Molekularna kuhinja i druge kulinarske primjene

Sonikacija transformira način na koji kuhari i naučnici pripremaju hranu i piće: ultrazvučna ekstrakcija, infuzija, emulgiranje i homogenizacija su ključne primjene sonikatora za kulinarske kreacije. Od brzih ekstrakcija do svilenkastih emulzija i pojačanih aroma, ultrazvučni valovi razvijaju izvanredne okuse i teksture. U ovom članku naučit ćete kako kuhari i prehrambeni tehnolozi koriste ultrazvučnu kavitaciju za rekreiranje svega, od koktela do consomméa.

Kratak vodič kroz principe

gostujući članak Marka Gastona

• Većina sadržaja ovog vodiča su informacije koje su lako dostupne, međutim ponekad su napisane na način koji nije uvijek lak za čitanje osim ako slučajno niste upoznati s korištenim terminima.
• U nastavku su objašnjeni važni pojmovi sonikacije kao što su sonotroda, amplituda itd. i njihovi efekti na kulinarske primjene.
• Ovaj vodič u nastavku pokušava objasniti upotrebu ultrazvučnog homogenizatora na manje naučni i više kulinarski način.

Ultrazvučni talasi i njihova primena na hranu

Ultrazvučni homogenizator kao tehnika postoji već dugi niz godina u različitim oblicima, ali tek pronalazi svoj put u manje kulinarske primjene. Homogenizator sadrži sofisticiranu elektroniku koja može pretvoriti i kontrolirati električnu energiju u visokofrekventne vibracije metalnog vrha ili sonotrode.
Sonotroda se prvenstveno kreće gore-dolje na prilično visokoj frekvenciji iznad čujnog raspona (npr. 26000 puta u sekundi ili 26Khz sa Sonicator UP200Ht). Količina kojom se sonotroda pomiče gore-dolje naziva se amplituda i obično se može podesiti između 9 i 240 µm (prosječna ljudska kosa je debela oko 100 µm za referencu). Jednostavno rečeno, sonotroda se ponaša kao klip koji se kreće gore-dolje u tekućini.
Kako se sonotroda kreće gore-dolje dok je uronjena u tekućinu, stvara područja visokog i niskog tlaka unutar tekućine oko sonotrode, što zauzvrat stvara fenomen poznat kao kavitacija. U kuhinji vidimo da snižavanje pritiska (kao u zaptivaču komore) uzrokuje ključanje tečnosti na nižim temperaturama, a povećanje pritiska (kao što je ekspres lonac) uzrokuje da tečnosti ključaju na višoj temperaturi.
Brzo fluktuirajuće pulsacije pritiska na vrhu sonotrode uzrokuju formiranje, a zatim brzi kolaps mjehurića unutar tečnosti. Sve se to događa u maloj skali, ali stvara ogromne sile unutar tekućine zbog brzina, temperatura i pritisaka koje stvara kavitacija. To su te ogromne sile koje se mogu okrenuti u našu korist u kuhinji za ekstrakcija aroma by pucanje ćelija, emulgiranje, ili razlaganje čestica.

 

Saznajte više o ultrazvučnoj emulgaciji veganskog moussea au chocolat!
 

Međutim, jedan od izazova u korištenju ove opreme je iskoristiti i kontrolirati ovu moć na način koji poboljšava hranu.
Kupljeni ultrazvučni homogenizator model UP200Ht diktira maksimalnu snagu dostupnu korisniku, a sam homogenizator ima niz varijabli koje se mogu koristiti za prilagođavanje njegovih performansi kako bi odgovarale aplikaciji. Za potrebe ovog vodiča, model koji je korišten bio je Hielscher 200 watt sonicator.

Sonotrode Size

Veličina ugrađene sonotrode ima veliki utjecaj na to kako jedinica isporučuje svoju snagu.
Vrlo jednostavno rečeno, što je veća površina sonotrode, to će joj trebati više snage da bi je pokrenuo pri bilo kojoj datoj amplitudi. Viskoznost tečnosti će takođe imati veliki uticaj na snagu potrebnu za pokretanje sonotrode pri datoj amplitudi.
Zamislite sonotrodu kao klip ili klip, ako se klip pomiče gore-dole vrlo brzo u loncu s tankom tekućinom kao što je voda, to je relativno lako učiniti čak i pri razumnim brzinama, međutim napunite lonac gustim umakom i isto neće biti tačno, biće potrebno mnogo više snage za brzo pomeranje klipa gore-dole u tečnosti zbog povećanog viskoziteta. Povećajte veličinu klipa ili klipa i takođe će biti potrebno više napora da se pomera gore-dole u tečnosti.
Isto važi i za sonotrodu. Sa ugrađenom velikom sonotrodom, jedinica će morati raditi daleko više da bi proizvela datu amplitudu oscilacije ako tekućina ima visoku viskoznost nego s tekućinom niskog viskoziteta.
 

 

Pri bilo kojoj postavci snage, manja sonotroda će zbog svoje površine generirati veće fluktuacije pritiska i veći intenzitet kavitacije na vrhu od veće sonotrode (jer je snaga fokusirana na manju površinu sonotrode).
Možda neće biti moguće pokretati veću sonotrodu pri istoj amplitudi jer će za to biti potrebna daleko veća snaga, što može rezultirati gašenjem jedinice zbog preopterećenja. U tom slučaju se veličina sonotrode mora smanjiti ili se dobiti jedinica veće snage.
Intenzitet ultrazvuka (pri bilo kojoj datoj postavci snage) opada sa povećanjem površine (veće sonotrode), gdje kako se intenzitet ultrazvučne snage povećava sa smanjenjem površine, ili drugim riječima, manja sonotroda stavlja mnogo ultrazvučne snage u malu površinu, gdje kao veći sonotroda širi snagu na veće područje.

Kada se koristi homogenizator, ukupan rad na uzorku je kombinacija ulazna snaga homogenizatora, volumen uzorka i vrijeme izlaganja. Da bismo dobili ponovljive rezultate, moramo uzeti u obzir sva tri parametra. Ne očekujte da ćete staviti uređaj u malu šalicu punu tekućine na dvije minute i onda dobiti isti rezultat u litri tekućine u istom vremenskom periodu! Jednako tako zapamtite da sa malim veličinama uzoraka i velikim ulazima snage, temperatura uzorka će brzo porasti. Za uzorke osjetljive na temperaturu bolje je koristiti niže postavke snage tokom dužeg perioda, omogućavajući energiju koju homogenizator unosi kao toplotu da se rasprši.
Pregrijavanje uzorka može uzrokovati da neke od aroma koje pokušavate uhvatiti pobjegnu iz sistema.
Veliki ulazi snage također mogu uzrokovati degradaciju uzorka, kao što se može vidjeti kada se koriste određena ulja. Ulja kada su izložena visokim energetskim ulazima na vrhu homogenizatora mogu se razgraditi što rezultira vrlo neugodnim okusom koji se može opisati samo kao okus električnog sagorijevanja!
Za materijale osjetljive na temperaturu hlađenje uzorka će poboljšati rezultate kao što je korištenje ledene kupke ili uključivanje malo suhog leda u uzorak. Korištenje manje ulazne snage tokom dužeg perioda pomaže u raspršivanju energije koja se oslobađa u sustavu, kao i korištenje jedinice u pulsnom načinu rada koji omogućava hlađenje između svakog rafala ultrazvuka.
Unutar elektronike homogenizatora, korisnik može izabrati da upravlja jedinicom u dva glavna načina kontrole.

kontrola amplitude

U ovom načinu rada korisnik bira % maksimalne amplitude potrebne za sonotrodu. Elektronika će tada pokušati pokrenuti sonotrodu na toj amplitudi i podesiti ulaznu snagu uređaja kako bi održala potrebnu amplitudu na sonotrodi. Ako je površina sonotrode prevelika da bi se mogla pokrenuti ovom amplitudom s dostupnom snagom jedinice, amplituda neće dostići postavljenu vrijednost i može se isključiti ako se postigne stanje preopterećenja.

Kontrola ulazne snage

U ovom načinu rada korisnik postavlja potrebnu ulaznu snagu u vatima, a elektronika će podesiti amplitudu oscilacija kako bi regulisala ulaznu snagu prema podešavanjima korisnika. Ovaj način rada omogućava regulaciju snage koja se prenosi na tekućinu, a samim tim i ograničavanje topline koja se stvara u tekućini izbjegavajući oštećenje osjetljivijih uzoraka.

pulsni mod

Pored dva načina rada, postoji i pulsni režim, pri čemu se elektronika uključuje i isključuje u ciklusima, čije je vrijeme podešeno od strane korisnika da bude uključeno 10% vremena i isključeno 90% na 90% vremena i isključeno 10%. Ovo daje pulsirajući efekat i korisno je i za ograničavanje ukupne ulazne snage uzorka i stvaranje dobre miješanja unutar uzorka do početnog ulaza koji je visok jer se elektronika stabilizira tokom svakog radnog ciklusa.

Opći savjeti i trikovi

Kada se koristi homogenizator za infuziju okusa, bolji rezultati se postižu kada su čvrste tvari smanjene u veličini prije homogenizacije, što će povećati površinu izloženu sonotrode. Isti princip se primjenjuje kada se koristi homogenizator za smanjenje veličine čestica. Razmislite o homogenizatoru kao finom alatu za završnu obradu, a ne kao brusilici! U smanjenju veličine čestica, veliki dio posla je obavljen velikim brzinama sudara čestica, ubrzanih sila koje nastaju na sonotrodi. Mnogo bolji rezultati će se dobiti ako se dio redukcije čestica uradi prije ultrasonizacije. Počevši od već učinjenog smanjenja veličine čestica znači da je veća površina izložena sonikaciji i da će manje čestice biti ubrzane u tečnosti brže, što rezultira većim sudarima sa silom za daljnju razgradnju čestica. Manje posla će također morati da uradi homogenizator, omogućavajući temperaturu da se bolje kontroliše.
Kako homogenizator radi na prilično lokaliziranom nivou, korisno je kada se koristi sa većim uzorcima od recimo nekoliko stotina mililitara ili više, kako bi se osiguralo dodatno miješanje kako bi se osiguralo da se volumen oko sonotrode osvježi, osiguravajući potpunu ultrazvučnost uzorka. Ovo se posebno odnosi na viskoznije uzorke. Dobra magnetna miješalica je koristan način da se to postigne. Miješanje također pomaže u osiguravanju volumena tekućine oko sonotrode nije pregrijana. Korištenje ledene kupke ili suhih komadića leda u uzorku pomoći će ukloniti energiju koju daje sonifikacija. Kao što je već rečeno, ako je materijal osjetljiv na temperaturu, koristite niže postavke snage tokom produženog vremenskog perioda i ili koristite pulsni mod da ograničite temperature generirane u uzorku, omogućavajući uzorku da se ohladi između zvučnih impulsa.

---

---

Književnost

• 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.

 

U ovom videu, Simon iz GuerillaChefs.de demonstrira upotrebu Hielscher UP200Ht ručnog sonikatora za brzu aromatizaciju vode sa svježim gljivama - inovativna tehnika koja se koristi u kulinarstvu i molekularnoj gastronomiji. Ultrazvuk poboljšava ekstrakciju okusa i ulijeva osjetljive aromatične spojeve u vodenu fazu u roku od nekoliko sekundi, omogućavajući čistu etiketu, bez topline obradu za rafinirane juhe, infuzije ili baze okusa. Idealno za kuhare i inovatore hrane koji traže preciznost i intenzitet u razvoju prirodnog okusa.

Ultrazvučna aromatizacija: Stvorite juhu od gljiva intenzivnog okusa pomoću Hielscher UP200Ht

 

Činjenice koje vrijedi znati

Ultrazvučni homogenizatori tkiva se često nazivaju sonifikatorom sonde/sonifikatorom, zvučnim lizerom, ultrazvučnim disruptorom, ultrazvučnim mlincem, sono-ruptorom, sonifikatorom, zvučnim dismembratorom, disruptorom ćelija, ultrazvučnim disperzerom, emulgatorom ili rastvaračem. Različiti pojmovi proizlaze iz različitih primjena koje se mogu ispuniti ultrazvukom.