Molekulární kuchyně a další kulinářské aplikace

Sonikace mění způsob, jakým šéfkuchaři a potravináři připravují potraviny a nápoje: ultrazvuková extrakce, infuze, emulgace a homogenizace jsou klíčové aplikace sonikátorů pro kulinářské výtvory. Ultrazvukové vlny rozvíjejí vynikající chutě a textury - od rychlé extrakce po hedvábnější emulze a intenzivnější aroma. V tomto článku se dozvíte, jak šéfkuchaři a potravinářští technologové využívají ultrazvukovou kavitaci k vytváření všeho možného od koktejlů až po konzumy.

Stručný průvodce zásadami

hostující článek Marka Gastona

• Většina obsahu této příručky jsou informace, které jsou snadno dostupné, ale někdy jsou napsány způsobem, který ne vždy usnadňuje čtení, pokud náhodou nejste obeznámeni s použitými pojmy.
• Níže jsou vysvětleny důležité pojmy sonikace, jako je sonotroda, amplituda atd., a jejich účinky na kulinářské aplikace.
• Tato níže uvedená příručka se pokouší vysvětlit použití ultrazvukového homogenizátoru méně vědeckým a více kulinářským způsobem.

Ultrazvukové vlny a jejich aplikace v potravinách

Ultrazvukový homogenizátor jako technika existuje již mnoho let v různých formách, ale teprve si nachází cestu do kulinářských aplikací v menším měřítku. Homogenizátor obsahuje sofistikovanou elektroniku, která dokáže převádět a řídit elektrickou energii na vysokofrekvenční vibrace kovového hrotu nebo sonotrody.
Sonotroda se pohybuje především nahoru a dolů na poměrně vysoké frekvenci nad slyšitelným rozsahem (např. 26000krát za sekundu nebo 26kHz s Sonikátor UP200Ht). Velikost, o kterou se sonotroda pohybuje nahoru a dolů, se nazývá amplituda a obvykle ji lze nastavit mezi 9 a 240 μm (průměrný lidský vlas má pro referenci tloušťku kolem 100 μm). Jednoduše řečeno, sonotroda se chová jako píst pohybující se v kapalině nahoru a dolů.
Jak se sonotroda pohybuje nahoru a dolů, když je ponořena do kapaliny, vytváří oblasti vysokého a nízkého tlaku v kapalině kolem sonotrody, což zase vytváří jev známý jako kavitace. V kuchyni vidíme, že snížení tlaku (například v těsnicím prostředku komory) způsobí, že se tekutiny vaří při nižších teplotách, a zvýšení tlaku (jako je tlakový hrnec) způsobí, že se tekutiny vaří při vyšší teplotě.
Rychle kolísající tlakové pulzace na špičce sonotrody způsobují vznik a následný rychlý rozpad bublin v kapalině. To vše se děje v nepatrném měřítku, ale v důsledku rychlostí, teplot a tlaků, které kavitace vyvolává, vznikají v kapalině obrovské síly. Právě tyto obrovské síly můžeme v kuchyni využít k tomu, abychom mohli extrakce chutí vedle praskající články, Emulgacenebo odbourávání pevných částic.

 

Přečtěte si více o emulgaci veganské pěny au chocolat ultrazvukem!
 

Jednou z výzev při používání tohoto zařízení je však využití a ovládání této síly způsobem, který vylepšuje potraviny.
Zakoupené ultrazvukový homogenizátor model UP200Ht určuje maximální výkon, který má uživatel k dispozici, a samotný homogenizátor má řadu proměnných, kterými lze jeho výkon přizpůsobit dané aplikaci. Pro účely této příručky byl použit model sonikátoru Hielscher s výkonem 200 W.

Velikost Sonotrody

Velikost nasazené sonotrody má zásadní vliv na to, jakým způsobem jednotka dodává výkon.
Velmi zjednodušeně řečeno, čím větší je povrchová plocha sonotrody, tím více energie bude vyžadovat k jejímu pohonu při jakékoli dané amplitudě. Viskozita kapaliny bude mít také velký vliv na výkon potřebný k pohonu sonotrody v dané amplitudě.
Představte si sonotrodu jako píst nebo píst, pokud se píst pohybuje nahoru a dolů velmi rychle v hrnci s řídkou tekutinou, jako je voda, je to relativně snadné i při rozumných rychlostech, ale naplňte hrnec hustou omáčkou a totéž nebude pravda, bude to vyžadovat mnohem více energie k rychlému pohybu pístu nahoru a dolů v kapalině kvůli zvýšené viskozitě. Zvětšete velikost pístu nebo pístu a bude také vyžadovat větší úsilí k jeho pohybu nahoru a dolů v kapalině.
Totéž platí o sonotrodě. S namontovanou velkou sonotrodou bude muset jednotka pracovat mnohem tvrději, aby vytvořila danou amplitudu oscilace, pokud má kapalina vysokou viskozitu než kapalina s nízkou viskozitou.
 

 

Při daném nastavení výkonu bude menší sonotroda vzhledem ke svému povrchu generovat větší kolísání tlaku a vyšší intenzitu kavitace na hrotu než větší sonotroda (protože výkon je soustředěn na menší povrch sonotrody).
Může se stát, že nebude možné pohánět větší sonotrodu se stejnou amplitudou, protože k tomu bude zapotřebí mnohem více energie, což může mít za následek vypnutí jednotky z důvodu přetížení. V tomto případě musí být zmenšena velikost sonotrody nebo musí být získána jednotka s vyšším výkonem.
Intenzita ultrazvuku (při jakémkoli daném nastavení výkonu) klesá s rostoucí plochou povrchu (větší sonotrody), kde jak se intenzita ultrazvukového výkonu zvyšuje s klesající povrchovou plochou, nebo jinak řečeno, menší sonotroda dává hodně ultrazvukového výkonu do malé oblasti, kde jako větší sonotroda šíří sílu na větší plochu.

Při použití homogenizátoru je celková práce vykonaná na vzorku kombinací Příkon homogenizátoru, objem vzorku a dobu jeho expozice. Abychom získali reprodukovatelné výsledky, musíme vzít v úvahu všechny tři parametry. Neočekávejte, že zařízení vložíte na dvě minuty do malého šálku plného tekutiny a poté získáte stejný výsledek v litru tekutiny za stejnou dobu! Stejně tak nezapomeňte, že při malých velikostech vzorků a vysokých příkonech bude teplota vzorku rychle stoupat. U vzorků citlivých na teplotu je lepší použít nižší nastavení výkonu po delší dobu, což umožňuje rozptýlit energii vloženou homogenizátorem jako teplo.
Přehřátí vzorku může způsobit, že některé z aromat, které se snažíte zachytit, uniknou ze systému.
Vysoký příkon může také způsobit degradaci vzorku, jak je vidět při použití některých olejů. Oleje, když jsou vystaveny vysokým energetickým vstupům na špičce homogenizátoru, se mohou rozpadnout, což má za následek velmi nepříjemnou chuť, kterou lze popsat pouze jako chuť elektrického spalování!
U materiálů citlivých na teplotu zlepší výsledky chlazení vzorku, například použitím ledové lázně nebo přidáním suchého ledu do vzorku. Použití nižších příkonů po delší dobu pomáhá rozptýlit energii uvolněnou do systému, stejně jako použití jednotky v pulzním režimu, který umožňuje určité chlazení mezi každým výbuchem ultrazvuku.
V rámci elektroniky homogenizéru si uživatel může vybrat, zda bude jednotku provozovat ve dvou hlavních režimech ovládání.

Ovládání amplitudy

V tomto režimu si uživatel zvolí % maximální amplitudy požadované pro sonotrodu. Elektronika se pak pokusí pohánět sonotrodu v této amplitudě a upraví vstupní výkon zařízení tak, aby udržovala požadovanou amplitudu na sonotrodě. Pokud je plocha sonotrody příliš velká na to, aby mohla být poháněna touto amplitudou s dostupným výkonem jednotky, amplituda nedosáhne nastavené hodnoty a může se vypnout, pokud je dosaženo stavu přetížení.

Řízení vstupního výkonu

V tomto režimu uživatel nastaví požadovaný příkon ve wattech a elektronika upraví amplitudu kmitů tak, aby regulovala vstupní výkon podle nastavení uživatele. Tento režim umožňuje regulovat výkon přenášený na kapalinu, a proto je teplo generované v kapalině omezeno, aby se zabránilo poškození citlivějších vzorků.

Pulzní režim

Kromě dvou provozních režimů je k dispozici pulzní režim, kdy se elektronika zapíná a vypíná v cyklech, jejichž načasování je nastaveno uživatelem od zapnutí 10 % času a vypnutí 90 % času až po zapnuto 90 % času a vypnuto 10 %. To poskytuje pulzující efekt a je užitečné jak pro omezení celkového příkonu ve vzorku, tak pro vytvoření dobrého míchání ve vzorku, přičemž počáteční vstup je vysoký, protože elektronika se stabilizuje během každého pracovního cyklu.

Obecné rady a triky

Při použití homogenizátoru pro infuzi chutí se dosáhne lepších výsledků, když byly pevné látky před homogenizací zmenšeny, čímž se zvětší povrchová plocha vystavená Sonotrode řekl:. Stejný princip platí při použití homogenizátoru pro Zmenšení velikosti částic. Představte si homogenizátor jako jemný dokončovací nástroj, nikoli brusku na kurzy! Při zmenšování velikosti částic je velká část práce vykonávána vysokorychlostními srážkami částic, které urychlují síly generované v sonotrodě. Mnohem lepších výsledků se dosáhne, pokud se část redukce částic provede před sonikací. Počínaje již provedeným zmenšením velikosti hromadných částic znamená, že sonikaci je vystavena větší povrchová plocha a že menší částice budou v kapalině urychleny rychleji, což má za následek vyšší kolize se silou k dalšímu rozkladu částic. Méně práce bude muset také udělat homogenizátor, což umožní lepší regulaci teploty.
Vzhledem k tomu, že homogenizátor pracuje na poměrně lokalizované úrovni, je užitečné při použití s většími vzorky, řekněme několika stovkami mililitrů nebo více, aby se zajistilo dodatečné míchání, aby se zajistilo, že objem kolem sonotrody je obnoven, což zajišťuje úplnou sonikaci vzorku. To platí zejména pro viskóznější vzorky. Dobré magnetické míchadlo je užitečným způsobem, jak toho dosáhnout. Míchání také pomáhá zajistit, aby nedošlo k přehřátí objemu kapaliny v okolí sonotrody. Použití ledové lázně nebo kousků suchého ledu ve vzorku pomůže odstranit energii předanou sonifikací. Jak již bylo uvedeno, pokud je materiál citlivý na teplotu, použijte nižší nastavení výkonu po delší dobu a nebo použijte pulzní režim k omezení teplot generovaných ve vzorku, což umožní vzorku vychladnout mezi zvukovými pulzy.

---

---

Literatura

• 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.

 

V tomto videu Simon z GuerillaChefs.de předvádí použití ručního sonikátoru Hielscher UP200Ht pro rychlou aromatizaci vody s čerstvými houbami - inovativní techniku používanou v kulinářství a molekulární gastronomii. Ultrazvuk zvyšuje extrakci chuti a během několika sekund vnáší do vodné fáze jemné aromatické sloučeniny, což umožňuje čisté zpracování bez tepelné úpravy pro rafinované vývary, nálevy nebo chuťové báze. Ideální pro šéfkuchaře a potravinářské inovátory, kteří hledají přesnost a intenzitu při vývoji přírodních chutí.

Ultrazvuková aromatizace: Vytvořte chuťově intenzivní houbový vývar pomocí Hielscher UP200Ht

 

Fakta, která stojí za to vědět

Ultrazvukové tkáňové homogenizátory jsou často označovány jako sonda sonikátor / sonifikátor, sonický lyzér, ultrazvukový disruptor, ultrazvuková bruska, sono-ruptor, sonifikátor, sonický dezmembrátor, buněčný disruptor, ultrazvukový dispergátor, emulgátor nebo rozpouštěč. Různé termíny vyplývají z různých aplikací, které mohou být splněny sonikací.