، ودرجات الحرارة والضغوط التي تولدها التجويف. ومن هذه القوى الضخمة التي يمكن أن تحول لصالحنا في المطبخ ل استخراج من النكهات بواسطة تمزق الخلايا أو انهيار الجسيمات.

ومع ذلك ، فإن أحد التحديات في استخدام هذه المعدات هو تسخير هذه القوة والتحكم فيها بطريقة تعزز الأطعمة.
نموذج homogeniser بالموجات فوق الصوتية التي تم شراؤها Uf200 ः ر يملي الطاقة القصوى المتاحة للمستخدم وhomogeniser نفسها لديها عدد من المتغيرات التي يمكن استخدامها لضبط أدائها لتتناسب مع التطبيق. لغرض من هذا الدليل، وكان النموذج المستخدم ل 200 واط وحدة.

Sonotrode الحجم

حجم اينووووووووو المجهزة لديها تأثير كبير على كيفية وحدة يسلم قوتها.
وبعبارة بسيطة للغاية ، كلما كانت المساحة السطحية للسونوترود أكبر ، كلما ازدادت القوة التي تحتاجها لدفعها في أي اتساع معين. كما أن لزوجة السائل لها تأثير كبير على الطاقة المطلوبة لدفع سونوترودي عند سعة معينة.
تخيل sonotrode كما مكبس أو الغطاس، إذا تم نقل المكبس صعودا وهبوطا سريعا جدا في وعاء من السائل رقيقة مثل الماء فمن السهل نسبيا للقيام بذلك حتى على سرعات معقولة، ولكن ملء وعاء مع صلصة سميكة و نفسه لن يكون صحيحا، وسوف تتطلب الكثير من الطاقة لتحريك المكبس بسرعة صعودا وهبوطا في السائل نظرا لزيادة اللزوجة. زيادة حجم المكبس أو الغطاس، وسوف يتطلب أيضا المزيد من الجهد لنقلها إلى أعلى وأسفل في السائل.
وينطبق الشيء نفسه من sonotrode. مع sonotrode كبير تركيب، فإن وحدة يجب أن نعمل بجد الآن لإنتاج سعة معينة من التذبذب إذا كان السائل يحتوي على اللزوجة العالية من بسائل اللزوجة منخفضة.

في أي قوة نظرا الإعداد ل sonotrode أصغر نظرا لمساحته سوف تولد تقلبات ضغط أكبر و أعلى التجويف شدة في طرف من sonotrode أكبر (كما ركز السلطة في منطقة السطح sonotrode أصغر ل).
قد لا يكون من الممكن أن يقود sonotrode أكبر في نفس السعة بقدر سيطلب مزيدا من القوة للقيام بذلك، وربما أدى إلى اغلاق وحدة بسبب الحمل الزائد. في هذه الحالة حجم sonotrode أن يتم تخفيض أو الحصول على وحدة السلطة العليا.
المدخل كثافة الموجات فوق الصوتية (في أي وضع السلطة معين) يتناقص مع زيادة مساحة السطح (sonotrodes أكبر)، حيث كما يزيد كثافة السلطة بالموجات فوق الصوتية مع مساحة التناقص، أو لوضع الأمر بطريقة أخرى، وهي sonotrode أصغر يضع الكثير من الطاقة بالموجات فوق الصوتية في منطقة صغيرة، حيث كما ينتشر sonotrode أكبر قوة على مساحة أكبر.

عند استخدام homogeniser إجمالي العمل به على عينة هو مزيج من مدخلات الطاقة من homogeniser، و الصوت من العينة و زمن يتعرض لها. من أجل الحصول على نتائج يمكن استنساخه، لا بد لنا من النظر في جميع المعلمات الثلاث. لا نتوقع أن وضع الجهاز في كوب صغير الكامل من السوائل لمدة دقيقتين ومن ثم الحصول على النتيجة نفسها في لتر من السوائل خلال الفترة الزمنية نفسها! تذكر أيضا أن مع أحجام عينة صغيرة ومدخلات الطاقة العالية، و درجة الحرارة من العينة سوف ترتفع بسرعة. للحصول على عينات الحساسة درجة الحرارة فمن الأفضل لاستخدام إعدادات طاقة أقل لفترات أطول، والسماح للطاقة المدخلة من قبل homogeniser شكل حرارة إلى أن تتبدد.
الانهاك العينة قد يسبب أيضا بعض الروائح جدا تحاول التقاط هربا من النظام.
قد مدخلات الطاقة العالية أيضا أن يسبب تدهور العينة، كما يمكن أن يرى عند استخدام بعض الزيوت. الزيوت عند تعرضها للمدخلات الطاقة العالية في غيض من homogeniser يمكن أن تنهار مما أدى إلى طعم غير سارة للغاية والتي يمكن وصفها إلا بأنها طعم حرق الكهربائية!
لدرجة حرارة المواد الحساسة تبريد العينة من شأنها تحسين النتائج مثل استخدام حمام كريم أو إدراج بعض الثلج الجاف في العينة. باستخدام أقل مدخلات الطاقة على مدى فترة أطول يساعد على تفريق الطاقة المنطلقة في النظام كما يفعل استخدام وحدة في وضع النبض الذي يسمح لبعض التبريد بين كل موجة من الموجات فوق الصوتية.
ضمن الالكترونيات من homogeniser، يمكن للمستخدم اختيار لتشغيل وحدة في وضعين الرئيسية عن نطاق السيطرة.

السيطرة السعة

في هذا الوضع يختار المستخدم٪ من السعة القصوى المطلوبة لsonotrode. والالكترونيات ثم محاولة لدفع sonotrode في ذلك السعة وسوف ضبط مدخلات الطاقة للجهاز للحفاظ على السعة المطلوبة في sonotrode. إذا كانت مساحة sonotrode كبيرة جدا لتكون مدفوعة في هذه السعة مع الطاقة المتاحة للوحدة، فإن السعة لا تصل إلى القيمة المحددة، ويمكن إيقاف إذا تم التوصل إلى حالة الحمل الزائد.

مدخلات التحكم في الطاقة

في هذا الوضع المستخدم يحدد مدخلات الطاقة المطلوبة في واط وسوف الالكترونيات ضبط التذبذب من أجل تنظيم مدخلات الطاقة إلى الإعداد للمستخدمين. يسمح هذا النمط من نقل السلطة إلى السائل إلى أن ينظم، وبالتالي فإن الحرارة المتولدة في السائل محدودة تجنب الأضرار التي لحقت عينات أكثر حساسية.

نبض الوضع

بالإضافة إلى وسائط اثنين من العملية، هناك وضع النبض، حيث التبديل الالكترونيات وإيقاف في دوراتيتم تعيين توقيت منها من قبل المستخدم من يجري على 10٪ من الوقت ومن 90٪ إلى 90٪ في الوقت ومن 10٪. هذا يعطي تأثير النابض ومفيد على حد سواء للحد من مدخلات الطاقة الكلي للعينة وخلق الإثارة الرشيد في العينة إلى المدخلات الأولية كونها عالية كما تستقر الإلكترونيات خلال كل دورة العمل.

تلميحات العامة والخدع

عند استخدام homogeniser عن ضخ النكهات ويتم الحصول على نتائج أفضل عندما تم تخفيض المواد الصلبة في الحجم قبل أن يكون متجانس، وهذا سوف يزيد من مساحة السطح المعرض لل اينووووووووو. وينطبق المبدأ نفسه عند استخدام homogeniser ل تخفيض حجم الجسيمات. التفكير في homogeniser كأداة تشطيب غرامة لا طاحونة بالطبع! في الحد من أحجام الجسيمات الكثير من العمل يتم عن طريق التصادمات عالية السرعة من الجسيمات تسارع القوى المتولدة في سونوترودي. سيتم الحصول على نتائج أفضل بكثير إذا تم إجراء بعض تخفيض الجسيمات قبل صوتنة. بدءا من تخفيض حجم الجسيمات الأكبر فعلاً يعني أن مساحة السطح أكبر يتعرض إلى صوتنة وأن الجسيمات الأصغر سيتم تسريعها في السائل بسرعة أكبر ، مما يؤدي إلى تصادمات أعلى مع قوة لتكسير الجزيئات بشكل أكبر. كما يجب القيام بعمل أقل بواسطة المجانسة ، مما يسمح بالتحكم في درجة الحرارة بشكل أفضل.
عندما يعمل المجانسة على مستوى موضعي تمامًا ، يكون مفيدًا عند استخدامه مع عينات أكبر من عدة مئات من الميليتات أو أكثر لتوفير مزيد من التحريض لضمان أن يتم تحديث الحجم حول سونوترودي ، مما يضمن صوتنة كاملة للعينة. هذا صحيح بشكل خاص من أكثر من ذلك لزج العينات. المحرك المغناطيسي الجيد هو وسيلة مفيدة لتحقيق ذلك. يساعد الإثارة أيضًا على ضمان عدم زيادة حرارة السائل حول sonotrode. استخدام حمام جليدي ، أو قطع الثلج الجاف في العينة سيساعد على إزالة الطاقة المنقولة عن طريق الابن. كما سبق أن ناقشنا ما إذا كانت المادة حساسة لدرجة الحرارة ، استخدم إعدادات طاقة أقل خلال فترة زمنية متزايدة واستخدم أسلوب النبض للحد من درجات الحرارة المتولدة في العينة مما يسمح للعينة بالتبريد بين النبضات الصوتية.

---

---

الأدب

• 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 العلم

وغالبا ما يشار المجانسة الأنسجة بالموجات فوق الصوتية على أنها التحقيق sonicator / sonificator، ايزر الصوتية، اختلال والموجات فوق الصوتية، طاحونة بالموجات فوق الصوتية، سونو-ruptor، sonifier، dismembrator الصوتية، وديسروبتر الخلية، المفرق بالموجات فوق الصوتية، مستحلب أو الذائب. المصطلحات المختلفة ينتج من مختلف التطبيقات التي يمكن أن تتحقق من خلال صوتنة.