Cocina molecular y otras aplicaciones culinarias

La sonicación está transformando la forma en que los chefs y los científicos de los alimentos preparan alimentos y bebidas: la extracción, la infusión, la emulsificación y la homogeneización ultrasónicas son aplicaciones clave de los sonicadores en las creaciones culinarias. Desde extracciones rápidas hasta emulsiones más sedosas y aromas más intensos, las ondas ultrasónicas permiten desarrollar sabores y texturas excepcionales. En este artículo descubrirá cómo los chefs y los tecnólogos de los alimentos utilizan la cavitación ultrasónica para reinventar desde cócteles hasta consomés.

Breve guía de los principios

Artículo invitado de Mark Gaston

• La mayor parte del contenido de esta guía es información fácilmente accesible; sin embargo, a veces está redactada de una forma que dificulta su lectura si no se conocen los términos utilizados.
• A continuación se explican términos importantes de la sonicación, como sonotrodo, amplitud, etc., y sus efectos en las aplicaciones culinarias.
• Esta guía intenta explicar el uso del homogeneizador ultrasónico desde una perspectiva menos científica y más vinculada a la cocina.

Las ondas ultrasónicas y su aplicación a los alimentos

La técnica de homogeneización ultrasónica existe desde hace muchos años en diversas formas, pero apenas está empezando a introducirse en aplicaciones culinarias a menor escala. El homogeneizador incorpora una electrónica sofisticada que permite convertir la potencia eléctrica en vibraciones de alta frecuencia de la punta metálica o sonotrodo y controlar esas vibraciones.
El sonotrodo se mueve principalmente hacia arriba y hacia abajo a una frecuencia muy elevada, por encima del rango audible (por ejemplo, 26.000 veces por segundo o 26Khz con el sonicador UP200Ht). La magnitud del movimiento del sonotrodo hacia arriba y hacia abajo se denomina amplitud y normalmente puede ajustarse entre 9 y 240 µm (como referencia, un cabello humano tiene un grosor medio de unos 100 µm). En términos sencillos, el sonotrodo se comporta como un pistón que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el líquido.
Cuando el sonotrodo se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras está sumergido en un líquido, crea zonas de alta y baja presión en el líquido que lo rodea; esto, a su vez, genera un fenómeno conocido como cavitación. En la cocina vemos que reducir la presión (por ejemplo, en una envasadora al vacío de cámara) hace que los líquidos hiervan a temperaturas más bajas, mientras que aumentar la presión (por ejemplo, en una olla a presión) hace que hiervan a una temperatura más alta.
Las pulsaciones de presión que fluctúan rápidamente en la punta del sonotrodo provocan la formación y el posterior colapso rápido de burbujas dentro del líquido. Todo esto ocurre a una escala diminuta, pero genera fuerzas enormes en el líquido debido a las velocidades, temperaturas y presiones producidas por la cavitación. Estas fuerzas enormes pueden aprovecharse en la cocina para la extracción de sabores mediante la ruptura de células, emulsificación, o la fragmentación de partículas.

 

Vea cómo el sonicador UP200Ht de Hielscher transforma una emulsión de chocolate de origen vegetal en una mousse de chocolate vegana, sedosa y estable. La cavitación ultrasónica garantiza una dispersión fina, una mayor estabilidad de la emulsión y una textura óptima, preparando la base para un postre perfecto, rico en chocolate y sin lácteos. Al crear una emulsión estable de tamaño submicrométrico de las grasas del chocolate y el agua, la sonicación contribuye a una experiencia de sabor intenso y a una sensación en boca suave y cohesiva. Además, la sonicación descompone los aglomerados de almidones, proteínas y sólidos de cacao para lograr la máxima cremosidad e intensificar el sabor.

¡Descubra más sobre la emulsificación ultrasónica de una mousse de chocolate vegana!
 

Sin embargo, uno de los retos al utilizar este equipo es aprovechar y controlar esta potencia de forma que mejore los alimentos.
El homogeneizador ultrasónico modelo UP200Ht adquirido determina la potencia máxima disponible para el usuario, y el propio homogeneizador dispone de una serie de variables que permiten ajustar su funcionamiento a la aplicación. Para esta guía se utilizó el sonicador Hielscher de 200 vatios.

Tamaño del sonotrodo

El tamaño del sonotrodo instalado influye considerablemente en la forma en que el equipo transmite su potencia.
En términos muy sencillos, cuanto mayor sea la superficie del sonotrodo, más potencia se necesitará para hacerlo vibrar a una amplitud determinada. La viscosidad del fluido también influye mucho en la potencia necesaria para hacer vibrar el sonotrodo a una amplitud determinada.
Imagine el sonotrodo como un pistón o un émbolo. Si el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo muy rápidamente en una olla con un líquido poco viscoso, como el agua, resulta relativamente fácil hacerlo, incluso a velocidades considerables. Sin embargo, si llena la olla con una salsa espesa, ya no ocurrirá lo mismo: se necesitará mucha más potencia para mover el pistón rápidamente hacia arriba y hacia abajo en el líquido debido al aumento de la viscosidad. Si aumenta el tamaño del pistón o del émbolo, también se necesitará más esfuerzo para moverlo hacia arriba y hacia abajo en el líquido.
Lo mismo ocurre con el sonotrodo. Con un sonotrodo grande instalado, el equipo tendrá que trabajar mucho más para producir una amplitud de oscilación determinada si el líquido tiene una viscosidad alta que si se trata de un fluido de baja viscosidad.
 

 

Para cualquier ajuste de potencia, un sonotrodo más pequeño generará, debido a su superficie, mayores fluctuaciones de presión y una cavitación más intensa en la punta que un sonotrodo más grande (ya que la potencia se concentra en la menor superficie del sonotrodo pequeño).
Puede que no sea posible hacer vibrar un sonotrodo más grande a la misma amplitud, ya que se necesitará mucha más potencia, lo que podría provocar la desconexión del equipo por sobrecarga. En este caso, es necesario reducir el tamaño del sonotrodo o adquirir un equipo de mayor potencia.
La intensidad ultrasónica (para cualquier ajuste de potencia) disminuye al aumentar la superficie (sonotrodos más grandes), mientras que la intensidad de la potencia ultrasónica aumenta al disminuir la superficie. Dicho de otro modo, un sonotrodo más pequeño concentra mucha potencia ultrasónica en un área pequeña, mientras que uno más grande distribuye la potencia sobre un área mayor.

Cuando se utiliza el homogeneizador, el trabajo total realizado sobre la muestra depende de una combinación de la potencia de entrada del homogeneizador, el volumen de la muestra y el tiempo de exposición. Para obtener resultados reproducibles, debemos tener en cuenta los tres parámetros. ¡No espere introducir el equipo en una taza pequeña llena de líquido durante dos minutos y obtener después el mismo resultado en un litro de líquido durante el mismo tiempo! Recuerde también que, con muestras pequeñas y potencias de entrada elevadas, la temperatura de la muestra aumentará rápidamente. Para las muestras sensibles a la temperatura, es mejor utilizar ajustes de potencia más bajos durante períodos más largos, de modo que la energía aportada por el homogeneizador pueda disiparse en forma de calor.
El sobrecalentamiento de la muestra puede hacer que algunos de los aromas que se intentan captar escapen del sistema.
Las potencias de entrada elevadas también pueden provocar la degradación de la muestra, como se observa al utilizar determinados aceites. Al exponerse a los elevados aportes de energía en la punta del homogeneizador, los aceites pueden descomponerse y adquirir un sabor sumamente desagradable, que solo puede describirse como un sabor a quemado eléctrico.
En el caso de materiales sensibles a la temperatura, enfriar la muestra mejorará los resultados, por ejemplo, utilizando un baño de hielo o incorporando algo de hielo seco a la muestra. Utilizar potencias de entrada más bajas durante un período más largo ayuda a dispersar la energía liberada en el sistema, al igual que utilizar el equipo en modo pulsado, que permite cierto enfriamiento entre cada ráfaga de ultrasonidos.
La electrónica del homogeneizador permite al usuario elegir entre dos modos principales de control.

Control de amplitud

En este modo, el usuario selecciona el % de la amplitud máxima que necesita para el sonotrodo. La electrónica intentará entonces hacer vibrar el sonotrodo a esa amplitud y ajustará la potencia de entrada del equipo para mantener la amplitud requerida en el sonotrodo. Si la superficie del sonotrodo es demasiado grande para hacerlo vibrar a esa amplitud con la potencia disponible del equipo, la amplitud no alcanzará el valor establecido y el equipo podría desconectarse si se produce una sobrecarga.

¿Desea elaborar sus propios extractos de especias o salsas? Tanto en cocinas de restaurantes como para sous-chefs exigentes o fabricantes comerciales, los equipos ultrasónicos Hielscher permiten producir extractos y salsas de alta calidad en poco tiempo. ¡Elabore sus propios extractos ecológicos! ¡Elimine los conservantes! ¡Utilice únicamente los ingredientes que usted seleccione!

Control de la potencia de entrada

En este modo, el usuario establece la potencia de entrada requerida en vatios y la electrónica ajusta la amplitud de las oscilaciones para regular la potencia de entrada según el valor establecido por el usuario. Este modo permite regular la potencia transferida al líquido y, por tanto, limitar el calor generado en él, evitando daños en las muestras más sensibles.

Modo pulsado

Además de los dos modos de funcionamiento, existe un modo pulsado en el que la electrónica se activa y desactiva por ciclos. El usuario establece los tiempos, desde un funcionamiento activo durante el 10% del tiempo e inactivo durante el 90% hasta un funcionamiento activo durante el 90% del tiempo e inactivo durante el 10%. Esto produce un efecto pulsante y resulta útil tanto para limitar la potencia de entrada global a la muestra como para generar una buena agitación en ella, con un aporte inicial elevado mientras la electrónica se estabiliza durante cada ciclo de trabajo.

Consejos y trucos generales

Cuando se utiliza el homogeneizador para infusionar sabores, se obtienen mejores resultados si se ha reducido el tamaño de los sólidos antes de homogeneizarlos, ya que esto aumenta la superficie expuesta al sonotrodo. El mismo principio se aplica al utilizar el homogeneizador para la reducción del tamaño de partícula. ¡Considere el homogeneizador una herramienta de acabado fino, no un molino para trituración gruesa! En la reducción del tamaño de partícula, gran parte del trabajo se realiza mediante las colisiones a alta velocidad de las partículas aceleradas por las fuerzas generadas en el sonotrodo. Se obtendrán resultados mucho mejores si parte de la reducción del tamaño de partícula se realiza antes de la sonicación. Empezar con la reducción principal del tamaño de partícula ya realizada significa que se expone una mayor superficie a la sonicación y que las partículas más pequeñas se acelerarán más rápidamente en el líquido, lo que dará lugar a colisiones de mayor intensidad, con fuerza suficiente para seguir fragmentando las partículas. El homogeneizador también tendrá que realizar menos trabajo, lo que permitirá controlar mejor la temperatura.
Como el homogeneizador actúa de forma bastante localizada, al utilizarlo con muestras más grandes, de varios cientos de mililitros o más, resulta útil aportar agitación adicional para asegurar la renovación del volumen que rodea al sonotrodo y garantizar la sonicación completa de la muestra. Esto es especialmente importante en las muestras más viscosas. Un buen agitador magnético es una forma útil de conseguirlo. La agitación también ayuda a evitar el sobrecalentamiento del volumen de líquido que rodea al sonotrodo. Utilizar un baño de hielo o trozos de hielo seco en la muestra ayudará a eliminar la energía aportada por la sonicación. Como ya se ha mencionado, si el material es sensible a la temperatura, utilice ajustes de potencia más bajos durante un período más largo y/o el modo pulsado para limitar las temperaturas generadas en la muestra y permitir que esta se enfríe entre pulsos ultrasónicos.

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Bibliografía

• 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.

 

En este vídeo, Simon, de GuerillaChefs.de, demuestra el uso del sonicador de mano Hielscher UP200Ht para la aromatización rápida de agua con setas frescas – una técnica innovadora utilizada en la cocina y la gastronomía molecular. La sonicación mejora la extracción de sabores e incorpora compuestos aromáticos delicados a la fase acuosa en cuestión de segundos, lo que permite un procesamiento sin calor y de etiqueta limpia para elaborar caldos refinados, infusiones o bases de sabor. Ideal para chefs e innovadores del sector alimentario que buscan precisión e intensidad en el desarrollo de sabores naturales.