Hielscher Ultrasonics
Wir besprechen Ihr Verfahren gerne mit Ihnen.
Rufen Sie uns an: +49 3328 437-420
Mailen Sie uns: info@hielscher.com

Molekularküche und andere kulinarische Anwendungen

Eine Einführung in die Grundlagen des Ultraschalls in der Kulinarik

von Mark Gaston

  • Bei den meisten Inhalten dieser Einführung handelt es sich um wissenschaftliche Informationen, welche jedem leicht zugänglich sind. Allerdings sind diese Informationen häufig so geschrieben, dass sie nicht immer einfach zu lesen und verstehen sind, wenn Sie mit dem verwendeten Fachvokabular nicht vertraut sein sollten.
  • Im Folgenden werden wichtige Begriffe der Beschallung, wie z.B. Sonotrode, Amplitude etc. und deren Einfluss auf die kulinarischen Anwendungen erläutert.
  • Dieser kurze Leitfaden versucht Ihnen zu erklären, wie Sie Ihren Ultraschallhomogenisator einfach und erfolgreich in der Küche einsetzen können.

Ultraschallwellen und die Beschallung von Lebensmitteln

Der Ultraschall-Homogenisator wird schon seit vielen Jahren für zahlreiche verschiedene Anwendungen eingesetzt. In der Kulinarik ist er allerdingsbisher nur in die Spitzengastronomie und Molekularküche vorgedrungen. Der Ultraschallhomogenisator besitzt eine hochentwickelte Elektronik, wodurch es möglich wird, elektrische Energie in hochfrequente Schwingungen umzuwandeln, welche über die Metallspitze bzw. Sonotrode in Flüssigkeiten übertragen werden kann.
Die Sonotrode bewegt sich mit sehr hoher Frequenz über dem hörbaren Bereich auf und ab (z.B. 26000 Mal pro Sekunde bzw. mit 26kHz beim Ultraschallgerät UP200Ht). Die Auslenkung, d.h, der Weg, den sich die Sonotrode rauf und runter bewegt, wird als Amplitude bezeichnet. Normalerweise lässt sich bei einem Ultraschallhomogenisator eine Amplitude zwischen 9 und 240 µm einstellen (zum Vergleich: ein menschliches Haar ist ca. 100 µm dick). Mit einfachen Worten beschrieben verhält sich die Sonotrode wie eine Lautsprechermembran, welche sich sich nach oben und unten bewegt und die Schwingungen überträgt.
Wenn sich die Sonotrode auf und ab bewegt, während sie in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, entstehen in der Flüssigkeit um die Sonotrode herum Bereiche mit hohem und niedrigem Druck, was wiederum zu einem Phänomen führt, das als Kavitation bekannt ist. In der Küche kann man beobachten, dass Flüssigkeiten bei niedrigerem Druck (z. B. in einem Kammersiegelgerät) bei niedrigeren Temperaturen kochen und bei höherem Druck (z. B. in einem Schnellkochtopf) bei höherer Temperatur kochen.
Die schnell schwankenden Druckpulsationen an der Spitze der Sonotrode bewirken die Bildung und den anschließenden schnellen Zerfall von Blasen in der Flüssigkeit. All dies geschieht auf einer winzigen Skala, erzeugt aber aufgrund der durch die Sonotrode erzeugten Geschwindigkeiten, Temperaturen und Drücke enorme Kräfte in der Flüssigkeit. Kavitationwerden extrem hohe Temperaturen, Heiz- und Kühlraten, Drücke sowie Flüssigkeitsstrahlen mit hohen Geschwindigkeiten erzeugt. Diese hochintensiven Kräfte nutzen wir in der Küche z.B. für die Extraktion von Aromen durch Zellaufschluss oder das Zerschlagen von Partikeln.

UP200Ht - Ultraschall-Homogenisator für die Zubereitung von Cocktails und alkoholischen Getränken

UP200Ht – Ultraschall-Homogenisator für die Mixologie und die Reifung von Spirituosen

Informationen anfordern




Beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.




Das Video zeigt die Ultraschallhomogenisierung von pürierter Tomatensauce. Der verwendete Ultraschallprozessor ist ein Hielscher UP400St Ultraschallgerät, das sich ideal für die Zubereitung mittlerer Chargen von Saucen und Pürees in kulinarischen Anwendungen eignet. Für den großen Durchsatz in der industriellen Produktion liefert Hielscher Ultrasonics industrielle Ultraschallsysteme für die kontinuierliche Inline-Verarbeitung.

Pürierte Tomatensoße - Ultraschall-Homogenisator

Video-Miniaturansicht

Eine der Herausforderungen bei der Verwendung dieser Geräte besteht jedoch darin, diese Leistung so zu nutzen und zu steuern, dass die Lebensmittel verbessert werden.
Der (vom Autor) gekaufte Ultraschallhomogenisator UP200Ht hat eine maximale Leistung 200Watt. Der Homogenisator selbst verfügt über eine Reihe von Variablen, welche verwendet werden können, um die Ultraschallleistung entsprechend an die Anwendung anpassen zu können. In dieser Einführung wird das Ultraschallgerät UP200Ht mit 200 Watt verwendet.

Sonotrodengröße

Die Größe der Sonotrode hat einen großen Effekt darauf, welche Beschallungsintensität Ihr Ultraschallgerät liefert.
Um es einfach auszudrücken: Je größer die Strinfläche der Sonotrode ist, umso mehr Energie ist notwendig, um eine bestimmte Amplitude zu erzielen. Auch die Viskosität der beschallten Flüssigkeit hat großen Einfluss auf die benötigte Kraft, um die Sonotrode bei einer bestimmten Amplitude zu betreiben.
Stellen Sie sich die Sonotrode als einen Kolben vor: Wenn Sie den Kolben in einen Topf mit dünnen bzw. wässrigen Flüssigkeit sehr schnell nach oben und unten bewegen, so ist dies relativ einfach und ohne großen Kraftaufwand zu tun. Füllen Sie den Topf allerdings mit einer dicken Sauce und so wird die gleiche Bewegung des Kolbens deutlich anstrengender, da es mehr Kraft erfordert, den Kolben im dickflüssigen Medium bei gleicher Geschwindigkeit auf und ab zu bewegen. Nehmen Sie zusätzlich einen größeren Kolben, so ist noch mehr Kraft notwendig, um die gleiche Bewegung zu vollziehen.
Das gleiche Prinzip gilt für die Sonotrode. Wenn Sie Ihren Ultraschallhomogenisator mit einer großen Sonotrode ausgestatten, so muss das Gerät mehr Leistung aufbringen, um mit der großen Sonotrode eine bestimmte Amplitude zu erzeugen. Ebenso wird für die Beschallung von hochviskosen, pastösen Flüssigkeiten mehr Leistung benötigt als bei der Ultraschallverarbeitung von niederviskosen, wässrigen Flüssigkeiten.

Verschiedene Sonotrodengrößen und -formen für unterschiedliche Anwendungen.

Sonotroden mit verschiedenen Größen und Formen für das UP200Ht

Bei einer bestimmten gewählten Leistungseinstellung des Ultraschallgerätes erzeugt eine kleinere Sonotrode aufgrund der geringeren Stirnfläche höhere Auslenkungen, d.h. eine höhere Amplitude, und somit größere Druckschwankungen und höhere Kavitation sintensitäten als eine größere Sonotrode (da sich dieselbe Kraft auf eine kleinere Sonotrodefläche verteilt und dadurch intensiver wirkt).
Daher kann es passieren, dass es bei einer bestimmten Gerätekonfiguration nicht möglich ist, eine größere Sonotrode mit der gleichen Amplitude zu betreiben, da für die größere Sonotrodenfläohe deutlich mehr Leistung erforderlich ist, so dass das Gerät möglicherweise aufgrund von Überlast abschaltet. In diesem Fall müssen Sie eine kleinere Sonotrode oder ein leistungsstärkeres Ultraschallgerät wählen.
Die eingetragene Ultraschallintensität (bei einer bestimmten Leistungseinstellung) verringert sich mit der zunehmenden Stirnfläche (= größere Sonotroden), wohingegen die Beschallungsintensität bei einer kleineren Sonotrode zunimmt. Mit anderen Worten ausgedrückt: eine kleinere Sonotrode gibt hochintensiven Ultraschall fokussiert über eine kleine Oberfläche ab, während eine größere Sonotrode die Ultraschallenergie auf eine größere Fläche verteilt und somit bei gleicher Leistungseinstellung eine mildere Beschallung erreicht wird .

Ultraschall in der Kulinarik

  • Extraktion
  • Aromen
  • Homogenisierung
  • Emulsion
  • Alterung
Beim Einsatz eines Ultraschallhomogenisators ergibt sich die Gesamtleistung aus der Kombination von Leistungsaufnahme des Homogenisators, dem Volumen der beschallten Flüssigkeit sowie der Zeit (Beschallungsdauer). Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, müssen wir alle drei Parameter berücksichtigen. Wenn Sie mit Ihrem Ultraschallgerät eine kleine Tasse mit Flüssigkeit für zwei Minuten beschallen und danach einen großen Topf Flüssigkeit über den gleichen Zeitraum beschallen, können Sie nicht dieselben Ergebnisse erwarten! Ebenso müssen Sie beachten, dass es bei kleinen Volumina und hohem Ultraschalleintrag zu einem raschen Temperatur kommen kann. Bei temperaturempfindlichen Lebensmitteln ist es daher besser, diese lieber bei einer niedrigeren Leistungsstufe und dafür etwas länger zu beschallen, so dass die Wärme wieder abgegeben werden kann.
Durch eine Überhitzung können nämlich unerwünschte Aromen oder Beigeschmack entstehen, welche durch eine kontrollierte Beschallung vermieden werden können.
Eine hohe Energiezufuhr kann auch zu einer Zersetzung der Probe führen, wie dies bei der Verwendung bestimmter Öle zu beobachten ist. Öle, die der hohen Energiezufuhr an der Spitze des Homogenisators ausgesetzt sind, können sich zersetzen, was zu einem äußerst unangenehmen Geschmack führt, der nur als der Geschmack von elektrischem Brennen beschrieben werden kann!
Bei temperaturempfindlichen Materialien können die Ergebnisse durch Kühlung der Probe verbessert werden, z. B. durch Verwendung eines Eisbads oder durch Einbringen von Trockeneis in die Probe. Die Verwendung geringerer Leistungen über einen längeren Zeitraum trägt zur Verteilung der im System freigesetzten Energie bei, ebenso wie die Verwendung des Geräts im Impulsmodus, der eine gewisse Abkühlung zwischen den einzelnen Ultraschallimpulsen ermöglicht.
Über das digitale Menü des Ultraschallhomogenisators kann der Benutzer ganz einfach zwischen kontinuierlicher und pulsender Beschallung wählen. Zudem kann die Dauer der Pulszyklen individuell eingestellt werden.

Amplitudenregelung

Über die Amplitudenregelung kann der Nutzer den gewünschten Prozentsatz der Gesamtamplitudenleistung und dadurch die Beschallungsintensität regulieren. Die Elektronik steuert die Amplitude an der Sonotrode und sorgt für den genauen Leistungseintrag. Wenn die Sonotrodenstirnfläche bei einer gewissen Amplitude die verfügbare Leistungsgrenze des Gerätes überschreitet, so schaltet das Gerät wegen Überlast ab und vermeidet dadurch Schäden am Gerät. Sie sollten dann entweder eine kleinere Sonotrode wählen, die Amplitude verringern oder eine weniger viskose Flüssigkeit wählen.

The UP200Ht is the bartender's favourite ultrasonic mixer.

Ultraschallwellen werden in der Molekularküche und Mixologie eingesetzt, um einzigartige Aromen zu erzeugen. Das Hielscher-Ultraschallgerät UP200Ht wird zum Extrahieren von Aromen, zum Infundieren von Spirituosen, zur Zubereitung von Bitters und zur Reifung von Likören und Wein verwendet.

Informationen anfordern




Beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.




Sie wollen Ihre eigenen Gewürzextrakte oder Saucen herstellen? Ob für die Restaurantküche, den ambitionierten Sous-Chef oder für gewerbliche Hersteller, mit Hielscher Ultraschallgeräten können Sie in kurzer Zeit hochwertige Extrakte und Saucen herstellen. Stellen Sie Bio-Extrakte selbst her! Verzichten Sie auf Konservierungsstoffe! Verwenden Sie nur die von Ihnen ausgewählten Zutaten!

Chili-Pfeffer-Extraktion - Hielscher Ultraschallgerät UP200HT

Video-Miniaturansicht

Kontrolle des Ultraschall-Leistungseintrags

Im digitalen Menü des Ultraschallgerätes UP200Ht kann der Benutzer die gewünschte Leistungsabgabe des Gerätes festlegen. Der Benutzer gibt den gewünschten Ultraschalleintrag in Watt an; die elektronische Steuerung des Ultraschallhomogenisators schaltet automatisch ab, sobald die voreingestellte Ultraschallleistung in die Flüssigkeit eingetragen wurde. Durch diese Geräteeinstellung ist es möglich, die Flüssigkeit präzise zu bearbeiten und somit bspw. eine Hitzeschädigung des Lebensmittels zu vermeiden.

Pulsmodus

Bei dem bereits erwähnten Pulsmodus steuert die Elektronik die Beschallungphasen. Die Beschallung wird regelmäßig durch Pausen unterbrochen. Die Zyklen der Beschallung und Pausen kann der Benutzer exakt festlegen, indem er im Menü den Wert zwischen 10% und 90% festlegt. Eine pulsierende Beschallung ist ideal, um den Ultraschallleistungseintrag zu begrenzen.

Allgemeine Tipps und Tricks

Wenn Sie Ihren Ultraschallhomogenisator dafür verwenden wollen, um Geschmachsstoffe zu extrahieren und eine Flüssigkeit mit Aromen zu versetzen, so erzielen Sie bessere Ergebnisse, wenn Sie die Feststoffe, z.B. Pflanzenblätter, Früchte etc., vorher zerkleinern und mazerieren. Je feiner das zu extrahierende Material ist, umso größer ist die Oberfläche, an welcher die Ultraschallkräfte wirken können, und dadurch den Extraktionsprozess verbessern. Wählen Sie eine geeignete Sonotrode. Das Gleiche gilt auch, wenn Sie den Ultraschallhomogenisator für die Partikelgrößenreduktionverwenden wollen. Ihr ultraschallhomogenisator ist mehr Feinmahlwerkzeug, kein grober Küchenmixer! Bei der Zerkleinerung von Feststoffen (z.B. Chili, Beeren, Obst- und Gemüsepürees etc.), wird die Zerkleinerung vor allem durch die interpartikuläre Kollision erzeugt. D.h. die Feststoffteilchen prallen durch die hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeitsstrahlen aufeinander und werden dadurch zerschmettert. Daher erzielen Sie deutlich bessere Ergebnisse, wenn Sie Ihre infusion, Ihr Püree oder Flüssigkeit vorher grob vormischen (z.B. mit einem herkömmlichen Küchenmixer). Wenn die groben Feststoffe bereits vorab zerkleinert wurden, kann der Ultraschall die Partikel besser bearbeiten, denn die kleineren Feststoffteilchen können deutlich besser beschleunigt werden, wodurch es zu einer höheren Kollision zwischen den Festtoffteilchen kommt und diese schneller auf winzige Größe zerkleinert werden. Dadurch lässt sich wiederum der Energieeintrag des Ultraschallhomogenisator besser regulieren, wodurch auch die Prozesstemperatur problemlos niedrig gehalten werden kann.
Da die Kräfte eines Ultraschallhomogenisators relativ fokussiert wirken, ist es bei einer Beschallung von größeren Flüssigkeitsmengen (>200ml) empfehlenswert, die zu beschallende Flüssigkeit zusätzlich zu rühren und durchmischen (z.B. mit einem Magnetrührer), um dadurch sicherzustellen, dass die gesamte Flüssigkeit in die Zone der Ultraschallkavitation unter der Sonotrodenstirnfläche gelangt. Dies gilt vor allem für hoch- viskose und pastöse Flüssigkeiten. Ein guter Magnetrührer tut hier nützliche Dienste, um eine gleichmäßige Beschallung zu erreichen. Diese Makrobewegung hilft auch sicherzustellen, dass die Flüssigkeit direkt unter der Sonotrode nicht überhitzt. Ein Eisbad oder Trockeneis helfen zusätzlich, die Temperatur während der Ultraschallverarbeitung zu kontrollieren. Wie bereits erläutert, ist es empfehlenswert, temperaturempfindliche Substanzen lieber bei niedrigerer Leistungsstufe etwas länger zu beschallen und/oder den Pulsmodus zu wählen.

Christian Mittermeier preparing a cucumber emulsion using Hielscher's ultrasonic device UP200Ht

Christian Mittermeier aus dem mit einem Michelin-Stern ausgezeichneten Restaurant Villa Mittermeier mit dem UP200Ht während der Ultraschall-Emulgierung

Kontaktieren Sie uns! / Fragen Sie uns!

Fordern Sie weitere Informationen an!

Bitte verwenden Sie das nachstehende Formular, um weitere Informationen über Ultraschall-Lebensmittelprozessoren, kulinarische Anwendungen und Preise anzufordern. Wir freuen uns darauf, Ihren kulinarischen Prozess mit Ihnen zu besprechen und Ihnen einen Ultraschall-Homogenisator anzubieten, der Ihren Anforderungen entspricht!









Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.






Literatur

Wissenswertes

Ultraschall-Homogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lysegerät, Ultraschall-Disruptor, Ultraschall-Labormühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Zell-Disruptor, Ultraschall-Dispergierer oder Ultraschallemulgiergerät bezeichnet. Die unterschiedlichen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für die Ultraschallgeräte eingesetzt werden.

Die Entgasung und Entschäumung von Flüssigkeiten ist eine interessante Anwendung von Ultraschallgeräten. In diesem Fall entfernt der Ultraschall das gelöste CO2 aus dem Bier. Mit Hielscher-Ultraschallgeräten können Sie Flüssigkeiten in Bechergläsern, Tanks oder Inline (Durchflusszellenreaktoren) entgasen oder entschäumen.

Schnelles Entschäumen mit Ultraschall

Video-Miniaturansicht

Wir besprechen Ihr Verfahren gerne mit Ihnen.

Let's get in contact.