Μοριακή κουζίνα και άλλες μαγειρικές εφαρμογές

Η κατεργασία με υπερήχους μεταμορφώνει τον τρόπο με τον οποίο οι σεφ και οι επιστήμονες τροφίμων παρασκευάζουν τρόφιμα και ποτά: η εκχύλιση, η έγχυση, η γαλακτωματοποίηση και η ομογενοποίηση με υπερήχους αποτελούν βασικές εφαρμογές των συσκευών υπερήχων για μαγειρικές δημιουργίες. Από τις γρήγορες εκχυλίσεις έως τα πιο μεταξένια γαλακτώματα και τα εντονότερα αρώματα, τα υπερηχητικά κύματα αναπτύσσουν εξαιρετικές γεύσεις και υφές. Σε αυτό το άρθρο θα μάθετε πώς οι σεφ και οι τεχνολόγοι τροφίμων αξιοποιούν την υπερηχητική σπηλαίωση για να αναδημιουργήσουν τα πάντα, από κοκτέιλ μέχρι κονσομέ.

Ένας σύντομος οδηγός για τις βασικές αρχές

άρθρο του προσκεκλημένου συντάκτη Mark Gaston

• Το μεγαλύτερο μέρος του περιεχομένου αυτού του οδηγού αποτελείται από πληροφορίες που είναι εύκολα διαθέσιμες, ωστόσο μερικές φορές είναι γραμμένες με τρόπο που δεν διευκολύνει πάντα την ανάγνωση, εκτός αν είστε εξοικειωμένοι με τους όρους που χρησιμοποιούνται.
• Παρακάτω εξηγούνται σημαντικοί όροι της κατεργασίας με υπερήχους, όπως ηχοτρόδιο, πλάτος ταλάντωσης κ.λπ., καθώς και οι επιδράσεις τους στις μαγειρικές εφαρμογές.
• Ο παρακάτω οδηγός επιχειρεί να εξηγήσει τη χρήση του ομογενοποιητή υπερήχων με τρόπο λιγότερο επιστημονικό και περισσότερο σχετικό με τη μαγειρική.

Τα υπερηχητικά κύματα και η εφαρμογή τους στα τρόφιμα

Η τεχνική της ομογενοποίησης με ομογενοποιητή υπερήχων υπάρχει εδώ και πολλά χρόνια σε διάφορες μορφές, αλλά μόλις τώρα αρχίζει να βρίσκει τον δρόμο της σε μαγειρικές εφαρμογές μικρότερης κλίμακας. Ο ομογενοποιητής περιέχει προηγμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα που μπορούν να μετατρέπουν την ηλεκτρική ισχύ σε δονήσεις υψηλής συχνότητας του μεταλλικού άκρου ή ηχοτροδίου και να τις ελέγχουν.
Το ηχοτρόδιο κινείται κυρίως πάνω και κάτω σε αρκετά υψηλή συχνότητα, πάνω από το ακουστό εύρος (π.χ. 26.000 φορές το δευτερόλεπτο ή 26Khz με τη συσκευή υπερήχων UP200Ht). Το μέγεθος της κίνησης του ηχοτροδίου πάνω και κάτω ονομάζεται πλάτος ταλάντωσης και συνήθως μπορεί να ρυθμιστεί μεταξύ 9 και 240 µm (για σύγκριση, μια ανθρώπινη τρίχα έχει κατά μέσο όρο πάχος περίπου 100 µm). Με απλά λόγια, το ηχοτρόδιο συμπεριφέρεται σαν έμβολο που κινείται πάνω και κάτω μέσα στο υγρό.
Καθώς το ηχοτρόδιο κινείται πάνω και κάτω ενώ είναι βυθισμένο σε ένα υγρό, δημιουργεί περιοχές υψηλής και χαμηλής πίεσης μέσα στο υγρό γύρω του, γεγονός που με τη σειρά του δημιουργεί ένα φαινόμενο γνωστό ως σπηλαίωση. Στην κουζίνα βλέπουμε ότι η μείωση της πίεσης (όπως σε μια συσκευή συσκευασίας κενού με θάλαμο) προκαλεί βρασμό των υγρών σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, ενώ η αύξηση της πίεσης (όπως σε μια χύτρα ταχύτητας) προκαλεί βρασμό των υγρών σε υψηλότερη θερμοκρασία.
Οι ταχέως μεταβαλλόμενοι παλμοί πίεσης στο άκρο του ηχοτροδίου προκαλούν τον σχηματισμό και στη συνέχεια την ταχεία κατάρρευση φυσαλίδων μέσα στο υγρό. Όλα αυτά συμβαίνουν σε μικροσκοπική κλίμακα, αλλά δημιουργούν τεράστιες δυνάμεις μέσα στο υγρό λόγω των ταχυτήτων, των θερμοκρασιών και των πιέσεων που αναπτύσσονται από τη σπηλαίωση. Αυτές ακριβώς οι τεράστιες δυνάμεις μπορούν να αξιοποιηθούν προς όφελός μας στην κουζίνα για την εκχύλιση γεύσεων μέσω της διάρρηξης κυττάρων, τη γαλακτωματοποίηση, ή τη διάσπαση σωματιδίων.

 

Δείτε πώς η συσκευή υπερήχων Hielscher UP200Ht μετατρέπει ένα φυτικό γαλάκτωμα σοκολάτας σε μεταξένια, σταθερή μους σοκολάτας χωρίς ζωικά συστατικά. Η σπηλαίωση που προκαλείται από τους υπερήχους εξασφαλίζει λεπτή διασπορά, αυξημένη σταθερότητα του γαλακτώματος και βέλτιστη υφή – δημιουργώντας τις προϋποθέσεις για ένα τέλειο επιδόρπιο χωρίς γαλακτοκομικά, με πλούσια γεύση σοκολάτας. Δημιουργώντας ένα σταθερό γαλάκτωμα λιπαρών της σοκολάτας και νερού με σταγονίδια υπομικρομετρικού μεγέθους, η επεξεργασία με υπερήχους συμβάλλει σε μια έντονη γευστική εμπειρία και σε απαλή, συνεκτική αίσθηση στο στόμα. Επιπλέον, η επεξεργασία με υπερήχους διασπά τα συσσωματώματα αμύλου, πρωτεϊνών και στερεών κακάο, προσφέροντας εξαιρετικά κρεμώδη υφή και εντονότερη γεύση.

Μάθετε περισσότερα για τη γαλακτωματοποίηση με υπερήχους μιας βίγκαν μους σοκολάτας!
 

Μία από τις προκλήσεις στη χρήση αυτού του εξοπλισμού, ωστόσο, είναι η αξιοποίηση και ο έλεγχος αυτής της ισχύος με τρόπο που βελτιώνει τα τρόφιμα.
Ο αγορασμένος ομογενοποιητής υπερήχων μοντέλου UP200Ht καθορίζει τη μέγιστη ισχύ που είναι διαθέσιμη στον χρήστη, ενώ ο ίδιος ο ομογενοποιητής διαθέτει διάφορες μεταβλητές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή της απόδοσής του στις ανάγκες της εφαρμογής. Για τους σκοπούς αυτού του οδηγού, το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν η συσκευή υπερήχων Hielscher των 200 watt.

Μέγεθος ηχοτροδίου

Το μέγεθος του τοποθετημένου ηχοτροδίου επηρεάζει σημαντικά τον τρόπο με τον οποίο η μονάδα μεταδίδει την ισχύ της.
Με πολύ απλά λόγια, όσο μεγαλύτερο είναι το εμβαδόν της επιφάνειας του ηχοτροδίου, τόσο περισσότερη ισχύς απαιτείται για να κινηθεί σε οποιοδήποτε δεδομένο πλάτος ταλάντωσης. Το ιξώδες του ρευστού επηρεάζει επίσης σε μεγάλο βαθμό την ισχύ που απαιτείται για την κίνηση του ηχοτροδίου σε δεδομένο πλάτος ταλάντωσης.
Φανταστείτε το ηχοτρόδιο ως έμβολο ή ωστήρα. Αν το έμβολο κινείται πάνω-κάτω πολύ γρήγορα σε μια κατσαρόλα με λεπτόρρευστο υγρό, όπως το νερό, αυτό είναι σχετικά εύκολο ακόμη και σε υπολογίσιμες ταχύτητες. Αν όμως γεμίσετε την κατσαρόλα με μια παχύρρευστη σάλτσα, δεν θα ισχύει το ίδιο: θα απαιτείται πολύ περισσότερη ισχύς για να κινηθεί το έμβολο γρήγορα πάνω-κάτω μέσα στο υγρό λόγω του αυξημένου ιξώδους. Αν αυξήσετε το μέγεθος του εμβόλου ή του ωστήρα, θα απαιτείται επίσης μεγαλύτερη προσπάθεια για να κινηθεί πάνω-κάτω μέσα στο υγρό.
Το ίδιο ισχύει και για το ηχοτρόδιο. Με τοποθετημένο ένα μεγάλο ηχοτρόδιο, η μονάδα θα πρέπει να λειτουργεί πολύ πιο εντατικά για να παράγει ένα δεδομένο πλάτος ταλάντωσης όταν το υγρό έχει υψηλό ιξώδες απ’ ό,τι με ένα ρευστό χαμηλού ιξώδους.
 

 

Σε οποιαδήποτε δεδομένη ρύθμιση ισχύος, ένα μικρότερο ηχοτρόδιο, λόγω του εμβαδού της επιφάνειάς του, θα δημιουργεί μεγαλύτερες διακυμάνσεις πίεσης και υψηλότερες εντάσεις σπηλαίωσης στο άκρο του από ένα μεγαλύτερο ηχοτρόδιο (καθώς η ισχύς συγκεντρώνεται στη μικρότερη επιφάνεια του ηχοτροδίου).
Ενδέχεται να μην είναι δυνατή η κίνηση ενός μεγαλύτερου ηχοτροδίου στο ίδιο πλάτος ταλάντωσης, καθώς θα απαιτείται πολύ περισσότερη ισχύς, με πιθανό αποτέλεσμα τη διακοπή λειτουργίας της μονάδας λόγω υπερφόρτωσης. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να μειωθεί το μέγεθος του ηχοτροδίου ή να αποκτηθεί μονάδα υψηλότερης ισχύος.
Η ένταση των υπερήχων (σε οποιαδήποτε δεδομένη ρύθμιση ισχύος) μειώνεται όσο αυξάνεται το εμβαδόν της επιφάνειας (μεγαλύτερα ηχοτρόδια), ενώ η ένταση της ισχύος των υπερήχων αυξάνεται όσο μειώνεται το εμβαδόν της επιφάνειας. Με άλλα λόγια, ένα μικρότερο ηχοτρόδιο διοχετεύει πολλή ισχύ υπερήχων σε μια μικρή επιφάνεια, ενώ ένα μεγαλύτερο ηχοτρόδιο κατανέμει την ισχύ σε μεγαλύτερη επιφάνεια.

Όταν χρησιμοποιείται ο ομογενοποιητής, το συνολικό έργο που επιτελείται στο δείγμα είναι συνδυασμός της ισχύος εισόδου του ομογενοποιητή, του όγκου του δείγματος και του χρόνου έκθεσής του. Για να επιτύχουμε αναπαραγώγιμα αποτελέσματα, πρέπει να λαμβάνουμε 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 μέσα στο ίδιο χρονικό διάστημα! Να θυμάστε επίσης ότι, με μικρά δείγματα και υψηλή ισχύ εισόδου, η θερμοκρασία του δείγματος θα αυξηθεί γρήγορα. Για δείγματα ευαίσθητα στη θερμοκρασία, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε χαμηλότερες ρυθμίσεις ισχύος για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, επιτρέποντας την απαγωγή της ενέργειας που εισάγει ο ομογενοποιητής με τη μορφή θερμότητας.
Η υπερθέρμανση του δείγματος μπορεί κάλλιστα να προκαλέσει τη διαφυγή από το σύστημα ορισμένων από τα ίδια τα αρώματα που προσπαθείτε να συλλάβετε.
Η υψηλή ισχύς εισόδου μπορεί επίσης να προκαλέσει υποβάθμιση του δείγματος, όπως παρατηρείται κατά τη χρήση ορισμένων ελαίων. Όταν τα έλαια εκτίθενται στην υψηλή παροχή ενέργειας στο άκρο του ομογενοποιητή, μπορούν να διασπαστούν, προκαλώντας μια εξαιρετικά δυσάρεστη γεύση που μπορεί να περιγραφεί μόνο ως γεύση καμένου ηλεκτρικού εξοπλισμού!
Για υλικά ευαίσθητα στη θερμοκρασία, η ψύξη του δείγματος θα βελτιώσει τα αποτελέσματα, για παράδειγμα με τη χρήση λουτρού πάγου ή με την προσθήκη λίγου ξηρού πάγου στο δείγμα. Η χρήση χαμηλότερης ισχύος εισόδου για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα βοηθά στη διασπορά της ενέργειας που απελευθερώνεται στο σύστημα, όπως και η χρήση της μονάδας σε παλμική λειτουργία, η οποία επιτρέπει κάποια ψύξη ανάμεσα στις διαδοχικές εκπομπές υπερήχων.
Μέσω των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων του ομογενοποιητή, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει τη λειτουργία της μονάδας με δύο κύριους τρόπους ελέγχου.

Έλεγχος πλάτους ταλάντωσης

Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, ο χρήστης επιλέγει το απαιτούμενο % του μέγιστου πλάτους ταλάντωσης για το ηχοτρόδιο. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρονικά κυκλώματα θα επιχειρήσουν να κινήσουν το ηχοτρόδιο με αυτό το πλάτος και θα προσαρμόσουν την ισχύ εισόδου της συσκευής ώστε να διατηρηθεί το απαιτούμενο πλάτος ταλάντωσης στο ηχοτρόδιο. Εάν η επιφάνεια του ηχοτροδίου είναι υπερβολικά μεγάλη ώστε να μπορεί να κινηθεί με αυτό το πλάτος με τη διαθέσιμη ισχύ της μονάδας, το πλάτος ταλάντωσης δεν θα φτάσει στην καθορισμένη τιμή και η μονάδα ενδέχεται να διακόψει τη λειτουργία της εάν προκύψει υπερφόρτωση.

Θέλετε να παρασκευάζετε τα δικά σας εκχυλίσματα μπαχαρικών ή σάλτσες; Είτε πρόκειται για κουζίνα εστιατορίου, για φιλόδοξο βοηθό αρχιμάγειρα είτε για εμπορικούς παραγωγούς, με τον εξοπλισμό υπερήχων Hielscher μπορείτε να παρασκευάζετε εκχυλίσματα και σάλτσες υψηλής ποιότητας σε σύντομο χρόνο. Παρασκευάστε μόνοι σας βιολογικά εκχυλίσματα! Καταργήστε τα συντηρητικά! Χρησιμοποιήστε μόνο τα συστατικά που επιλέγετε!

Έλεγχος ισχύος εισόδου

Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, ο χρήστης ρυθμίζει την απαιτούμενη ισχύ εισόδου σε watt και τα ηλεκτρονικά κυκλώματα προσαρμόζουν το πλάτος των ταλαντώσεων ώστε να ρυθμίσουν την ισχύ εισόδου σύμφωνα με τη ρύθμιση του χρήστη. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας επιτρέπει τη ρύθμιση της ισχύος που μεταφέρεται στο υγρό και, συνεπώς, τον περιορισμό της θερμότητας που παράγεται στο υγρό, αποτρέποντας τη βλάβη των πιο ευαίσθητων δειγμάτων.

Παλμική λειτουργία

Εκτός από τους δύο τρόπους λειτουργίας, υπάρχει και η παλμική λειτουργία, κατά την οποία τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται κυκλικά. Ο χρονισμός των κύκλων ρυθμίζεται από τον χρήστη, από ενεργοποίηση για το 10% του χρόνου και απενεργοποίηση για το 90% έως ενεργοποίηση για το 90% του χρόνου και απενεργοποίηση για το 10%. Αυτό δημιουργεί ένα παλμικό αποτέλεσμα και είναι χρήσιμο τόσο για τον περιορισμό της συνολικής ισχύος εισόδου στο δείγμα όσο και για τη δημιουργία καλής ανάδευσης μέσα στο δείγμα, σε συνάρτηση με την υψηλή αρχική εισροή καθώς τα ηλεκτρονικά κυκλώματα σταθεροποιούνται κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου λειτουργίας.

Γενικές συμβουλές και τεχνάσματα

Όταν ο ομογενοποιητής χρησιμοποιείται για τον αρωματισμό με έγχυση, επιτυγχάνονται καλύτερα αποτελέσματα εάν το μέγεθος των στερεών έχει μειωθεί πριν από την ομογενοποίησή τους. Αυτό αυξάνει την επιφάνεια που εκτίθεται στο ηχοτρόδιο. Η ίδια αρχή ισχύει όταν ο ομογενοποιητής χρησιμοποιείται για τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων. Σκεφτείτε τον ομογενοποιητή ως εργαλείο λεπτής τελικής επεξεργασίας και όχι ως μύλο χονδρής άλεσης! Κατά τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, μεγάλο μέρος του έργου επιτελείται από τις συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας των σωματιδίων που επιταχύνονται από τις δυνάμεις που παράγονται στο ηχοτρόδιο. Θα επιτευχθούν πολύ καλύτερα αποτελέσματα εάν μέρος της μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων πραγματοποιηθεί πριν από την κατεργασία με υπερήχους. Εάν ξεκινήσετε έχοντας ήδη ολοκληρώσει το κύριο μέρος της μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων, μεγαλύτερη επιφάνεια εκτίθεται στην κατεργασία με υπερήχους και τα μικρότερα σωματίδια επιταχύνονται ταχύτερα μέσα στο υγρό, με αποτέλεσμα εντονότερες συγκρούσεις με δύναμη ικανή να διασπάσει περαιτέρω τα σωματίδια. Ο ομογενοποιητής θα χρειαστεί επίσης να επιτελέσει λιγότερο έργο, επιτρέποντας καλύτερο έλεγχο της θερμοκρασίας.
Καθώς ο ομογενοποιητής δρα σε αρκετά εντοπισμένη περιοχή, όταν χρησιμοποιείται με μεγαλύτερα δείγματα, για παράδειγμα αρκετών εκατοντάδων χιλιοστόλιτρων ή περισσότερο, είναι χρήσιμο να παρέχεται πρόσθετη ανάδευση ώστε να ανανεώνεται ο όγκος γύρω από το ηχοτρόδιο, εξασφαλίζοντας την πλήρη κατεργασία του δείγματος με υπερήχους. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για δείγματα μεγαλύτερου ιξώδους. Ένας καλός μαγνητικός αναδευτήρας αποτελεί χρήσιμο μέσο για να επιτευχθεί αυτό. Η ανάδευση βοηθά επίσης να διασφαλιστεί ότι ο όγκος του υγρού γύρω από το ηχοτρόδιο δεν υπερθερμαίνεται. Η χρήση παγόλουτρου ή τεμαχίων ξηρού πάγου μέσα στο δείγμα βοηθά στην απομάκρυνση της ενέργειας που μεταδίδεται από την κατεργασία με υπερήχους. Όπως αναφέρθηκε ήδη, εάν το υλικό είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία, χρησιμοποιήστε χαμηλότερες ρυθμίσεις ισχύος για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ή/και την παλμική λειτουργία, ώστε να περιορίσετε τις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο δείγμα, επιτρέποντάς του να ψύχεται μεταξύ των παλμών υπερήχων.

---

---

Βιβλιογραφία

• 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.

 

Σε αυτό το βίντεο, ο Σίμον από το GuerillaChefs.de παρουσιάζει τη χρήση της φορητής συσκευής υπερήχων UP200Ht της Hielscher για τον ταχύ αρωματισμό νερού με φρέσκα μανιτάρια – μια καινοτόμο τεχνική που χρησιμοποιείται στη μαγειρική και τη μοριακή γαστρονομία. Η επεξεργασία με υπερήχους ενισχύει την εκχύλιση γευστικών συστατικών και μεταφέρει λεπτές αρωματικές ενώσεις στην υδατική φάση μέσα σε δευτερόλεπτα, επιτρέποντας την επεξεργασία χωρίς θέρμανση για εκλεπτυσμένους ζωμούς, εκχυλίσματα ή γευστικές βάσεις με απλή σύνθεση και χωρίς πρόσθετα. Ιδανική για σεφ και δημιουργούς καινοτόμων τροφίμων που επιδιώκουν ακρίβεια και ένταση στην ανάπτυξη φυσικής γεύσης.