Molekulární kuchyně a další kulinářské aplikace

Sonikace mění způsob, jakým šéfkuchaři a potravinářští vědci připravují potraviny a nápoje: ultrazvuková extrakce, infuze, emulgace a homogenizace jsou klíčovými aplikacemi sonikátorů pro kulinářské výtvory. Od rychlých extrakcí přes hedvábnější emulze až po intenzivnější arómata – ultrazvukové vlny vytvářejí vynikající chutě a textury. V tomto článku se dozvíte, jak šéfkuchaři a potravinářští technologové využívají ultrazvukovou kavitaci k novému pojetí všeho od koktejlů po consommé.

Stručný průvodce principy

článek hostujícího autora Marka Gastona

• Většinu obsahu tohoto průvodce tvoří snadno dostupné informace, které jsou však někdy napsány způsobem, jenž se ne vždy snadno čte, pokud náhodou neznáte používané termíny.
• Níže jsou vysvětleny důležité pojmy sonikace, jako je sonotroda, amplituda atd., a jejich vliv na kulinářské aplikace.
• Tento průvodce se níže pokouší vysvětlit použití ultrazvukového homogenizátoru méně vědeckým a více kulinářsky zaměřeným způsobem.

Ultrazvukové vlny a jejich využití u potravin

Ultrazvukový homogenizátor jako technika existuje v různých podobách již mnoho let, ale do kulinářských aplikací menšího rozsahu si nachází cestu teprve nyní. Homogenizátor obsahuje sofistikovanou elektroniku, která dokáže přeměňovat a řídit elektrický výkon na vysokofrekvenční vibrace kovového hrotu neboli sonotrody.
Sonotroda se pohybuje primárně nahoru a dolů s poměrně vysokou frekvencí nad slyšitelným rozsahem (např. 26000krát za sekundu neboli 26Khz u sonikátoru UP200Ht). Míra, o kterou se sonotroda pohybuje nahoru a dolů, se nazývá amplituda a obvykle ji lze nastavit v rozmezí 9 až 240 µm (pro srovnání: průměrný lidský vlas má tloušťku přibližně 100 µm). Zjednodušeně řečeno se sonotroda chová jako píst pohybující se v kapalině nahoru a dolů.
Když se sonotroda ponořená v kapalině pohybuje nahoru a dolů, vytváří v kapalině kolem sonotrody oblasti vysokého a nízkého tlaku, což následně vyvolává jev známý jako kavitace. V kuchyni vidíme, že snížení tlaku (například ve vakuové komorové baličce) způsobuje, že kapaliny vřou při nižších teplotách, a zvýšení tlaku (například v tlakovém hrnci) způsobuje, že kapaliny vřou při vyšší teplotě.
Rychle kolísající tlakové pulzace na hrotu sonotrody způsobují vznik a následné rychlé zhroucení bublin v kapalině. To vše probíhá v nepatrném měřítku, ale v důsledku rychlostí, teplot a tlaků generovaných kavitací to v kapalině vytváří obrovské síly. Právě tyto obrovské síly můžeme v kuchyni využít ve svůj prospěch pro extrakci chutí pomocí narušení buněk, emulgaci nebo rozklad pevných částic.

 

Podívejte se, jak sonikátor Hielscher UP200Ht proměňuje rostlinnou čokoládovou emulzi v hedvábně jemnou a stabilní veganskou čokoládovou pěnu. Ultrazvuková kavitace zajišťuje jemnou dispergaci, vyšší stabilitu emulze a optimální texturu – základ dokonalého dezertu s bohatou čokoládovou chutí bez mléčných složek. Vytvořením stabilní emulze čokoládových tuků a vody s kapénkami o submikronové velikosti přispívá sonikace k intenzivnímu chuťovému zážitku a jemnému, soudržnému pocitu v ústech. Ultrazvuk navíc rozbíjí aglomeráty škrobů, bílkovin a pevných kakaových částic, čímž zajišťuje maximální krémovost a výraznější chuť.

Zjistěte více o ultrazvukové emulgaci veganské čokoládové pěny (mousse au chocolat)!

Jednou z výzev při používání tohoto zařízení je však tento výkon využít a řídit tak, aby potraviny zlepšoval.
Zakoupený ultrazvukový homogenizátor modelu UP200Ht určuje maximální výkon dostupný uživateli a samotný homogenizátor má řadu proměnných, které lze využít k přizpůsobení jeho výkonu dané aplikaci. Pro účely tohoto průvodce byl použit 200wattový sonikátor Hielscher.

Velikost sonotrody

Velikost nasazené sonotrody má zásadní vliv na to, jak jednotka předává svůj výkon.
Zcela zjednodušeně: čím větší je plocha povrchu sonotrody, tím více výkonu bude zapotřebí k jejímu buzení při jakékoli dané amplitudě. Velký vliv na výkon potřebný k buzení sonotrody při dané amplitudě bude mít také viskozita kapaliny.
Představte si sonotrodu jako píst nebo plunžr: pokud se píst pohybuje velmi rychle nahoru a dolů v nádobě s řídkou kapalinou, jako je voda, je to relativně snadné i při přiměřených rychlostech, avšak naplňte nádobu hustou omáčkou a totéž již platit nebude – k rychlému pohybu pístu nahoru a dolů v kapalině bude kvůli zvýšené viskozitě zapotřebí mnohem více výkonu. Zvětšete píst nebo plunžr a i jeho pohyb nahoru a dolů v kapalině bude vyžadovat více úsilí.
Totéž platí pro sonotrodu. S nasazenou velkou sonotrodou bude muset jednotka pracovat mnohem intenzivněji, aby vytvořila danou amplitudu kmitání, má-li kapalina vysokou viskozitu, než u kapaliny s nízkou viskozitou.

Při jakémkoli daném nastavení výkonu bude menší sonotroda díky své ploše povrchu vytvářet na hrotu větší tlakové výkyvy a vyšší intenzitu kavitace než větší sonotroda (protože výkon je soustředěn na menší plochu povrchu sonotrody).
Větší sonotrodu nemusí být možné budit při stejné amplitudě, protože k tomu bude zapotřebí mnohem více výkonu, což může vést k vypnutí jednotky v důsledku přetížení. V takovém případě je nutné zmenšit velikost sonotrody nebo pořídit jednotku s vyšším výkonem.
Intenzita ultrazvuku (při jakémkoli daném nastavení výkonu) se s rostoucí plochou povrchu (větší sonotrody) snižuje, zatímco intenzita ultrazvukového výkonu se se zmenšující plochou povrchu zvyšuje, nebo jinak řečeno: menší sonotroda vnáší velké množství ultrazvukového výkonu do malé plochy, zatímco větší sonotroda rozkládá výkon na větší plochu.

Při použití homogenizátoru je celková práce vykonaná na vzorku kombinací příkonu homogenizátoru, objemu vzorku a doby, po kterou je vzorek vystaven. Abychom dosáhli reprodukovatelných výsledků, musíme zohlednit všechny tři parametry. Nečekejte, že když zařízení vložíte na dvě minuty do malého šálku plného kapaliny, dosáhnete pak stejného výsledku v litru kapaliny za stejnou dobu! Stejně tak pamatujte, že u malých objemů vzorku a vysokých příkonů bude teplota vzorku rychle stoupat. U vzorků citlivých na teplotu je lepší používat nižší nastavení výkonu po delší dobu, což umožní odvést energii vnesenou homogenizátorem ve formě tepla.
Přehřátí vzorku může dost dobře způsobit, že ze systému uniknou právě některá z arómat, která se snažíte zachytit.
Vysoké příkony mohou také způsobit degradaci vzorku, jak lze pozorovat při použití některých olejů. Oleje vystavené vysokému přísunu energie na hrotu homogenizátoru se mohou rozkládat, což vede k vysoce nepříjemné chuti, kterou lze popsat jedině jako chuť spálené elektriky!
U materiálů citlivých na teplotu zlepší výsledky chlazení vzorku, například pomocí ledové lázně nebo přidáním trochy suchého ledu do vzorku. Používání nižších příkonů po delší dobu pomáhá rozptýlit energii uvolněnou do systému, stejně jako provoz jednotky v pulzním režimu, který umožňuje určité ochlazení mezi jednotlivými ultrazvukovými impulzy.
V rámci elektroniky homogenizátoru si uživatel může zvolit provoz jednotky ve dvou hlavních režimech řízení.

Řízení amplitudy

V tomto režimu uživatel volí požadované % maximální amplitudy sonotrody. Elektronika se pak pokusí budit sonotrodu při této amplitudě a bude upravovat příkon zařízení tak, aby na sonotrodě udržela požadovanou amplitudu. Pokud je plocha povrchu sonotrody příliš velká na to, aby ji bylo možné při dostupném výkonu jednotky budit při této amplitudě, amplituda nedosáhne nastavené hodnoty a při dosažení stavu přetížení může dojít k vypnutí.

Chcete vyrábět vlastní extrakty z koření nebo omáčky? S ultrazvukovými přístroji Hielscher můžete během krátké doby vyrábět vysoce kvalitní extrakty a omáčky, ať už pro restaurační kuchyni, ambiciózního zástupce šéfkuchaře nebo komerční výrobce. Vyrábějte si vlastní bio extrakty! Vynechte konzervační látky! Používejte pouze suroviny, které si sami vyberete!

Řízení příkonu

V tomto režimu uživatel nastaví požadovaný příkon ve wattech a elektronika upraví amplitudu kmitů tak, aby příkon odpovídal nastavení uživatele. Tento režim umožňuje regulovat výkon předávaný do kapaliny, a tím omezit teplo vznikající v kapalině, čímž se zabrání poškození citlivějších vzorků.

Pulzní režim

Kromě dvou provozních režimů existuje pulzní režim, při kterém se elektronika cyklicky zapíná a vypíná, přičemž časování nastavuje uživatel v rozsahu od zapnutí po 10 % času a vypnutí po 90 % až po zapnutí po 90 % času a vypnutí po 10 %. Tím vzniká pulzující efekt, který je užitečný jak pro omezení celkového příkonu do vzorku, tak pro vytvoření dobrého promíchávání ve vzorku v souvislosti s vysokým počátečním vstupem při stabilizaci elektroniky během každého pracovního cyklu.

Obecné rady a triky

Při použití homogenizátoru k infuzi chutí se lepších výsledků dosáhne, pokud byly pevné složky před homogenizací zmenšeny, což zvětší plochu povrchu vystavenou sonotrodě. Stejný princip platí při použití homogenizátoru ke zmenšování velikosti částic. Představte si homogenizátor jako nástroj pro jemné dokončování, nikoli jako hrubý mlýnek! Při zmenšování velikosti částic vykonávají velkou část práce vysokorychlostní srážky částic urychlených silami vznikajícími na sonotrodě. Mnohem lepších výsledků se dosáhne, pokud se část zmenšení částic provede již před sonikací. Pokud se začíná s již provedeným hrubým zmenšením velikosti částic, je sonikaci vystavena větší plocha povrchu a menší částice jsou v kapalině urychlovány rychleji, což vede k intenzivnějším srážkám se silou, která částice dále rozbíjí. Homogenizátor také bude muset vykonat méně práce, což umožní lépe řídit teplotu.
Protože homogenizátor působí spíše lokálně, je při použití s většími vzorky, řekněme o objemu několika set mililitrů nebo více, užitečné zajistit dodatečné promíchávání, aby se objem kolem sonotrody obměňoval a byla zajištěna úplná sonikace vzorku. To platí zejména u viskóznějších vzorků. Užitečným způsobem, jak toho dosáhnout, je kvalitní magnetické míchadlo. Promíchávání také pomáhá zajistit, aby se objem kapaliny kolem sonotrody nepřehříval. Ledová lázeň nebo kousky suchého ledu ve vzorku pomohou odvést energii vnesenou sonikací. Jak již bylo uvedeno, pokud je materiál citlivý na teplotu, používejte nižší nastavení výkonu po delší dobu a/nebo použijte pulzní režim, který omezí teploty vznikající ve vzorku a umožní vzorku vychladnout mezi ultrazvukovými impulzy.

---

---

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 k rychlé aromatizaci vody čerstvými houbami – inovativní techniku využívanou v kulinářství a molekulární gastronomii. Sonikace zintenzivňuje extrakci chutí a vůní a během několika sekund přenáší jemné aromatické látky do vodné fáze, což umožňuje zpracování bez zahřívání a bez aditiv pro přípravu vytříbených vývarů, výluhů nebo chuťových základů. Ideální pro šéfkuchaře a inovátory v potravinářství, kteří hledají přesnost a intenzitu při rozvíjení přirozených chutí a vůní.