Молекулярна кухня и други кулинарни приложения

Соникацията трансформира начина, по който готвачите и специалистите в областта на храните приготвят храни и напитки: ултразвуковата екстракция, инфузията, емулгирането и хомогенизацията са ключови приложения на соникаторите за кулинарни произведения. От бърза екстракция до по-копринени емулсии и засилени аромати - ултразвуковите вълни развиват изключителни вкусове и текстури. В тази статия ще научите как готвачите и хранителните технолози използват ултразвуковата кавитация, за да пресъздадат всичко - от коктейли до консоме.

Кратко ръководство за принципите

статия за гости от Марк Гастон

• По-голямата част от съдържанието на това ръководство е информация, която е лесно достъпна, но понякога е написана по начин, който не винаги прави четенето лесно, освен ако случайно не сте запознати с използваните термини.
• По-долу са обяснени важни термини за ултразвук като сонотрод, амплитуда и т.н. и техните ефекти върху кулинарните приложения.
• Това ръководство по-долу се опитва да обясни използването на ултразвуковия хомогенизатор по по-малко научен и по-кулинарен начин.

Ултразвукови вълни и тяхното приложение в храната

Ултразвуковият хомогенизатор като техника съществува от много години в различни форми, но едва сега намира своя път в по-малки кулинарни приложения. Хомогенизаторът съдържа сложна електроника, която може да преобразува и контролира електрическата енергия във високочестотни вибрации на металния връх или сонотрод.
Сонотродът се движи предимно нагоре и надолу с доста висока честота над звуковия обхват (напр. 26000 пъти в секунда или 26Khz с Соникатор UP200Ht). Количеството, което сонотродът се движи нагоре и надолу, се нарича амплитуда и обикновено може да се регулира между 9 и 240 μm (средната човешка коса е с дебелина около 100 μm за справка). С прости думи, сонотродът се държи като бутало, движещо се нагоре и надолу в течността.
Тъй като сонотродът се движи нагоре и надолу, докато е потопен в течност, той създава зони с високо и ниско налягане в течността около сонотрода, това от своя страна създава явление, известно като кавитация. Виждаме в кухнята, че понижаването на налягането (като в камерата) води до кипене на течности при по-ниски температури, а повишаването на налягането (като тенджера под налягане) води до кипене на течностите при по-висока температура.
Бързо променящите се пулсации на налягането във върха на сонотрода предизвикват образуването и след това бързото разрушаване на мехурчета в течността. Всичко това се случва в миниатюрен мащаб, но създава огромни сили в течността поради скоростите, температурите и наляганията, породени от кавитацията. Именно тези огромни сили могат да бъдат използвани в кухнята за извличане на аромати от Разкъсващи се клетки, емулгиранеили Разграждане на частиците.

 

Научете повече за ултразвуковото емулгиране на веган мус о шоколад!
 

Едно от предизвикателствата при използването на това оборудване обаче е да се впрегне и контролира тази сила по начин, който подобрява храната.
Закупените ултразвуков хомогенизатор модел UP200Ht диктува максималната мощност, която е на разположение на потребителя, а самият хомогенизатор има редица променливи, които могат да се използват за регулиране на работата му в съответствие с приложението. За целите на това ръководство използваният модел е 200-ватовият сонификатор на Hielscher.

Размер на Sonotrode

Размерът на монтирания сонотрод оказва голямо влияние върху начина, по който устройството осигурява своята мощност.
Казано много просто, колкото по-голяма е повърхността на сонотрода, толкова повече мощност ще му е необходима, за да го задвижва с дадена амплитуда. Вискозитетът на течността също ще окаже голямо влияние върху мощността, необходима за задвижване на сонотрода при дадена амплитуда.
Представете си сонотрода като бутало или бутало, ако буталото се движи нагоре и надолу много бързо в тенджера с тънка течност като вода, е относително лесно да го направите дори при разумни скорости, но напълнете тенджерата с гъст сос и същото няма да е вярно, ще е необходима много повече мощност за бързо преместване на буталото нагоре и надолу в течността поради увеличения вискозитет. Увеличете размера на буталото или буталото и също така ще са необходими повече усилия, за да го преместите нагоре и надолу в течността.
Същото важи и за сонотрода. С монтиран голям сонотрод, уредът ще трябва да работи много по-усилено, за да произведе дадена амплитуда на трептене, ако течността има висок вискозитет, отколкото с течност с нисък вискозитет.
 

 

При всяка зададена мощност по-малък сонотрод, поради своята повърхност, ще генерира по-големи колебания на налягането и по-висока интензивност на кавитацията във върха, отколкото по-голям сонотрод (тъй като мощността е съсредоточена върху по-малката повърхност на сонотрода).
Може да не е възможно да се задвижва по-голям сонотроде със същата амплитуда, тъй като за това ще е необходима много повече мощност, което може да доведе до изключване на устройството поради претоварване. В този случай размерът на сонотрода трябва да бъде намален или да се получи агрегат с по-висока мощност.
Интензитетът на ултразвука (при всяка дадена настройка на мощността) намалява с увеличаване на повърхността (по-големи сонотроди), докато с увеличаване на интензитета на ултразвуковата мощност с намаляването на повърхността, или казано по друг начин, по-малкият сонотрод поставя много ултразвукова мощност в малка площ, където като по-голям сонотрод разпределя мощността върху по-голяма площ.

Когато се използва хомогенизаторът, общата работа, извършена върху пробата, е комбинация от Входна мощност на хомогенизатора, обема на пробата и времето на излагане. За да получим възпроизводими резултати, трябва да вземем предвид и трите параметъра. Не очаквайте да поставите устройството в малка чаша, пълна с течност, за две минути и след това да получите същия резултат в литър течност за същия период от време! Също така не забравяйте, че при малки размери на пробата и висока входна мощност температурата на пробата ще се повиши бързо. За чувствителни към температурата проби е по-добре да се използват по-ниски настройки на мощността за по-дълги периоди, което позволява енергията, вложена от хомогенизатора като топлина, да се разсейва.
Прегряването на пробата може да доведе до някои от самите аромати, които се опитвате да уловите, да излязат от системата.
Високата мощност също може да причини разграждане на пробата, както може да се види при използване на определени масла. Маслата, когато са изложени на висока енергия на върха на хомогенизатора, могат да се разпаднат, което води до изключително неприятен вкус, който може да се опише само като вкус на електрическо изгаряне!
За чувствителни към температурата материали охлаждането на пробата ще подобри резултатите, като например чрез използване на ледена баня или включване на малко сух лед в пробата. Използването на по-ниска мощност за по-дълъг период от време помага за разпръскване на енергията, освободена в системата, както и използването на устройството в импулсен режим, което позволява известно охлаждане между всеки изблик на ултразвук.
В електрониката на хомогенизатора потребителят може да избере да работи с уреда в два основни режима на управление.

Контрол на амплитудата

В този режим потребителят избира % от максималната амплитуда, необходима за сонотрода. След това електрониката ще се опита да задвижи сонотрода с тази амплитуда и ще регулира входната мощност на устройството, за да поддържа необходимата амплитуда на сонотрода. Ако повърхността на сонотрода е твърде голяма, за да се задвижва с тази амплитуда с наличната мощност на уреда, амплитудата няма да достигне зададената стойност и може да се изключи, ако се достигне състояние на претоварване.

Контрол на входната мощност

В този режим потребителят задава необходимата входяща мощност във ватове и електрониката ще регулира амплитудата на трептенията, за да регулира входната мощност според настройката на потребителя. Този режим позволява да се регулира мощността, прехвърлена към течността, и следователно топлината, генерирана в течността, да се ограничи, като се избягва повреда на по-чувствителните проби.

импулсен режим

В допълнение към двата режима на работа има импулсен режим, при който електрониката се включва и изключва на цикли, чието време се задава от потребителя от включване на 10% от времето и изключване на 90% от времето и изключване на 10%. Това дава пулсиращ ефект и е полезно както за ограничаване на общата входяща мощност на пробата, така и за създаване на добро разбъркване в пробата до първоначалния вход, който е висок, тъй като електрониката се стабилизира по време на всеки работен цикъл.

Общи съвети и трикове

Когато се използва хомогенизаторът за инфузия на аромати, по-добри резултати се получават, когато твърдите вещества са намалени по размер преди хомогенизирането, това ще увеличи повърхността, изложена на Сонотроде. Същият принцип се прилага и при използването на хомогенизатора за намаляване на размера на частиците. Мислете за хомогенизатора като за фин довършителен инструмент, а не като за шлифовъчна машина! При намаляването на размерите на частиците голяма част от работата се извършва от високоскоростните сблъсъци на частици, ускоряващи силите, генерирани при сонотрода. Много по-добри резултати ще се получат, ако част от редукцията на частиците се извърши преди ултразвук. Започвайки с вече направеното намаляване на размера на частиците, означава, че по-голяма повърхност е изложена на ултразвук и че по-малките частици ще се ускоряват в течността по-бързо, което води до по-големи сблъсъци със сила за по-нататъшно разграждане на частиците. Хомогенизаторът също ще трябва да върши по-малко работа, което позволява по-добре да се контролира температурата.
Тъй като хомогенизаторът работи на доста локализирано ниво, той е полезен, когато се използва с по-големи проби, да речем, няколкостотин милилитра или повече, за да осигури допълнително разбъркване, за да се гарантира, че обемът около сонотрода се освежава, осигурявайки пълно ултразвук на пробата. Това важи особено за по-вискозните проби. Добрата магнитна бъркалка е полезен начин за постигане на това. Разбъркването също помага да се гарантира, че обемът на течността около сонотрода не се прегрява. Използването на ледена баня или парчета сух лед в пробата ще помогне за премахване на енергията, предоставена от сонификацията. Както вече беше обсъдено, ако материалът е чувствителен към температурата, използвайте по-ниски настройки на мощността за увеличен период от време и или използвайте импулсния режим, за да ограничите температурите, генерирани в пробата, позволявайки на пробата да се охлади между звуковите импулси.

---

---

Литература

• 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.

 

В този видеоклип Симон от GuerillaChefs.de демонстрира използването на ръчния звукоизлъчвател Hielscher UP200Ht за бързо ароматизиране на вода с пресни гъби - иновативна техника, използвана в кулинарията и молекулярната гастрономия. Ултразвукът подобрява извличането на аромати и вкарва деликатни ароматни съединения във водната фаза в рамките на секунди, което позволява чиста обработка без топлина за рафинирани бульони, инфузии или ароматни основи. Идеален за готвачи и новатори в областта на храните, които търсят прецизност и интензивност при разработването на естествени аромати.

Ултразвукова ароматизация: Създайте интензивен вкус гъбен бульон с помощта на Hielscher UP200Ht

 

Факти, които си струва да знаете

Ултразвуковите хомогенизатори на тъкани често се наричат сонникатор/сонификатор на сонда, звуков лизьор, ултразвуков разрушител, ултразвукова мелница, соно-руптор, сонификатор, звуков дисмембратор, клетъчен разрушител, ултразвуков диспергатор, емулгатор или разтворител. Различните термини са резултат от различните приложения, които могат да бъдат изпълнени чрез ултразвук.