آشپزی مولکولی و سایر کاربردهای آشپزی

راهنمای مختصری از اصول

توسط مارک گاستون

• بیشتر محتوای این راهنما اطلاعاتی است که به راحتی در دسترس است، با این حال گاهی اوقات به گونه ای نوشته می شود که همیشه خواندن آن را آسان نمی کند، مگر اینکه با اصطلاحات مورد استفاده آشنا باشید.
• در زیر، اصطلاحات مهم فراصوت مانند sonotrode، دامنه و غیره و اثرات آنها بر کاربردهای آشپزی توضیح داده شده است.
• این راهنمای زیر تلاش برای توضیح استفاده از همگن مافوق صوت در یک راه کمتر علمی و بیشتر آشپزی مرتبط.

امواج اولتراسوند و کاربرد آنها در غذا

هموژنزر مافوق صوت به عنوان یک تکنیک شده است در اطراف برای سال های بسیاری در اشکال مختلف, اما تنها پیدا کردن راه خود را به برنامه های آشپزی در مقیاس کوچکتر. هموژنایزر شامل برخی از الکترونیک پیچیده است که می تواند تبدیل و کنترل قدرت الکتریکی به ارتعاشات فرکانس بالا از نوک فلز و یا سونوترود.
سونوترود در درجه اول بالا و پایین در فرکانس بسیار بالا بالاتر از محدوده قابل شنیدن حرکت می کند (به عنوان مثال 26000 بار در ثانیه یا 26 کیلوهرتز با تا 200 هرتز). مقداری که سونوترود بالا و پایین حرکت می کند دامنه نامیده می شود و به طور معمول می تواند بین 9 تا 240 میکرومتر تنظیم شود (موی متوسط انسان حدود 100 میکرومتر ضخامت برای مرجع است). به عبارت ساده، سونوترود مانند یک پیستون که در مایع بالا و پایین حرکت می کند، رفتار می کند.
به عنوان sonotrode حرکت می کند بالا و پایین در حالی که در یک مایع غوطه ور, آن را ایجاد مناطق فشار بالا و پایین در مایع در اطراف sonotrode این به نوبه خود ایجاد یک پدیده شناخته شده به عنوان حفره ای. در آشپزخانه می بینیم که کاهش فشار (مانند سیلر محفظه) باعث جوشیدن مایعات در دماهای پایین تر می شود و افزایش فشار (مانند زودپز) باعث جوشیدن مایعات در دمای بالاتر می شود.
ضربان فشار به سرعت در نوسان در نوک sonotrode باعث تشکیل و پس از آن فروپاشی سریع حباب در مایع. همه اینها در مقیاس دقیقه ای اتفاق می افتد اما به دلیل سرعت، دما و فشار تولید شده توسط کاویتاسیون. این نیروهای عظیمی هستند که می توانند به نفع ما در آشپزخانه برای استخراج طعم دهنده ها توسط پارگی سلول ها یا تجزیه ذرات.

با این حال، یکی از چالش های استفاده از این تجهیزات، مهار و کنترل این قدرت به گونه ای است که غذاها را تقویت کند.
مدل هموژنایزر اولتراسونیک خریداری شده تا 200 هرتز حداکثر توان موجود در اختیار کاربر را دیکته می کند و خود هموژنایزر دارای تعدادی متغیر است که می توان از آنها برای تنظیم عملکرد آن متناسب با برنامه استفاده کرد. به منظور این راهنما، مدل مورد استفاده یک 200 وات واحد.

اندازه Sonotrode

اندازه سونوترود نصب شده تأثیر عمده ای بر نحوه تحویل قدرت واحد دارد.
به عبارت بسیار ساده, بزرگتر از سطح sonotrode قدرت بیشتری آن را نیاز به آن را در هر دامنه داده شده. ویسکوزیته سیال نیز تاثیر زیادی بر قدرت مورد نیاز برای درایو سونوترود در دامنه داده شده دارند.
تصور کنید sonotrode به عنوان یک پیستون یا پیستون, اگر پیستون به بالا و پایین خیلی سریع در یک گلدان از مایع نازک مانند آب آن را نسبتا آسان است برای انجام این کار حتی در سرعت معقول, با این حال پر کردن قابلمه با سس غلیظ و همان درست نخواهد بود, آن را به قدرت بسیار بیشتری نیاز به حرکت پیستون به سرعت بالا و پایین در مایع به دلیل افزایش ویسکوزیته. اندازه پیستون یا پیستون را افزایش دهید و همچنین برای بالا و پایین کردن آن در مایع به تلاش بیشتری نیاز دارد.
همین امر در مورد سونوترود نیز صادق است. با نصب یک سونوترود بزرگ ، اگر مایع ویسکوزیته بالایی نسبت به سیال ویسکوزیته کم داشته باشد ، واحد باید برای تولید دامنه معین نوسان بسیار سخت تر کار کند.

در هر تنظیم توان معین سونوترود کوچکتر با توجه به مساحت سطح آن نوسانات فشار بیشتری ایجاد می کند و بالاتر کاویتاسیون شدت در نوک از sonotrode بزرگتر (به عنوان قدرت در سطح sonotrode کوچکتر متمرکز).
ممکن است رانندگی یک سونوترود بزرگتر در همان دامنه امکان پذیر نباشد، زیرا برای انجام این کار به قدرت بسیار بیشتری نیاز است، که احتمالا منجر به خاموش شدن واحد به دلیل اضافه بار می شود. در این مورد اندازه sonotrode باید کاهش یابد و یا یک واحد قدرت بالاتر به دست آید.
ورودی شدت سونوگرافی (در هر تنظیم قدرت داده شده) کاهش می یابد با افزایش سطح (sonotrodes بزرگتر), که در آن به عنوان شدت قدرت مافوق صوت با کاهش سطح را افزایش می دهد, و یا به عبارت دیگر آن را به راه دیگر, sonotrode کوچکتر قرار می دهد مقدار زیادی از قدرت مافوق صوت را به یک منطقه کوچک, که در آن به عنوان یک sonotrode بزرگتر گسترش قدرت بیش از یک منطقه بزرگتر.

هنگامی که از هموژنایزر استفاده می شود، کل کار انجام شده بر روی نمونه ترکیبی از ورودی برق از همگن کننده، دوره از نمونه و زمان در معرض دید قرار می گیرد. برای به دست آوردن نتایج قابل تکرار، باید هر سه پارامتر را در نظر بگیریم. انتظار نداشته باشید که دستگاه را به مدت دو دقیقه در یک فنجان کوچک پر از مایع قرار دهید و سپس در همان بازه زمانی به همان نتیجه در یک لیتر مایع برسید! به همان اندازه به یاد داشته باشید که با اندازه نمونه های کوچک و ورودی های قدرت بالا، دما از نمونه به سرعت افزایش می یابد. برای نمونه های حساس به دما بهتر است از تنظیمات توان کمتر در دوره های طولانی تر استفاده شود و اجازه دهد انرژی ورودی توسط هموژنزر به عنوان گرما از بین برود.
گرم شدن بیش از حد نمونه ممکن است باعث شود برخی از رایحه هایی که می خواهید از سیستم فرار کنید.
ورودی های توان بالا نیز ممکن است باعث تخریب نمونه شوند، همانطور که در هنگام استفاده از روغن های خاص مشاهده می شود. روغن ها هنگامی که در معرض ورودی های انرژی بالا در نوک هموژنزر قرار می گیرند می توانند تجزیه شوند و در نتیجه طعم بسیار ناخوشایندی ایجاد کنند که فقط می توان آن را طعم سوختن الکتریکی توصیف کرد!
برای مواد حساس به دما، خنک کردن نمونه نتایجی را بهبود می بخشد، مانند استفاده از حمام یخ یا گنجاندن مقداری یخ خشک در نمونه. استفاده از ورودی های توان کمتر در مدت زمان طولانی تر به پراکندگی انرژی آزاد شده در سیستم کمک می کند، همانطور که استفاده از دستگاه در حالت پالس انجام می شود که اجازه می دهد تا بین هر انفجار سونوگرافی مقداری خنک کننده باشد.
در الکترونیک همگن ساز ، کاربر می تواند واحد را در دو حالت اصلی کنترل کار کند.

کنترل دامنه

در این حالت کاربر را انتخاب می کند ٪ از حداکثر دامنه مورد نیاز برای sonotrode. الکترونیک پس از آن تلاش خواهد کرد برای درایو sonotrode در آن دامنه و قدرت ورودی دستگاه را برای حفظ دامنه مورد نیاز در sonotrode تنظیم. اگر سطح sonotrode بیش از حد بزرگ است که در این دامنه با قدرت موجود واحد رانده می شود، دامنه مقدار تعیین شده را نمی رسد و ممکن است در صورت رسیدن به شرایط اضافه بار خاموش شود.

کنترل توان ورودی

در این حالت کاربر توان ورودی مورد نیاز را بر حسب وات تنظیم می کند و الکترونیک دامنه نوسانات را به منظور تنظیم توان ورودی به تنظیمات کاربر تنظیم می کند. این حالت اجازه می دهد تا توان منتقل شده به مایع تنظیم شود و بنابراین گرمای تولید شده در مایع محدود می شود و از آسیب به نمونه های حساس تر جلوگیری می کند.

حالت پالس

علاوه بر دو حالت عملکرد، یک حالت پالس نیز وجود دارد که به موجب آن الکترونیک روشن و خاموش می شود چرخه، زمان بندی آن توسط کاربر از 10 درصد زمان و 90 درصد خاموش به 90 درصد مواقع و خاموش 10 درصد تنظیم می شود. این یک اثر ضربان دار می دهد و هم برای محدود کردن ورودی برق کلی به نمونه و هم برای ایجاد همزن خوب در نمونه تا ورودی اولیه زیاد بودن ورودی با تثبیت الکترونیک در طول هر چرخه کار مفید است.

نکات و ترفندها عمومی

هنگام استفاده از هموژنزر برای تزریق طعم دهنده ها، نتایج بهتری زمانی به دست می آید که اندازه مواد جامد قبل از همگن شدن کاهش یافته باشد، این باعث افزایش سطح در معرض سونوترود. همین اصل هنگام استفاده از هموژنزر برای کاهش اندازه ذرات. همگن ساز را به عنوان یک ابزار تکمیل خوب در نظر بگیرید نه یک آسیاب دوره! در کاهش اندازه ذرات بسیاری از کار توسط برخورد با سرعت بالا از ذرات تسریع نیروهای تولید شده در sonotrode انجام می شود. نتایج بسیار بهتر به دست خواهد آمد اگر برخی از کاهش ذرات قبل از فراصوت انجام می شود. شروع با کاهش اندازه ذرات فله در حال حاضر انجام شده به این معنی است که یک سطح بیشتر به فراصوت در معرض و ذرات کوچکتر خواهد شد در مایع با سرعت بیشتری شتاب, و در نتیجه برخورد بالاتر با یک نیرو برای تجزیه بیشتر ذرات. همچنین باید کار کمتری توسط همگن انجام شود و اجازه می دهد دما بهتر کنترل شود.
به عنوان همگن کار می کند در سطح کاملا موضعی, آن را مفید است که در استفاده با نمونه های بزرگتر از می گویند چند صد میلی لیتر یا بیشتر برای ارائه تحریک اضافی برای اطمینان حاصل شود که حجم در اطراف sonotrode تازه است, اطمینان از فراصوت کامل نمونه. این امر به ویژه در مورد موارد بیشتر صادق است چسبناک نمونه. یک همزن مغناطیسی خوب راه مفیدی برای دستیابی به این هدف است. تحریک نیز کمک می کند تا با اطمینان از حجم مایع در اطراف sonotrode بیش از حد گرم نیست. با استفاده از حمام یخ، یا تکه های یخ خشک در نمونه به حذف انرژی منتقل شده توسط فراصوت کمک می کند. همانطور که قبلا بحث شد، اگر ماده به دما حساس است، از تنظیمات توان پایین تر در مدت زمان افزایش یافته استفاده کنید و یا از حالت پالس برای محدود کردن دمای تولید شده در نمونه استفاده کنید تا به نمونه اجازه دهید بین پالس های صوتی خنک شود.

---

---

ادبیات

• 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.

حقایقی که ارزش دانستن دارند

هموژنایزرهای بافت اولتراسونیک اغلب به عنوان سونیکاتور پروب / فراصوت ، لیزر صوتی ، مختل کننده اولتراسوند ، آسیاب اولتراسونیک ، سونو - پاره کننده ، فراصوت ، dismembrator صوتی ، مختل کننده سلول ، پراکنده کننده اولتراسونیک ، امولسیفایر یا حل کننده اشاره. اصطلاحات مختلف ناشی از برنامه های مختلف است که می تواند توسط فراصوت انجام می شود.