Molekulaarne köök ja muud kulinaarsed rakendused

Sonikatsioon on muutmas seda, kuidas kokad ja toiduteadlased toiduaineid ja jooke valmistavad: ultraheli ekstraheerimine, infusioon, emulgeerimine ja homogeniseerimine on sonikaatorite peamised rakendused kulinaarsetes loomingutes. Alates kiirest ekstraheerimisest kuni siidisemate emulsioonide ja intensiivsemate aroomideni arendavad ultrahelilained silmapaistvaid maitseid ja tekstuure. Selles artiklis saate teada, kuidas kokad ja toidutehnoloogid kasutavad ultraheli-kavitatsiooni, et taasluua kõike alates kokteilidest kuni consommé'deni.

Lühike juhend põhimõtete kohta

Mark Gastoni külalisartikkel

• 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.
• See juhend püüab selgitada ultraheli homogenisaatori kasutamist vähem teaduslikul ja kulinaarsemal viisil.

Ultraheli lained ja nende rakendamine toidule

Ultraheli homogenisaator kui tehnika on erinevates vormides olnud juba aastaid, kuid alles leiab tee väiksemamahulistesse kulinaarsetesse rakendustesse. Homogenisaator sisaldab keerukat elektroonikat, mis suudab muuta ja juhtida elektrienergiat metallotsa või sonotrodi kõrgsageduslikeks vibratsioonideks.
Sonotrode liigub peamiselt üles ja alla üsna kõrgel sagedusel üle heliulatuse (nt 26000 korda sekundis või 26Khz koos Sonikaator 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.
Kiiresti kõikuvad rõhuimpulsatsioonid sonotroodi otsas põhjustavad vedelikus mullide tekkimise ja seejärel kiire kokkuvarisemise. See kõik toimub väga väikesel skaalal, kuid tekitab vedelikuga seotud kiiruste, temperatuuride ja rõhkude tõttu, mis tekivad kavitatsiooni tagajärjel, tohutuid jõude. Just need tohutud jõud on need, mida saab köögis meie kasuks pöörata, et teha lõhna- ja maitseainete ekstraheerimine poolt rakkude purunemine, emulgeeriminevõi tahkete osakeste lagunemine.

 

Lisateave vegan mousse au chocolat'i ultraheli emulgeerimise kohta!
 

Üks väljakutseid nende seadmete kasutamisel on aga selle jõu rakendamine ja juhtimine viisil, mis parandab toitu.
Ostetud ultraheli homogeniseerija mudel UP200Ht dikteerib kasutajale kättesaadava maksimaalse võimsuse ja homogenisaatoril endal on mitmeid muutujaid, mida saab kasutada selle jõudluse kohandamiseks vastavalt rakendusele. Käesolevas juhendis kasutati Hielscheri 200-vattist sonikaatorit.

Sonotrode suurus

Paigaldatud sonotroodi suurus mõjutab oluliselt seda, kuidas seade oma võimsust edastab.
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 antud võimsuse juures tekitab väiksem sonotrood oma pindala tõttu suuremaid rõhu kõikumisi ja suuremat kavitatsiooni intensiivsust tipus kui suurem sonotrood (kuna võimsus on suunatud väiksema sonotroodi 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.
Ultraheli intensiivsus (mis tahes võimsuse seadistusel) väheneb pindala suurenemisega (suuremad sonotoodid), kus ultraheli võimsuse intensiivsuse suurenedes pindala vähenedes või teisiti öeldes paneb väiksem sonotrood väikesele alale palju ultraheli võimsust, kus suurema sonotrodina jaotab võimsus suuremale alale.

Homogenisaatori kasutamisel on prooviga tehtud kogutöö kombinatsioon toitesisend homogenisaatori, proovi maht ja kokkupuuteaeg. Reprodutseeritavate tulemuste saamiseks peame arvestama kõigi kolme parameetriga. Ärge oodake, et panete seadme kaheks minutiks väikesesse vedelikku täis tassi ja saate seejärel sama aja jooksul sama tulemuse liitris vedelikus! Samuti pidage meeles, et väikese proovi suuruse ja suure võimsuse sisendite korral tõuseb proovi temperatuur kiiresti. Temperatuuritundlike proovide puhul on parem kasutada pikema aja jooksul madalamaid võimsusseadeid, 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 võivad homogenisaatori otsas oleva suure energiasisendiga kokku puutudes laguneda, mille tulemuseks on väga ebameeldiv maitse, mida saab kirjeldada ainult kui elektrilise põlemise 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 seadme kasutamise 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 impulssrežiim, mille puhul elektroonika lülitub sisse ja välja tsüklitena, mille ajastuse määrab kasutaja 10% ajast sisse lülitatud ja 90% väljalülitatud 90% ajast kuni 90% ajast ja 10% välja. See annab pulseeriva efekti ja on kasulik nii proovi üldise sisendvõimsuse piiramiseks kui ka proovis hea segamise tekitamiseks, kuni algsisend on kõrge, kuna elektroonika stabiliseerub iga töötsükli ajal.

Üldised näpunäited ja nipid

Homogenisaatori kasutamisel maitse- ja maitseainete infusiooniks saadakse paremad tulemused, kui tahkete ainete suurust on enne homogeniseerimist vähendatud, see suurendab Sonotrode. Sama põhimõte kehtib ka homogenisaatori kasutamisel osakeste suuruse vähendamine. Mõelge homogenisaatorile kui peenele viimistlustööriistale, mitte kursusveskile! Osakeste suuruse vähendamisel teeb suure osa tööst osakeste kiired kokkupõrked, kiirendades sonotrodis tekkivaid jõude. Palju paremaid tulemusi saadakse, kui osa osakeste redutseerimisest tehakse 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. Vähem tööd peab tegema ka homogenisaator, mis võimaldab temperatuuri paremini reguleerida.
Kuna homogenisaator töötab üsna lokaliseeritud tasemel, on see kasulik suuremate, näiteks mitmesaja milliliitrise või suurema prooviga kasutamisel, et tagada sonotrodi ümbritseva mahu värskendamine, tagades proovi täieliku ultrahelitöötluse. See kehtib eriti viskoossemate proovide kohta. Hea magnetsegaja on kasulik viis selle saavutamiseks. Segamine aitab ka tagada, et sonotrode ümber olev vedeliku maht ei kuumeneks üle. Jäävanni või kuiva jää tükkide kasutamine proovis aitab eemaldada sonifikatsioonist tulenevat energiat. Nagu juba mainitud, kui materjal on temperatuuritundlik, kasutage pikema aja jooksul väiksemaid võimsusseadeid ja/või kasutage impulssrežiimi, et piirata proovis tekkivaid temperatuure, võimaldades 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.
• 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.

 

Selles videos demonstreerib Simon GuerillaChefs.de'st Hielscher UP200Ht pihuarvuti kasutamist vee kiireks aromatiseerimiseks värskete seentega - uuenduslikku tehnikat, mida kasutatakse kulinaarias ja molekulaargastronoomias. Ultraheli suurendab maitse ekstraheerimist ja infundeerib sekundite jooksul vesifaasi õrnad aromaatsed ühendid, mis võimaldab puhast ja kuumavaba töötlemist rafineeritud puljongide, infusioonide või maitsepõhimõtete jaoks. Sobib ideaalselt kokkadele ja toidu uuendajatele, kes otsivad täpsust ja intensiivsust loodusliku maitse arendamisel.

Ultraheli aromatiseerimine: looge Hielscher UP200Ht abil maitseintensiivne seenepuljong

 

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.