Molekulaarköök ja muud kulinaarsed rakendused

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) muudab seda, kuidas kokad ja toiduteadlased valmistavad toite ja jooke: ultrahelitõmmis, infusioon, emulgeerimine ja homogeniseerimine on sonikaatorite peamised rakendused kulinaarsetes loomingutes. Kiirest ekstraheerimisest siidisemate emulsioonideni ja intensiivistunud aroomideni – ultrahelilained kujundavad erakordseid maitseid ja tekstuure. Sellest artiklist saate teada, kuidas kokad ja toidutehnoloogid kasutavad ultraheli kavitatsiooni, et luua uuesti kõike alates kokteilidest kuni consommé’deni.

Lühike juhend põhimõtetest

Mark Gastoni külalisartikkel

• Suurem osa selle juhendi sisust on hõlpsasti kättesaadav teave, kuid see on mõnikord kirjutatud viisil, mida pole alati lihtne lugeda, kui te ei ole kasutatud terminitega kursis.
• Allpool selgitatakse ultraheli töötluse olulisi mõisteid, nagu sonotrood, amplituud jne, ning nende mõju kulinaarsetele rakendustele.
• Allolev juhend püüab selgitada ultraheli homogenisaatori kasutamist vähem teadusliku ja kulinaarsemale vaatenurgale lähema sõnastusega.

Ultrahelilained ja nende rakendamine toidule

Ultraheli homogenisaatori tehnikat on erinevates vormides kasutatud juba aastaid, kuid alles nüüd leiab see tee väiksemamahulistesse kulinaarsetesse rakendustesse. Homogenisaator sisaldab keerukat elektroonikat, mis suudab muuta ja juhtida elektrilist võimsust metallotsaku ehk sonotroodi kõrgsageduslikeks vibratsioonideks.
Sonotrood liigub peamiselt üles-alla üsna kõrgel, kuuldavast ulatusest kõrgemal sagedusel (nt 26 000 korda sekundis ehk 26Khz mudeliga sonikaator UP200Ht). Seda, kui palju sonotrood üles-alla liigub, nimetatakse amplituudiks ning tavaliselt saab seda reguleerida vahemikus 9 kuni 240 µm (võrdluseks: keskmine inimjuuksekarv on umbes 100 µm paks). Lihtsustatult käitub sonotrood nagu vedelikus üles-alla liikuv kolb.
Kui sonotrood liigub vedelikku sukeldatuna üles-alla, tekitab see sonotroodi ümber vedelikus kõrg- ja madalrõhualasid, mis omakorda tekitab nähtuse, mida nimetatakse kavitatsiooniks. Köögis näeme, et rõhu langetamine (näiteks vaakumpakendajas) paneb vedelikud keema madalamal temperatuuril ning rõhu tõstmine (näiteks kiirkeetjas) paneb vedelikud keema kõrgemal temperatuuril.
Sonotroodi otsas toimuvad kiiresti kõikuvad rõhupulsatsioonid põhjustavad vedelikus mullide teket ja seejärel nende kiiret kollapseerumist. Kõik see toimub minimaalses mõõtkavas, kuid kavitatsiooni tekitatud kiiruste, temperatuuride ja rõhkude tõttu tekivad vedelikus tohutud jõud. Just neid tohutuid jõude saab köögis enda kasuks pöörata, et teostada maitseainete ekstraheerimist nii rakkude purustamise kaudu, emulgeerimist või osakeste lagundamist.

 

Vaadake, kuidas Hielscher UP200Ht ultraheliseade muudab taimse šokolaadiemulsiooni siidiseks ja stabiilseks veganšokolaadivahuks. Ultrahelikavitatsioon tagab peendispergeerimise, emulsiooni parema stabiilsuse ja optimaalse tekstuuri – luues aluse täiuslikule šokolaadiküllasele piimavabale magustoidule. Moodustades šokolaadirasvadest ja veest stabiilse, alla mikromeetri suuruste tilkadega emulsiooni, aitab ultrahelitöötlus saavutada intensiivse maitseelamuse ning sujuva ja ühtlase suutunde. Lisaks lagundab ultrahelitöötlus tärkliste, valkude ja kakao tahkete osakeste aglomeraate, et saavutada ülim kreemisus ja tugevam maitse.

Lugege lähemalt vegan-šokolaadimousse’i ultraheliemulgeerimisest!

Üks selle seadme kasutamise väljakutseid on aga see võimsus nii kasutusele võtta ja kontrollida, et see toite parandaks.
Ostetud ultraheli homogenisaatori mudel UP200Ht määrab kasutajale kättesaadava maksimaalse võimsuse ning homogenisaatoril endal on mitmeid muutujaid, mille abil saab selle jõudlust rakendusele sobivaks kohandada. Selle juhendi puhul kasutati mudelit Hielscher 200 vatti sonikaator.

Sonotroodi suurus

Paigaldatud sonotroodi suurus mõjutab oluliselt seda, kuidas seade oma võimsust edasi annab.
Väga lihtsustatult: mida suurem on sonotroodi pindala, seda rohkem võimsust on vaja selle käitamiseks mis tahes antud amplituudil. Vedeliku viskoossus mõjutab samuti suuresti sonotroodi käitamiseks vajalikku võimsust antud amplituudil.
Kujutage sonotroodi ette kolvi või tõukurina: kui kolbi liigutada väga kiiresti üles-alla poti täies õhukeses vedelikus, näiteks vees, on see suhteliselt lihtne ka mõistliku kiiruse juures, kuid kui täita pott paksu kastmega, ei ole see enam nii – kolvi kiireks üles-alla liigutamiseks vedelikus kulub suurenenud viskoossuse tõttu palju rohkem võimsust. Kui kolvi või tõukuri suurust suurendada, nõuab selle liigutamine vedelikus üles-alla samuti rohkem pingutust.
Sama kehtib sonotroodi kohta. Suure sonotroodi paigaldamisel peab seade andma antud võnkeamplituudi saavutamiseks palju rohkem tööd, kui vedelik on suure viskoossusega, võrreldes väikese viskoossusega vedelikuga.

Mis tahes antud võimsusseadistusel tekitab väiksem sonotrood oma pindala tõttu tipus suuremaid rõhukõikumisi ja suuremat kavitatsiooni intensiivsust kui suurem sonotrood (kuna võimsus koondub väiksema sonotroodi pinnale).
Suuremat sonotroodi ei pruugi olla võimalik käitada sama amplituudiga, sest selleks on vaja palju rohkem võimsust, mis võib viia seadme väljalülitumiseni ülekoormuse tõttu. Sellisel juhul tuleb sonotroodi suurust vähendada või hankida suurema võimsusega seade.
Ultraheli intensiivsus (mis tahes antud võimsusseadistusel) väheneb pindala kasvades (suuremad sonotroodid), samas kui ultraheli võimsustihedus suureneb pindala vähenedes ehk teisisõnu: väiksem sonotrood suunab palju ultraheli võimsust väikesele alale, samas kui suurem sonotrood jaotab võimsuse suuremale alale.

Homogenisaatori kasutamisel on prooviga tehtud kogutöö kombinatsioon homogenisaatori sisendvõimsusest, proovi mahust ja proovi ultraheliga töötlemise ajast. Reprodutseeritavate tulemuste saamiseks peame arvestama kõiki kolme parameetrit. Ärge oodake, et seadme kahe minuti jooksul väikeses vedelikuga täidetud tassis kasutamine annaks sama tulemuse liitris vedelikus sama aja jooksul! Samuti pidage meeles, et väikeste proovikoguste ja suure sisendvõimsuse korral tõuseb proovi temperatuur kiiresti. Temperatuuritundlike proovide puhul on parem kasutada madalamaid võimsusseadistusi pikema aja jooksul, et homogenisaatori poolt soojusena sisestatud energia saaks hajuda.
Proovi ülekuumenemine võib hästi põhjustada selle, et osa just neist aroomidest, mida soovite kinni püüda, väljub süsteemist.
Suur sisendvõimsus võib samuti põhjustada proovi lagunemist, nagu on näha teatud õlide kasutamisel. Homogenisaatori tipus valitsevale suurele energiasisendile avatud õlid võivad laguneda, mille tulemuseks on äärmiselt ebameeldiv maitse, mida saab kirjeldada vaid kui elektri läbipõlemise maitset!
Temperatuuritundlike materjalide puhul parandab proovi jahutamine tulemusi, näiteks jäävanni kasutamisega või kuivjää lisamisega proovi. Madalama sisendvõimsuse kasutamine pikema aja jooksul aitab süsteemi vabanenud energiat hajutada, nagu aitab ka seadme kasutamine impulssrežiimis, mis võimaldab ultraheli iga impulsi vahel veidi jahtuda.
Homogenisaatori elektroonikas saab kasutaja valida seadme kasutamiseks kahe peamise juhtimisrežiimi vahel.

Amplituudi juhtimine

Selles režiimis valib kasutaja sonotroodi jaoks vajaliku maksimaalse amplituudi % . Elektroonika püüab seejärel sonotroodi selle amplituudiga ajada ning kohandab seadme sisendvõimsust, et sonotroodil nõutavat amplituudi säilitada. Kui sonotroodi pindala on liiga suur, et seda seadme käsutuses oleva võimsusega selle amplituudiga ajada, ei saavuta amplituud seatud väärtust ja seade võib ülekoormuse korral välja lülituda.

Kas soovite valmistada oma maitseaineekstrakte või kastmeid? Hielscher ultraheliseadmetega saab kiiresti valmistada kvaliteetseid ekstrakte ja kastmeid nii restoraniköögis, ambitsioonika sous-chef'i käe all kui ka tööstuslikus tootmises. Valmistage ise maheekstrakte! Loobuge säilitusainetest! Kasutage ainult enda valitud koostisosi!

Sisendvõimsuse juhtimine

Selles režiimis määrab kasutaja vajaliku sisendvõimsuse vattides ning elektroonika kohandab võnkumiste amplituudi, et reguleerida sisendvõimsus kasutaja seatud väärtusele. See režiim võimaldab vedelikku kanduvat võimsust reguleerida ja seega vedelikus tekkivat soojust piirata, vältides tundlikumate proovide kahjustamist.

Impulssrežiim

Lisaks kahele töörežiimile on olemas impulssrežiim, mille puhul elektroonika lülitub tsüklitena sisse ja välja ning selle ajastuse määrab kasutaja alates 10% sisselülitatud ja 90% väljalülitatud ajast kuni 90% sisselülitatud ja 10% väljalülitatud ajani. See annab pulseeriva efekti ning on kasulik nii proovi kogusisendvõimsuse piiramiseks kui ka proovis hea segunemise tekitamiseks, kuna algne sisend on suur, kui elektroonika igas töötsüklis stabiliseerub.

Üldised näpunäited ja nipid

Kui kasutate homogenisaatorit maitsete infusiooniks, saavutatakse paremaid tulemusi, kui tahked osad on enne homogeniseerimist peenestatud; see suurendab sonotroodiga kokkupuutes olevat pindala. Sama põhimõte kehtib, kui kasutate homogenisaatorit osakeste suuruse vähendamiseks. Mõelge homogenisaatorist kui peenviimistluse tööriistast, mitte jämeveskist! Osakeste suuruse vähendamisel teeb suure osa tööst ära osakeste suurel kiirusel toimuv kokkupõrge, kus osakesi kiirendavad sonotroodil tekkivad jõud. Palju paremaid tulemusi saavutatakse, kui osa osakeste vähendamisest tehakse enne ultraheli töötlust. Kui osakeste suuruse esmane vähendamine on juba tehtud, on ultraheli töötlusele avatud suurem pindala ning väiksemad osakesed kiirenevad vedelikus kiiremini, mille tulemusena põrkuvad need tugevamalt ja osakesed lagunevad edasi. Samuti peab homogenisaator tegema vähem tööd, mis võimaldab temperatuuri paremini kontrollida.
Kuna homogenisaator töötab üsna lokaalselt, on suuremate, näiteks mitusada milliliitrit või rohkemat mahtu hõlmavate proovide puhul kasulik tagada lisasegamine, et sonotroodi ümbritsev maht uueneks ja proov saaks täielikult ultraheli töödeldud. See kehtib eriti viskoossemate proovide kohta. Hea magnetsegisti on selleks sobiv vahend. Segamine aitab ka tagada, et sonotroodi ümbritsev vedelikumaht ei kuumeneks üle. Jäävanni või proovi lisatud kuivjää tükkide kasutamine aitab eemaldada ultraheli töötlusega antud energiat. Nagu juba arutatud, kasutage temperatuuritundliku materjali puhul madalamaid võimsusseadeid pikema aja jooksul ja/või kasutage impulssrežiimi, et piirata proovis tekkivaid temperatuure, võimaldades proovil ultraheliimpulsside 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 näitab Simon veebilehelt GuerillaChefs.de, kuidas kasutada Hielscher käeshoitavat ultraheliseadet UP200Ht vee kiireks aromatiseerimiseks värskete seentega – see on uuenduslik tehnika kokakunstis ja molekulaargastronoomias. Ultrahelitöötlus tõhustab maitseainete ekstraheerimist ja viib õrnad aroomiühendid vesifaasi mõne sekundiga, võimaldades valmistada peeneid puljongeid, tõmmiseid või maitsebaase ilma kuumutamise ja lisaaineteta. Sobib ideaalselt kokkadele ja toiduvaldkonna uuendajatele, kes soovivad looduslike maitsete kujundamisel täpsust ja intensiivsust.