Молекулярна кухня и други кулинарни приложения

Ултразвуковата обработка преобразява начина, по който готвачите и учените в областта на храните приготвят храни и напитки: ултразвуковата екстракция, инфузия, емулгиране и хомогенизация са основни приложения на ултразвуковите уреди за кулинарни творения. От бързи екстракции до по-копринени емулсии и по-интензивни аромати, ултразвуковите вълни създават изключителни вкусове и текстури. В тази статия ще научите как готвачите и хранителните технолози използват ултразвуковата кавитация, за да пресъздават всичко – от коктейли до консоме.

Кратко ръководство за принципите

гостуваща статия от Mark Gaston

• По-голямата част от съдържанието на това ръководство представлява леснодостъпна информация, но понякога тя е написана по начин, който невинаги позволява лесно четене, освен ако не сте запознати с използваните термини.
• По-долу са обяснени важни термини от ултразвуковата обработка, като сонотрод, амплитуда и др., както и тяхното влияние върху кулинарните приложения.
• Ръководството по-долу се опитва да обясни използването на ултразвуковия хомогенизатор по по-малко научен и по-тясно свързан с кулинарията начин.

Ултразвуковите вълни и тяхното приложение при храните

Ултразвуковият хомогенизатор като технология съществува от много години в различни форми, но едва сега започва да намира място в кулинарни приложения с по-малък мащаб. Хомогенизаторът съдържа сложна електроника, която може да преобразува електрическата мощност във високочестотни вибрации на металния накрайник, или сонотрод, и да ги управлява.
Сонотродът се движи предимно нагоре и надолу с доста висока честота над чуваемия диапазон (например 26 000 пъти в секунда или 26Khz при ултразвуковия уред UP200Ht). Големината на движението на сонотрода нагоре и надолу се нарича амплитуда и обикновено може да се регулира между 9 и 240 µm (за сравнение, средната дебелина на човешкия косъм е около 100 µm). Казано просто, сонотродът се държи като бутало, което се движи нагоре и надолу в течността.
Докато сонотродът се движи нагоре и надолу, потопен в течност, той създава области с високо и ниско налягане в течността около себе си, което от своя страна поражда явление, известно като кавитация. В кухнята виждаме, че понижаването на налягането (например в камерна машина за вакуумно запечатване) кара течностите да кипят при по-ниски температури, а повишаването на налягането (например в тенджера под налягане) ги кара да кипят при по-висока температура.
Бързо променящите се пулсации на налягането при върха на сонотрода предизвикват образуването и след това бързото схлопване на мехурчета в течността. Всичко това се случва в много малък мащаб, но създава огромни сили в течността поради скоростите, температурите и наляганията, породени от кавитацията. Именно тези огромни сили можем да използваме в наша полза в кухнята за извличане на вкусове и аромати чрез разрушаване на клетките, емулгиране, или раздробяване на частици.

 

Вижте как ултразвуковият процесор Hielscher UP200Ht превръща шоколадова емулсия на растителна основа в копринено гладък, стабилен веган шоколадов мус. Ултразвуковата кавитация осигурява фино диспергиране, повишена стабилност на емулсията и оптимална текстура – предпоставки за съвършен десерт без млечни продукти с наситен шоколадов вкус. Като създава стабилна емулсия от шоколадови мазнини и вода с размер на капчиците под един микрометър, ултразвуковата обработка допринася за интензивен вкус и гладко, хомогенно усещане в устата. Освен това ултразвуковата обработка разгражда агломератите от нишестета, протеини и твърди какаови частици за максимална кремообразност и по-наситен вкус.

Научете повече за ултразвуковото емулгиране на веган шоколадов мус!
 

Едно от предизвикателствата при използването на това оборудване обаче е да се използва и управлява тази мощност по начин, който подобрява храните.
Закупеният ултразвуков хомогенизатор модел UP200Ht определя максималната мощност, с която разполага потребителят, а самият хомогенизатор има редица променливи параметри, чрез които работата му може да се настрои според приложението. За целите на това ръководство е използван ултразвуковият уред Hielscher с мощност 200 вата.

Размер на сонотрода

Размерът на монтирания сонотрод оказва съществено влияние върху начина, по който уредът предава мощността си.
Казано съвсем просто, колкото по-голяма е площта на повърхността на сонотрода, толкова повече мощност е необходима за задвижването му при дадена амплитуда. Вискозитетът на течността също оказва голямо влияние върху мощността, необходима за задвижване на сонотрода при дадена амплитуда.
Представете си сонотрода като бутало или плунжер: ако буталото се движи много бързо нагоре и надолу в съд с рядка течност, като вода, това е сравнително лесно дори при умерени скорости. Ако обаче напълните съда с гъст сос, това вече няма да е така – ще е необходима много повече мощност за бързото движение на буталото нагоре и надолу в течността поради повишения вискозитет. Ако увеличите размера на буталото или плунжера, също ще е необходимо по-голямо усилие за движението му нагоре и надолу в течността.
Същото важи и за сонотрода. При монтиран голям сонотрод уредът ще трябва да работи много по-интензивно, за да постигне дадена амплитуда на трептене, ако течността има висок вискозитет, отколкото при течност с нисък вискозитет.
 

 

При всяка дадена настройка на мощността по-малкият сонотрод, поради площта на повърхността си, ще генерира по-големи колебания на налягането и по-висока интензивност на кавитацията при върха в сравнение с по-голям сонотрод (тъй като мощността е съсредоточена върху по-малката площ на повърхността на сонотрода).
Възможно е по-голям сонотрод да не може да се задвижва при същата амплитуда, тъй като за това ще е необходима много повече мощност, което може да доведе до изключване на уреда поради претоварване. В този случай размерът на сонотрода трябва да се намали или да се осигури уред с по-висока мощност.
Интензивността на ултразвука (при всяка дадена настройка на мощността) намалява с увеличаването на площта на повърхността (по-големи сонотроди), докато интензивността на ултразвуковата мощност се увеличава с намаляването на площта на повърхността. Казано по друг начин, по-малкият сонотрод предава голяма ултразвукова мощност върху малка площ, докато по-големият сонотрод разпределя мощността върху по-голяма площ.

При използване на хомогенизатора общата работа, извършена върху пробата, е съчетание от входната мощност на хомогенизатора, обема на пробата и времето, през което тя е подложена на обработка. За да получим възпроизводими резултати, трябва да вземем предвид и трите параметъра. Не очаквайте да поставите уреда в малка чаша, пълна с течност, за две минути и след това да получите същия резултат в литър течност за същото време! Също така помнете, че при малки обеми на пробите 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, внесена от хомогенизатора като топлина, да се разсее.
Прегряването на пробата може да доведе до отделяне от системата на някои от самите аромати, които се опитвате да уловите.
Високата входна мощност може също да причини разграждане на пробата, както се наблюдава при използване на някои масла. Когато маслата са изложени на големите количества енергия, подавани при върха на хомогенизатора, те могат да се разградят, което води до силно неприятен вкус, който може да се опише единствено като вкус на изгоряло електрическо оборудване!
При чувствителни към температурата материали охлаждането на пробата ще подобри резултатите – например чрез използване на ледена баня или добавяне на малко сух лед в пробата. Използването на по-ниска входна мощност за по-дълъг период помага за разсейването на енергията, отделена в системата, както и използването на уреда в импулсен режим, който позволява известно охлаждане между отделните ултразвукови импулси.
Чрез електрониката на хомогенизатора потребителят може да избира работа на уреда в два основни режима на управление.

Управление на амплитудата

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

Искате ли да произвеждате собствени екстракти от подправки или сосове? Независимо дали става въпрос за ресторантска кухня, амбициозен помощник главен готвач или промишлени производители, с ултразвуковото оборудване на Hielscher можете да произвеждате висококачествени екстракти и сосове за кратко време. Приготвяйте сами биоекстракти! Премахнете консервантите! Използвайте само съставките, които сте избрали!

Управление на входната мощност

В този режим потребителят задава необходимата входна мощност във ватове, а електрониката регулира амплитудата на трептенията, за да поддържа входната мощност според зададената от потребителя стойност. Този режим позволява регулиране на мощността, предавана към течността, и съответно ограничаване на топлината, генерирана в нея, като се избягва увреждането на по-чувствителни проби.

Импулсен режим

В допълнение към двата режима на работа има и импулсен режим, при който електрониката се включва и изключва циклично. Продължителността на включването и изключването се задава от потребителя – от включване през 10% от времето и изключване през 90% до включване през 90% от времето и изключване през 10%. Това създава пулсиращ ефект и е полезно както за ограничаване на общата входна мощност към пробата, така и за осигуряване на добро разбъркване в пробата, при високо първоначално подаване, докато електрониката се стабилизира по време на всеки работен цикъл.

Общи съвети и похвати

При използване на хомогенизатора за инфузиране на вкусове и аромати се получават по-добри резултати, когато размерът на твърдите съставки е намален преди хомогенизацията. Това увеличава площта на повърхността, изложена на действието на сонотрода. Същият принцип важи и при използване на хомогенизатора за намаляване на размера на частиците. Мислете за хомогенизатора като за инструмент за фина довършителна обработка, а не като за мелница за грубо смилане! При намаляването на размера на частиците голяма част от работата се извършва чрез високоскоростните сблъсъци на частици, ускорени от силите, генерирани при сонотрода. Много по-добри резултати ще се получат, ако част от намаляването на размера на частиците се извърши преди ултразвуковата обработка. Ако основното намаляване на размера на частиците вече е извършено, по-голяма площ на повърхността ще бъде изложена на ултразвукова обработка, а по-малките частици ще се ускоряват по-бързо в течността, което води до по-интензивни сблъсъци със сила, способна да раздроби частиците допълнително. Хомогенизаторът също ще трябва да извърши по-малко работа, което позволява по-добър контрол на температурата.
Тъй като действието на хомогенизатора е доста локализирано, при използването му с по-големи проби, например от няколкостотин милилитра или повече, е полезно да се осигури допълнително разбъркване, за да се обновява обемът около сонотрода и да се гарантира пълна ултразвукова обработка на пробата. Това важи особено за проби с по-висок вискозитет. Добра магнитна бъркалка е полезно средство за постигане на това. Разбъркването също помага да се гарантира, че обемът течност около сонотрода не се прегрява. Използването на ледена баня или парчета сух лед в пробата ще помогне за отвеждането на енергията, внесена чрез ултразвуковата обработка. Както вече беше обсъдено, ако материалът е чувствителен към температурата, използвайте по-ниски настройки на мощността за по-дълъг период и/или използвайте импулсния режим, за да ограничите температурите, възникващи в пробата, като ѝ позволите да се охлажда между ултразвуковите 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 това видео Симон от GuerillaChefs.de демонстрира използването на ръчния ултразвуков процесор Hielscher UP200Ht за бързо ароматизиране на вода с пресни гъби – иновативна техника, използвана в кулинарията и молекулярната гастрономия. Ултразвуковата обработка подобрява извличането на вкусове и аромати и пренася деликатните ароматни съединения във водната фаза за секунди, като позволява обработка без нагряване и без добавки за изискани бульони, настойки или вкусови основи. Идеална е за готвачи и новатори в хранителната индустрия, които търсят прецизност и интензивност при създаването на естествени вкусове и аромати.