Molekulaarne köök ja muud kulinaarsed rakendused

Lühike juhend põhimõtete kohta

kõrval Mark Gaston

• Suurem osa selle juhendi sisust on teave, mis on kergesti kättesaadav, kuid mõnikord on see kirjutatud viisil, mis ei ole alati lihtne lugeda, välja arvatud juhul, kui olete kasutatud terminitega tuttav.
• Allpool selgitatakse olulisi ultrahelitöötluse tingimusi, nagu sonotrode, amplituud jne, ja nende mõju kulinaarsetele rakendustele.
• Alltoodud juhend püüab selgitada ultraheli homogenisaatori kasutamist vähem teaduslikul ja kulinaarsemal viisil.

Ultraheli lained ja nende rakendamine toidule

Ultraheli homogenisaator kui tehnika on olnud juba aastaid erinevates vormides, kuid on alles leidmas teed väiksemamahulistesse kulinaarsetesse rakendustesse. Homogenisaator sisaldab mõnda keerukat elektroonikat, mis suudab elektrienergiat muundada ja juhtida metallotsa või sonotrode kõrgsageduslikeks vibratsioonideks.
Sonotrode liigub peamiselt üles ja alla üsna kõrgel sagedusel üle heliulatuse (nt 26000 korda sekundis või 26Khz koos UP200Ht). Kogust, mida sonotrode liigub üles ja alla, nimetatakse amplituudiks ja seda saab tavaliselt reguleerida vahemikus 9 kuni 240 μm (keskmine inimese juuksed on võrdluseks umbes 100 μm paksused). Lihtsamalt öeldes käitub sonotrode nagu kolb, mis liigub vedelikus üles ja alla.
Kuna sonotrode liigub vedelikku kastes üles ja alla, tekitab see sonotrode ümbritsevas vedelikus kõrge ja madala rõhuga alasid, mis omakorda tekitab nähtuse, mida nimetatakse kavitatsiooniks. Köögis näeme, et rõhu alandamine (näiteks kambri tihendis) põhjustab vedelike keemist madalamatel temperatuuridel ja rõhu tõstmine (näiteks kiirkeedupott) põhjustab vedelike keemist kõrgemal temperatuuril.
Sonotrode otsas olevad kiiresti kõikuvad rõhu pulsatsioonid põhjustavad vedelikus mullide moodustumist ja seejärel kiiret kokkuvarisemist. See kõik juhtub minutiskaalal, kuid tekitab vedelikus tohutuid jõude, mis tulenevad kiirusest, temperatuurist ja rõhust, mille on tekitanud Kavitatsioon. Just neid tohutuid jõude saab köögis meie kasuks pöörata lõhna- ja maitseainete ekstraheerimine poolt rakkude purunemine või tahkete osakeste lagunemine.

Üks väljakutseid nende seadmete kasutamisel on aga selle jõu rakendamine ja juhtimine viisil, mis parandab toitu.
Ostetud ultraheli homogenisaatori mudel UP200Ht dikteerib kasutajale saadaoleva maksimaalse võimsuse ja homogenisaatoril endal on mitmeid muutujaid, mida saab kasutada selle jõudluse kohandamiseks vastavalt rakendusele. Käesolevas juhendis kasutati mudelit 200 vatti ühik.

Sonotrode suurus

Suurus Sonotrode paigaldatud mõjutab oluliselt seda, kuidas seade oma võimsust annab.
Väga lihtsamalt öeldes, mida suurem on sonotrode pindala, seda rohkem energiat vajab see mis tahes amplituudiga juhtimiseks. Vedeliku viskoossusel on samuti suur mõju võimsusele, mis on vajalik sonotrode juhtimiseks antud amplituudil.
Kujutage ette sonotrode kolvi või kolvina, kui kolvi liigutatakse õhukese vedeliku, näiteks vee potis väga kiiresti üles ja alla, on seda suhteliselt lihtne teha isegi mõistlikel kiirustel, kuid täitke pott kastmega ja sama ei ole tõsi, see nõuab palju rohkem jõudu, et kolvi vedelikus kiiresti üles ja alla liigutada suurenenud viskoossuse tõttu. Suurendage kolvi või kolvi suurust ja see nõuab ka rohkem pingutusi, et seda vedelikus üles ja alla liigutada.
Sama kehtib ka sonotrode kohta. Kui paigaldatud on suur sonotrode, peab seade töötama palju raskemini, et tekitada antud võnkumise amplituud, kui vedelikul on kõrge viskoossus kui madala viskoossusega vedeliku korral.

Mis tahes võimsuse seadmisel a väiksem sonotrode oma pindala tõttu tekitab suuremaid rõhukõikumisi ja Kõrgem Kavitatsioon intensiivsused tipus kui suurem sonotrode (kuna võimsus on suunatud väiksemale sonotrode pindalale).
Suurema sonotrode juhtimine sama amplituudiga ei pruugi olla võimalik, kuna selleks on vaja palju rohkem energiat, mis võib põhjustada seadme seiskumise ülekoormuse tõttu. Sel juhul tuleb sonotrode suurust vähendada või saada suurem jõuallikas.
Sisend ultraheli intensiivsus (igal antud võimsuse seadistusel) väheneb pindala suurenemisega (suuremad sonotroodid), kus ultraheli võimsuse intensiivsus suureneb pindala vähenemisega või teisiti öeldes, väiksem sonotrode paneb palju ultraheli võimsust väikesele alale, kus suurema sonotrode jaotab võimsuse suuremale alale.

Homogenisaatori kasutamisel koosneb prooviga tehtav kogutöö toitesisend homogenisaatori puhul, ruumala ja Aeg see on avatud. Reprodutseeritavate tulemuste saamiseks peame arvestama kõigi kolme parameetriga. Ärge oodake, et panete seadme kaheks minutiks väikesesse vedelikku täis tassi ja saate sama tulemuse sama aja jooksul liitris vedelikus! Samuti pidage meeles, et väikeste valimite ja suure võimsusega sisendite korral on temperatuur proovist tõuseb kiiresti. Temperatuuritundlike proovide puhul on parem kasutada pikema aja jooksul väiksema võimsusega seadeid, mis võimaldavad homogenisaatori poolt soojusena sisestatud energiat hajutada.
Proovi ülekuumenemine võib põhjustada mõningaid väga aroome, mida proovite süsteemist välja pääseda.
Suure võimsusega sisendid võivad samuti põhjustada proovi lagunemist, nagu võib näha teatud õlide kasutamisel. Õlid, mis puutuvad kokku homogenisaatori otsas olevate suurte energiasisenditega, võivad laguneda, mille tulemuseks on väga ebameeldiv maitse, mida saab kirjeldada ainult kui elektripõletamise maitset!
Temperatuuritundlike materjalide puhul parandab tulemusi proovi jahutamine, näiteks jäävanni kasutamine või kuiva jää lisamine proovi. Väiksema võimsusega sisendite kasutamine pikema aja jooksul aitab süsteemi vabanenud energiat hajutada, nagu ka seadme kasutamine impulsirežiimis, mis võimaldab iga ultraheli purunemise vahel mõningast jahutamist.
Homogenisaatori elektroonikas saab kasutaja valida, kas kasutada seadet kahes peamises juhtimisrežiimis.

Amplituudi juhtimine

Selles režiimis valib kasutaja sonotrode jaoks vajaliku maksimaalse amplituudi protsendi. Seejärel üritab elektroonika juhtida sonotrode'i sellel amplituudil ja reguleerib seadme sisendvõimsust, et säilitada vajalik amplituud sonotrode juures. Kui sonotrode pindala on liiga suur, et seda selle amplituudiga seadme olemasoleva võimsusega juhtida, ei jõua amplituud seatud väärtuseni ja võib ülekoormustingimuse saavutamisel välja lülituda.

Sisendvõimsuse juhtimine

Selles režiimis määrab kasutaja vajaliku sisendvõimsuse vattides ja elektroonika reguleerib võnkumiste amplituudi, et reguleerida sisendvõimsust kasutaja seadistusele. See režiim võimaldab reguleerida vedelikule ülekantavat võimsust ja seetõttu piiratakse vedelikus tekkivat soojust, vältides tundlikumate proovide kahjustamist.

impulsi režiim

Lisaks kahele töörežiimile on olemas impulsirežiim, mille abil elektroonika lülitub sisse ja välja Tsüklit, mille ajastuse määrab kasutaja 10% ajast ja välja lülitatud 90% ajast kuni 90% ajast ja välja lülitatud 10%. See annab pulseeriva efekti ja on kasulik nii proovi üldise sisendvõimsuse piiramiseks kui ka proovis hea agitatsiooni tekitamiseks, kuna esialgne sisend on kõrge, kuna elektroonika stabiliseerub iga töötsükli jooksul.

Üldised näpunäited ja nipid

Kui homogenisaatorit kasutatakse lõhna- ja maitseainete infusiooniks, saadakse paremaid tulemusi, kui tahkete ainete suurust on enne homogeenimist vähendatud, mis suurendab Sonotrode. Sama põhimõte kehtib homogenisaatori kasutamisel osakeste suuruse vähendamine. Mõelge homogenisaatorist kui peenest viimistlusvahendist, mitte kursuse veskist! Osakeste suuruse vähendamisel teeb suure osa tööst osakeste kiire kokkupõrge, mis kiirendab sonotrode tekitatud jõude. Palju paremaid tulemusi saadakse, kui osa osakeste vähendamisest toimub enne ultrahelitöötlust. Alustades juba tehtud osakeste suuruse vähendamisest, tähendab see, et suurem pindala puutub kokku ultrahelitöötlusega ja et väiksemad osakesed kiirenevad vedelikus kiiremini, mille tulemuseks on suuremad kokkupõrked jõuga, mis lagundab osakesi veelgi. Samuti peab homogenisaator tegema vähem tööd, võimaldades temperatuuri paremini reguleerida.
Kuna homogenisaator töötab üsna lokaliseeritud tasemel, on see kasulik, kui seda kasutatakse suuremate, näiteks mitmesaja milliliitri või suuremate proovidega, et pakkuda täiendavat segamist, et tagada sonotrode ümbritseva mahu värskendamine, tagades proovi täieliku ultrahelitöötluse. See kehtib eriti rohkemate kohta Viskoosne Proovid. Hea magnetsegisti on kasulik viis selle saavutamiseks. Segamine aitab ka tagada, et sonotrode ümbritseva vedeliku maht ei kuumeneks üle. Jäävanni või kuivade jäätükkide kasutamine proovis aitab eemaldada sonifikatsioonist saadavat energiat. Nagu juba arutatud, kui materjal on temperatuuritundlik, kasutage pikema aja jooksul madalama võimsuse seadeid ja või kasutage impulsi režiimi, et piirata proovis tekkivaid temperatuure, mis võimaldavad proovil heliimpulsside vahel jahtuda.

---

---

Kirjandus

• 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.

Faktid, mida tasub teada

Ultraheli koe homogenisaatoreid nimetatakse sageli sondi sonikaatoriks / sonificatoriks, sonic lyseriks, ultraheli katkestajaks, ultraheli veskiks, sono-ruptoriks, sonifieriks, sonic dismembratoriks, raku katkestajaks, ultraheli dispergeerijaks, emulgaatoriks või lahustajaks. Erinevad terminid tulenevad erinevatest rakendustest, mida saab ultrahelitöötlusega täita.