Μοριακή Κουζίνα και άλλες Μαγειρικές Εφαρμογές

Σύντομος οδηγός για τις αρχές

by Μαρκ Γκαστόν

• Το μεγαλύτερο μέρος του περιεχομένου αυτού του οδηγού είναι πληροφορίες που είναι άμεσα διαθέσιμες, ωστόσο μερικές φορές είναι γραμμένο με τρόπο που δεν κάνει πάντα εύκολη την ανάγνωση, εκτός αν τυχαίνει να είστε εξοικειωμένοι με τους όρους που χρησιμοποιούνται.
• Παρακάτω, εξηγούνται σημαντικοί όροι υπερήχων όπως sonotrode, πλάτος κ.λπ. και οι επιπτώσεις τους στις μαγειρικές εφαρμογές.
• Αυτός ο οδηγός παρακάτω προσπαθεί να εξηγήσει τη χρήση του ομογενοποιητή υπερήχων με λιγότερο επιστημονικό και περισσότερο μαγειρικό τρόπο.

Κύματα υπερήχων και εφαρμογή τους στα τρόφιμα

Ο υπερηχητικός ομογενοποιητής ως τεχνική υπάρχει εδώ και πολλά χρόνια σε διάφορες μορφές, αλλά μόλις βρίσκει το δρόμο του σε μαγειρικές εφαρμογές μικρότερης κλίμακας. Ο ομογενοποιητής περιέχει μερικά εξελιγμένα ηλεκτρονικά που μπορούν να μετατρέψουν και να ελέγξουν την ηλεκτρική ισχύ σε δονήσεις υψηλής συχνότητας του μεταλλικού άκρου ή sonotrode.
Το sonotrode κινείται κυρίως πάνω και κάτω σε αρκετά υψηλή συχνότητα πάνω από το ακουστικό εύρος (π.χ. 26000 φορές το δευτερόλεπτο ή 26Khz με το UP200Ht). Η ποσότητα που κινείται το sonotrode πάνω και κάτω ονομάζεται πλάτος και συνήθως μπορεί να ρυθμιστεί μεταξύ 9 και 240 μm (η μέση ανθρώπινη τρίχα έχει πάχος περίπου 100 μm για αναφορά). Με απλά λόγια, το sonotrode συμπεριφέρεται σαν ένα έμβολο που κινείται πάνω και κάτω στο υγρό.
Καθώς το sonotrode κινείται πάνω και κάτω ενώ βυθίζεται σε ένα υγρό, δημιουργεί περιοχές υψηλής και χαμηλής πίεσης μέσα στο υγρό γύρω από το sonotrode αυτό με τη σειρά του δημιουργεί ένα φαινόμενο γνωστό ως σπηλαίωση. Βλέπουμε στην κουζίνα ότι η μείωση της πίεσης (όπως σε ένα σφραγιστικό θαλάμου) προκαλεί βρασμό υγρών σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και η αύξηση της πίεσης (όπως μια χύτρα ταχύτητας) προκαλεί βρασμό υγρών σε υψηλότερη θερμοκρασία.
Οι ταχέως κυμαινόμενοι παλμοί πίεσης στην άκρη του sonotrode προκαλούν το σχηματισμό και στη συνέχεια την ταχεία κατάρρευση φυσαλίδων μέσα στο υγρό. Όλα αυτά συμβαίνουν σε μικρή κλίμακα, αλλά δημιουργούν τεράστιες δυνάμεις μέσα στο υγρό λόγω των ταχυτήτων, των θερμοκρασιών και των πιέσεων που παράγονται από το σπηλαίωση. Είναι αυτές οι τεράστιες δυνάμεις που μπορούν να στραφούν προς όφελός μας στην κουζίνα για το εκχύλιση αρωμάτων διά ρήξη κυττάρων ή διάσπαση σωματιδίων.

Μία από τις προκλήσεις στη χρήση αυτού του εξοπλισμού, ωστόσο, είναι η αξιοποίηση και ο έλεγχος αυτής της δύναμης με τρόπο που ενισχύει τα τρόφιμα.
Το αγορασμένο μοντέλο ομογενοποιητή υπερήχων UP200Ht υπαγορεύει τη μέγιστη ισχύ που διατίθεται στον χρήστη και ο ίδιος ο ομογενοποιητής έχει έναν αριθμό μεταβλητών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή της απόδοσής του ώστε να ταιριάζει στην εφαρμογή. Για τους σκοπούς του παρόντος οδηγού, το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα 200 watt μονάδα.

Μέγεθος Sonotrode

Το μέγεθος του Sonotrode Η τοποθέτηση έχει σημαντική επίδραση στον τρόπο με τον οποίο η μονάδα παρέχει την ισχύ της.
Με πολύ απλά λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του sonotrode τόσο περισσότερη δύναμη θα χρειαστεί για να το οδηγήσει σε οποιοδήποτε δεδομένο πλάτος. Το ιξώδες του υγρού θα έχει επίσης μεγάλη επίδραση στην ισχύ που απαιτείται για την οδήγηση του sonotrode σε ένα δεδομένο πλάτος.
Φανταστείτε το sonotrode ως έμβολο ή έμβολο, εάν το έμβολο μετακινηθεί πάνω και κάτω πολύ γρήγορα σε μια κατσαρόλα λεπτού υγρού όπως το νερό είναι σχετικά εύκολο να το κάνετε ακόμη και σε λογικές ταχύτητες, ωστόσο γεμίστε το δοχείο με μια παχιά σάλτσα και το ίδιο δεν θα είναι αλήθεια, θα χρειαστεί πολύ περισσότερη δύναμη για να μετακινήσετε το έμβολο γρήγορα πάνω και κάτω στο υγρό λόγω του αυξημένου ιξώδους. Αυξήστε το μέγεθος του εμβόλου ή του εμβόλου και θα χρειαστεί επίσης περισσότερη προσπάθεια για να το μετακινήσετε πάνω και κάτω στο υγρό.
Το ίδιο ισχύει και για το sonotrode. Με ένα μεγάλο sonotrode τοποθετημένο, η μονάδα θα πρέπει να εργαστεί πολύ σκληρότερα για να παράγει ένα δεδομένο πλάτος ταλάντωσης εάν το υγρό έχει υψηλό ιξώδες από ό, τι με ένα υγρό χαμηλού ιξώδους.

Σε οποιαδήποτε δεδομένη ρύθμιση ισχύος ένα μικρότερο sonotrode λόγω της επιφάνειάς του θα δημιουργήσει μεγαλύτερες διακυμάνσεις πίεσης και Υψηλότερη σπηλαίωση εντάσεις στην άκρη από ένα μεγαλύτερο sonotrode (καθώς η ισχύς επικεντρώνεται στην επιφάνεια ενός μικρότερου sonotrode).
Μπορεί να μην είναι δυνατή η οδήγηση ενός μεγαλύτερου sonotrode στο ίδιο πλάτος, καθώς θα απαιτηθεί πολύ περισσότερη ισχύς για να γίνει αυτό, με πιθανό αποτέλεσμα το κλείσιμο της μονάδας λόγω υπερφόρτωσης. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος του sonotrode πρέπει να μειωθεί ή να επιτευχθεί μονάδα υψηλότερης ισχύος.
Η είσοδος Ένταση υπερήχων (σε οποιαδήποτε δεδομένη ρύθμιση ισχύος) μειώνεται με την αύξηση της επιφάνειας (μεγαλύτερα sonotrodes), όπου καθώς η ένταση ισχύος υπερήχων αυξάνεται με τη μείωση της επιφάνειας, ή για να το θέσω με άλλο τρόπο, ένα μικρότερο sonotrode βάζει πολλή υπερηχητική ισχύ σε μια μικρή περιοχή, όπου ως μεγαλύτερο sonotrode απλώνει τη δύναμη σε μια μεγαλύτερη περιοχή.

Όταν χρησιμοποιείται ο ομογενοποιητής, η συνολική εργασία που γίνεται στο δείγμα είναι ένας συνδυασμός του Ισχύς εισόδου του ομογενοποιητή, το τόμος του δείγματος και του Ώρα εκτίθεται. Προκειμένου να έχουμε αναπαραγώγιμα αποτελέσματα, πρέπει να λάβουμε υπόψη και τις τρεις παραμέτρους. Μην περιμένετε να τοποθετήσετε τη συσκευή σε ένα μικρό φλιτζάνι γεμάτο υγρό για δύο λεπτά και στη συνέχεια να έχετε το ίδιο αποτέλεσμα σε ένα λίτρο υγρού κατά την ίδια χρονική περίοδο! Ομοίως, να θυμάστε ότι με μικρά μεγέθη δειγμάτων και εισόδους υψηλής ισχύος, το θερμοκρασία του δείγματος θα αυξηθεί γρήγορα. Για ευαίσθητα στη θερμοκρασία δείγματα είναι προτιμότερο να χρησιμοποιούνται ρυθμίσεις χαμηλότερης ισχύος για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους, επιτρέποντας τη διάχυση της ενέργειας που εισάγεται από τον ομογενοποιητή ως θερμότητα.
Η υπερθέρμανση του δείγματος μπορεί κάλλιστα να προκαλέσει τη διαφυγή ορισμένων από τα ίδια τα αρώματα που προσπαθείτε να συλλάβετε από το σύστημα.
Οι είσοδοι υψηλής ισχύος μπορούν επίσης να προκαλέσουν την υποβάθμιση του δείγματος, όπως μπορεί να φανεί κατά τη χρήση ορισμένων ελαίων. Τα έλαια όταν εκτίθενται στις υψηλές ενεργειακές εισροές στην άκρη του ομογενοποιητή μπορούν να διασπαστούν με αποτέλεσμα μια εξαιρετικά δυσάρεστη γεύση που μπορεί να περιγραφεί μόνο ως η γεύση της ηλεκτρικής καύσης!
Για ευαίσθητα στη θερμοκρασία υλικά, η ψύξη του δείγματος θα βελτιώσει τα αποτελέσματα, όπως με τη χρήση ενός λουτρού πάγου ή τη συμπερίληψη κάποιου ξηρού πάγου στο δείγμα. Η χρήση εισόδων χαμηλότερης ισχύος για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα βοηθά στη διασπορά της ενέργειας που απελευθερώνεται στο σύστημα, όπως και η χρήση της μονάδας σε λειτουργία παλμού, η οποία επιτρέπει κάποια ψύξη μεταξύ κάθε έκρηξης υπερήχων.
Μέσα στα ηλεκτρονικά του ομογενοποιητή, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει να χειριστεί τη μονάδα σε δύο κύριους τρόπους ελέγχου.

Έλεγχος πλάτους

Σε αυτή τη λειτουργία ο χρήστης επιλέγει το % του μέγιστου πλάτους που απαιτείται για το sonotrode. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρονικά θα προσπαθήσουν να οδηγήσουν το sonotrode σε αυτό το πλάτος και θα προσαρμόσουν την ισχύ εισόδου της συσκευής για να διατηρήσουν το απαιτούμενο πλάτος στο sonotrode. Εάν η επιφάνεια sonotrode είναι πολύ μεγάλη για να οδηγηθεί σε αυτό το πλάτος με τη διαθέσιμη ισχύ της μονάδας, το πλάτος δεν θα φτάσει στην καθορισμένη τιμή και μπορεί να τερματιστεί εάν επιτευχθεί κατάσταση υπερφόρτωσης.

Έλεγχος ισχύος εισόδου

Σε αυτή τη λειτουργία, ο χρήστης ρυθμίζει την απαιτούμενη ισχύ εισόδου σε watt και τα ηλεκτρονικά θα προσαρμόσουν το πλάτος των ταλαντώσεων προκειμένου να ρυθμίσουν την ισχύ εισόδου στη ρύθμιση των χρηστών. Αυτή η λειτουργία επιτρέπει τη ρύθμιση της ισχύος που μεταφέρεται στο υγρό και, ως εκ τούτου, η θερμότητα που παράγεται στο υγρό περιορίζεται αποφεύγοντας τη βλάβη σε πιο ευαίσθητα δείγματα.

Λειτουργία παλμού

Εκτός από τους δύο τρόπους λειτουργίας, υπάρχει μια λειτουργία παλμού, όπου τα ηλεκτρονικά ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται Κύκλους, ο χρόνος του οποίου ορίζεται από τον χρήστη από το 10% του χρόνου και το 90% έως το 90% του χρόνου και το 10%. Αυτό δίνει ένα παλλόμενο αποτέλεσμα και είναι χρήσιμο τόσο για τον περιορισμό της συνολικής ισχύος εισόδου στο δείγμα όσο και για τη δημιουργία καλής ανάδευσης εντός του δείγματος έως ότου η αρχική είσοδος είναι υψηλή καθώς τα ηλεκτρονικά σταθεροποιούνται κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου λειτουργίας.

Γενικές συμβουλές και κόλπα

Όταν χρησιμοποιείται ο ομογενοποιητής για την έγχυση αρωμάτων, επιτυγχάνονται καλύτερα αποτελέσματα όταν τα στερεά έχουν μειωθεί σε μέγεθος πριν ομογενοποιηθούν, γεγονός που θα αυξήσει την επιφάνεια που εκτίθεται στο Sonotrode. Η ίδια αρχή ισχύει όταν χρησιμοποιείται ο ομογενοποιητής για μείωση μεγέθους σωματιδίων. Σκεφτείτε τον ομογενοποιητή ως ένα λεπτό εργαλείο φινιρίσματος και όχι ως μύλο πορείας! Στη μείωση των μεγεθών των σωματιδίων, μεγάλο μέρος της εργασίας γίνεται από τις συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας των σωματιδίων που επιταχύνουν τις δυνάμεις που παράγονται στο sonotrode. Πολύ καλύτερα αποτελέσματα θα επιτευχθούν εάν κάποια από τη μείωση σωματιδίων γίνεται πριν από την υπερήχηση. Ξεκινώντας με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων που έχει ήδη γίνει σημαίνει ότι μια μεγαλύτερη επιφάνεια εκτίθεται σε υπερήχους και ότι τα μικρότερα σωματίδια θα επιταχυνθούν στο υγρό πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα υψηλότερες συγκρούσεις με δύναμη για περαιτέρω διάσπαση σωματιδίων. Λιγότερη δουλειά θα χρειαστεί επίσης να γίνει από τον ομογενοποιητή, επιτρέποντας τον καλύτερο έλεγχο της θερμοκρασίας.
Δεδομένου ότι ο ομογενοποιητής λειτουργεί σε αρκετά τοπικό επίπεδο, είναι χρήσιμο όταν χρησιμοποιείται με μεγαλύτερα δείγματα, ας πούμε, αρκετών εκατοντάδων χιλιοστόλιτρων ή περισσότερο για να παρέχει πρόσθετη ανάδευση για να εξασφαλίσει ότι ο όγκος γύρω από το sonotrode ανανεώνεται, εξασφαλίζοντας πλήρη υπερήχηση του δείγματος. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για περισσότερα ιξώδης Δείγματα. Ένας καλός μαγνητικός αναδευτήρας είναι ένας χρήσιμος τρόπος για να επιτευχθεί αυτό. Η ανάδευση βοηθά επίσης στη διασφάλιση ότι ο όγκος του υγρού γύρω από το sonotrode δεν υπερθερμαίνεται. Χρησιμοποιώντας ένα λουτρό πάγου ή κομμάτια ξηρού πάγου στο δείγμα θα βοηθήσει στην απομάκρυνση της ενέργειας που μεταδίδεται από την ηχοποίηση. Όπως έχει ήδη συζητηθεί εάν το υλικό είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία, χρησιμοποιήστε ρυθμίσεις χαμηλότερης ισχύος για αυξημένο χρονικό διάστημα ή/και χρησιμοποιήστε τη λειτουργία παλμού για να περιορίσετε τις θερμοκρασίες που παράγονται στο δείγμα επιτρέποντας στο δείγμα να κρυώσει μεταξύ ηχητικών παλμών.

---

---

Λογοτεχνία

• 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.

Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε

Οι ομογενοποιητές ιστών υπερήχων αναφέρονται συχνά ως ανιχνευτής υπερήχων / sonificator, ηχητικός λύτης, διαταράκτης υπερήχων, υπερηχητικός μύλος, sono-ruptor, sonifier, ηχητικός dismembrator, κυτταρικός διαταράκτης, υπερηχητικός διασκορπιστής, γαλακτωματοποιητής ή διαλύτης. Οι διαφορετικοί όροι προκύπτουν από τις διάφορες εφαρμογές που μπορούν να εκπληρωθούν με υπερήχους.