آشپزی مولکولی و دیگر کاربردهای آشپزی
فراصوت‌دهی در حال دگرگون کردن شیوهٔ تهیهٔ غذاها و نوشیدنی‌ها توسط سرآشپزها و متخصصان علوم غذایی است: استخراج، طعم‌دهی از طریق نفوذ، امولسیون‌سازی و همگن‌سازی فراصوتی از کاربردهای اصلی سونیکاتورها در آفرینش‌های آشپزی هستند. از استخراج سریع گرفته تا امولسیون‌های لطیف‌تر و عطرهای قوی‌تر، امواج فراصوت طعم‌ها و بافت‌هایی کم‌نظیر ایجاد می‌کنند. در این مقاله خواهید آموخت که سرآشپزها و متخصصان فناوری غذا چگونه از کاویتاسیون فراصوتی برای بازآفرینی انواع خوراکی‌ها و نوشیدنی‌ها، از کوکتل تا کنسومه، استفاده می‌کنند.
راهنمایی کوتاه دربارهٔ اصول
مقالهٔ مهمان به قلم Mark Gaston
- بیشتر محتوای این راهنما اطلاعاتی است که به‌آسانی در دسترس است؛ بااین‌حال، گاهی به‌گونه‌ای نوشته شده که خواندن آن همیشه آسان نیست، مگر آنکه با اصطلاحات به‌کاررفته آشنا باشید.
- در ادامه، اصطلاحات مهم فراصوت‌دهی، مانند سونوتْرود، دامنه و غیره، و تأثیر آن‌ها بر کاربردهای آشپزی توضیح داده می‌شوند.
- راهنمای زیر می‌کوشد کاربرد هموژنایزر فراصوتی را با زبانی کمتر علمی و بیشتر مرتبط با آشپزی توضیح دهد.
امواج فراصوت و کاربرد آن‌ها در مواد غذایی
فناوری هموژنایزر فراصوتی سال‌هاست که به شکل‌های مختلف وجود دارد، اما به‌تازگی راه خود را به کاربردهای آشپزی در مقیاس کوچک‌تر باز کرده است. هموژنایزر دارای مدارهای الکترونیکی پیشرفته‌ای است که می‌توانند توان الکتریکی را به ارتعاشات پرفرکانس نوک فلزی یا سونوتْرود تبدیل و آن را کنترل کنند.
سونوتْرود عمدتاً با فرکانسی بسیار بالا و فراتر از محدودهٔ شنوایی به بالا و پایین حرکت می‌کند (برای مثال 26٬000 بار در ثانیه یا 26Khz با سونیکاتور UP200Ht). میزان حرکت بالا و پایین سونوتْرود، دامنه نام دارد و معمولاً بین 9 و 240 µm قابل تنظیم است (برای مقایسه، ضخامت متوسط موی انسان حدود 100 µm است). به زبان ساده، سونوتْرود مانند پیستونی عمل می‌کند که در مایع بالا و پایین می‌رود.
وقتی سونوتْرود در حالت غوطه‌ور در مایع بالا و پایین می‌رود، نواحی پرفشار و کم‌فشاری در مایع پیرامون خود ایجاد می‌کند که به‌نوبهٔ خود پدیده‌ای به نام کاویتاسیون را به وجود می‌آورد. در آشپزخانه می‌بینیم که کاهش فشار (مانند دستگاه بسته‌بندی خلأ محفظه‌ای) باعث می‌شود مایعات در دماهای پایین‌تر بجوشند و افزایش فشار (مانند زودپز) باعث می‌شود مایعات در دمای بالاتری بجوشند.
تپش‌های فشار با تغییرات سریع در نوک سونوتْرود باعث تشکیل و سپس فروپاشی سریع حباب‌ها در مایع می‌شوند. همهٔ این‌ها در مقیاسی بسیار کوچک رخ می‌دهد، اما به‌دلیل سرعت‌ها، دماها و فشارهای ناشی از کاویتاسیون، نیروهای عظیمی در مایع ایجاد می‌کند. همین نیروهای عظیم را می‌توان در آشپزخانه به سود خود به کار گرفت، برای استخراج طعم‌ها از طریق گسیختن سلول‌ها, امولسیون‌سازی، یا خرد کردن ذرات.
UP200Ht – هموژنایزر فراصوتی برای ترکیب‌سازی نوشیدنی و کهنه‌سازی و رسیدن نوشیدنی‌های الکلی تقطیری
دربارهٔ امولسیون‌سازی فراصوتی موس شکلات وگان بیشتر بدانید!
بااین‌حال، یکی از چالش‌های استفاده از این تجهیزات، مهار و کنترل این توان به‌گونه‌ای است که مواد غذایی را بهبود دهد.
دستگاه خریداری‌شدهٔ هموژنایزر فراصوتی مدل UP200Ht حداکثر توان در دسترس کاربر را تعیین می‌کند و خود هموژنایزر نیز چندین متغیر دارد که می‌توان با استفاده از آن‌ها عملکرد دستگاه را متناسب با کاربرد تنظیم کرد. برای تهیهٔ این راهنما، از سونیکاتور 200 وات Hielscher استفاده شده است.
اندازهٔ سونوتْرود
اندازهٔ سونوتْرود نصب‌شده تأثیر عمده‌ای بر نحوهٔ انتقال توان دستگاه دارد.
به زبان بسیار ساده، هرچه مساحت سطح سونوتْرود بیشتر باشد، برای به حرکت درآوردن آن در هر دامنهٔ معین، توان بیشتری لازم خواهد بود. گرانروی سیال نیز تأثیر زیادی بر توان لازم برای به حرکت درآوردن سونوتْرود در یک دامنهٔ معین دارد.
سونوتْرود را مانند پیستون یا پلانجر تصور کنید. اگر پیستون در ظرفی حاوی مایعی رقیق مانند آب به‌سرعت بالا و پایین برود، انجام این کار حتی در سرعت‌های قابل‌توجه نسبتاً آسان است؛ اما اگر ظرف را با سسی غلیظ پر کنید، دیگر چنین نخواهد بود و به‌دلیل افزایش گرانروی، برای حرکت سریع پیستون به بالا و پایین در مایع، توان بسیار بیشتری لازم است. با افزایش اندازهٔ پیستون یا پلانجر نیز نیروی بیشتری برای حرکت بالا و پایین آن در مایع لازم خواهد بود.
همین موضوع دربارهٔ سونوتْرود نیز صدق می‌کند. وقتی سونوتْرود بزرگی نصب شده باشد، دستگاه برای ایجاد یک دامنهٔ نوسان معین در مایعی با گرانروی بالا باید بسیار بیشتر از حالتی کار کند که سیال گرانروی پایینی دارد.
اندازه‌های مختلف سونوتْرود برای سونیکاتور مدل UP200Ht
در هر تنظیم توان معین، سونوتْرود کوچک‌تر به‌دلیل مساحت سطح خود، در مقایسه با سونوتْرود بزرگ‌تر، نوسانات فشار بزرگ‌تر و شدت‌های بالاتر کاویتاسیون را در نوک خود ایجاد می‌کند (زیرا توان بر مساحت سطح کوچک‌تر سونوتْرود متمرکز می‌شود).
ممکن است به حرکت درآوردن سونوتْرود بزرگ‌تر با همان دامنه امکان‌پذیر نباشد، زیرا به توان بسیار بیشتری نیاز دارد و ممکن است باعث خاموش شدن دستگاه بر اثر اضافه‌بار شود. در این حالت باید اندازهٔ سونوتْرود کاهش یابد یا دستگاهی با توان بالاتر تهیه شود.
شدت فراصوت (در هر تنظیم توان معین) با افزایش مساحت سطح (سونوتْرودهای بزرگ‌تر) کاهش می‌یابد، درحالی‌که شدت توان فراصوتی با کاهش مساحت سطح افزایش می‌یابد؛ به بیان دیگر، سونوتْرود کوچک‌تر توان فراصوتی زیادی را به ناحیه‌ای کوچک وارد می‌کند، درحالی‌که سونوتْرود بزرگ‌تر توان را در ناحیه‌ای بزرگ‌تر پخش می‌کند.
گرم شدن بیش‌ازحد نمونه ممکن است باعث خروج برخی از همان ترکیبات عطری از سامانه شود که می‌کوشید به دست آورید.
توان‌های ورودی بالا همچنین ممکن است باعث تخریب نمونه شوند؛ همان‌طور که هنگام استفاده از برخی روغن‌ها مشاهده می‌شود. روغن‌ها وقتی در نوک هموژنایزر در معرض ورودی انرژی بالا قرار می‌گیرند، ممکن است تجزیه شوند و طعمی بسیار ناخوشایند ایجاد کنند که تنها می‌توان آن را طعم سوختگی ناشی از برق توصیف کرد!
برای مواد حساس به دما، خنک کردن نمونه، برای مثال با استفاده از حمام یخ یا افزودن مقداری یخ خشک به نمونه، نتایج را بهبود می‌دهد. استفاده از توان‌های ورودی پایین‌تر در مدت‌زمان طولانی‌تر به پخش شدن انرژی آزادشده در سامانه کمک می‌کند؛ استفاده از دستگاه در حالت پالسی نیز همین تأثیر را دارد و امکان مقداری خنک شدن بین هر نوبت اعمال فراصوت را فراهم می‌کند.
کاربر می‌تواند از طریق بخش الکترونیکی هموژنایزر، کارکرد دستگاه را در یکی از دو حالت اصلی کنترل انتخاب کند.
کنترل دامنه
در این حالت، کاربر % موردنیاز از حداکثر دامنه را برای سونوتْرود انتخاب می‌کند. سپس مدارهای الکترونیکی تلاش می‌کنند سونوتْرود را با آن دامنه به حرکت درآورند و توان ورودی دستگاه را تنظیم می‌کنند تا دامنهٔ موردنیاز در سونوتْرود حفظ شود. اگر مساحت سطح سونوتْرود بیش‌ازحد بزرگ باشد و نتوان آن را با توان موجود دستگاه در این دامنه به حرکت درآورد، دامنه به مقدار تنظیم‌شده نخواهد رسید و در صورت بروز اضافه‌بار، ممکن است دستگاه خاموش شود.
از امواج فراصوت در آشپزی مولکولی و ترکیب‌سازی نوشیدنی برای ایجاد طعم‌های منحصربه‌فرد استفاده می‌شود. سونیکاتور UP200Ht ساخت Hielscher برای استخراج عطر، طعم‌دهی نفوذی به نوشیدنی‌های الکلی تقطیری، تهیهٔ بیترها و کهنه‌سازی مشروبات الکلی و شراب به کار می‌رود.
کنترل توان ورودی
در این حالت، کاربر توان ورودی موردنیاز را بر حسب وات تنظیم می‌کند و مدارهای الکترونیکی دامنهٔ نوسانات را تغییر می‌دهند تا توان ورودی مطابق با تنظیم کاربر تنظیم شود. این حالت امکان تنظیم توان منتقل‌شده به مایع و در نتیجه محدود کردن گرمای تولیدشده در مایع را فراهم می‌کند و از آسیب به نمونه‌های حساس‌تر جلوگیری می‌کند.
حالت پالسی
علاوه بر دو حالت کارکرد، یک حالت پالسی نیز وجود دارد که در آن مدارهای الکترونیکی به‌صورت چرخه‌ای روشن و خاموش می‌شوند. زمان‌بندی این چرخه‌ها را کاربر از حالت روشن بودن در 10% زمان و خاموش بودن در 90% زمان تا روشن بودن در 90% زمان و خاموش بودن در 10% زمان تنظیم می‌کند. این کار اثری ضربانی ایجاد می‌کند و هم برای محدود کردن توان ورودی کلی به نمونه و هم برای ایجاد هم‌زدن مناسب درون نمونه مفید است؛ موضوعی که با بالا بودن ورودی اولیه، هم‌زمان با پایدار شدن مدارهای الکترونیکی در هر چرخهٔ کاری، ارتباط دارد.
نکته‌ها و ترفندهای عمومی
هنگام استفاده از هموژنایزر برای طعم‌دهی از طریق نفوذ، اگر اندازهٔ مواد جامد پیش از همگن‌سازی کاهش یافته باشد، نتایج بهتری به دست می‌آید؛ این کار مساحت سطحی را افزایش می‌دهد که در معرض سونوتْرود قرار می‌گیرد. همین اصل هنگام استفاده از هموژنایزر برای کاهش اندازهٔ ذرات نیز صدق می‌کند. هموژنایزر را ابزاری برای پرداخت نهایی ظریف در نظر بگیرید، نه آسیابی برای خردایش درشت! در کاهش اندازهٔ ذرات، بخش عمدهٔ کار از طریق برخوردهای پرسرعت ذراتی انجام می‌شود که نیروهای ایجادشده در سونوتْرود به آن‌ها شتاب می‌دهند. اگر بخشی از کاهش اندازهٔ ذرات پیش از فراصوت‌دهی انجام شود، نتایج بسیار بهتری به دست خواهد آمد. آغاز کار پس از انجام بخش عمدهٔ کاهش اندازهٔ ذرات به این معناست که مساحت سطح بیشتری در معرض فراصوت‌دهی قرار می‌گیرد و ذرات کوچک‌تر در مایع سریع‌تر شتاب می‌گیرند؛ در نتیجه برخوردهای شدیدتری با نیروی لازم برای خرد شدن بیشتر ذرات رخ می‌دهد. همچنین هموژنایزر به کار کمتری نیاز خواهد داشت و این امر امکان کنترل بهتر دما را فراهم می‌کند.
از آنجا که هموژنایزر در محدوده‌ای نسبتاً موضعی عمل می‌کند، هنگام کار با نمونه‌های بزرگ‌تر، مثلاً چند صد میلی‌لیتر یا بیشتر، هم‌زدن تکمیلی مفید است تا مایع پیرامون سونوتْرود پیوسته جایگزین شود و فراصوت‌دهی کامل نمونه تضمین شود. این موضوع به‌ویژه برای نمونه‌های دارای گرانروی بیشتر صدق می‌کند. یک همزن مغناطیسی خوب، راهکار مناسبی برای دستیابی به این هدف است. هم‌زدن همچنین کمک می‌کند مایع پیرامون سونوتْرود بیش‌ازحد گرم نشود. استفاده از حمام یخ یا قطعات یخ خشک در نمونه به دفع انرژی واردشده از طریق فراصوت‌دهی کمک می‌کند. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، اگر ماده به دما حساس است، از تنظیمات توان پایین‌تر در مدت‌زمان طولانی‌تر و/یا از حالت پالسی استفاده کنید تا افزایش دمای نمونه محدود شود و نمونه بتواند بین پالس‌های صوتی خنک شود.
Christian Mittermeier از رستوران دارای ستارهٔ میشلن Villa Mittermeier با UP200Ht هنگام امولسیون‌سازی فراصوتی
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع
- 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.
دانستنی‌های مفید
هموژنایزرهای فراصوتی بافت اغلب با نام‌های سونیکاتور/سونیفیکاتور پروبی، لیزکنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ فراصوتی، آسیاب فراصوتی، سونو راپتور، سونیفایر، متلاشی‌کنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ سلولی، پراکنندهٔ فراصوتی، امولسیون‌ساز یا حل‌کننده شناخته می‌شوند. این نام‌های مختلف از کاربردهای گوناگونی ناشی می‌شوند که با فراصوت‌دهی قابل انجام هستند.
