Molekyylikeittiö ja muut kulinaariset sovellukset

Sonikaatio muuttaa kokkien ja elintarviketutkijoiden tapaa valmistaa elintarvikkeita ja juomia: ultraääniuutto, infuusio, emulgointi ja homogenisointi ovat sonikaattoreiden keskeisiä sovelluksia kulinaarisiin luomuksiin. Nopeasta uuttamisesta silkkisempiin emulsioihin ja tehostettuihin aromeihin ultraääniaallot kehittävät erinomaisia makuja ja koostumuksia. Tässä artikkelissa opit, miten kokit ja elintarviketeknologit hyödyntävät ultraäänikavitaatiota luodakseen uudelleen kaiken cocktaileista consomméihin.

Lyhyt opas periaatteisiin

Mark Gastonin vierasartikkeli

• Suurin osa tämän oppaan sisällöstä on helposti saatavilla olevaa tietoa, mutta joskus se on kirjoitettu tavalla, joka ei aina ole helppoa lukea, ellet satu tuntemaan käytettyjä termejä.
• Seuraavassa selitetään tärkeitä sonikaatiotermejä, kuten sonotrode, amplitudi jne., Ja niiden vaikutukset kulinaarisiin sovelluksiin.
• Tämä alla oleva opas yrittää selittää ultraäänihomogenisaattorin käyttöä vähemmän tieteellisellä ja kulinaarisella tavalla.

Ultraääniaallot ja niiden soveltaminen elintarvikkeisiin

Ultraäänihomogenisaattori tekniikkana on ollut olemassa useita vuosia eri muodoissa, mutta se on vasta löytämässä tiensä pienemmän mittakaavan kulinaarisiin sovelluksiin. Homogenisaattori sisältää hienostunutta elektroniikkaa, joka voi muuntaa ja ohjata sähkötehoa metallikärjen tai sonotrodin korkeataajuisiksi värähtelyiksi.
Sonotrode liikkuu pääasiassa ylös ja alas melko korkealla taajuudella äänialueen yläpuolella (esim. 26000 kertaa sekunnissa tai 26 Khz Sonikaattori UP200Ht). Määrää, jota sonotrode liikkuu ylös ja alas, kutsutaan amplitudiksi, ja sitä voidaan tyypillisesti säätää välillä 9 - 240 μm (keskimääräinen ihmisen hiukset ovat noin 100 μm paksuja viitteeksi). Yksinkertaisesti sanottuna sonotrode käyttäytyy kuin mäntä, joka liikkuu ylös ja alas nesteessä.
Kun sonotrode liikkuu ylös ja alas upotettuna nesteeseen, se luo korkean ja matalan paineen alueita sonotrodin ympärillä olevaan nesteeseen, mikä puolestaan luo ilmiön, joka tunnetaan nimellä kavitaatio. Näemme keittiössä, että paineen alentaminen (kuten kammion tiivisteessä) saa nesteet kiehumaan alhaisemmissa lämpötiloissa ja paineen nostaminen (kuten painekattila) saa nesteet kiehumaan korkeammassa lämpötilassa.
Nopeasti vaihtelevat painepulssit sonotrodin kärjessä aiheuttavat kuplien muodostumisen ja sitten nopean luhistumisen nesteen sisällä. Tämä kaikki tapahtuu hyvin pienessä mittakaavassa, mutta luo nesteeseen valtavia voimia kavitaation aiheuttamien nopeuksien, lämpötilojen ja paineiden vuoksi. Juuri nämä valtavat voimat voidaan kääntää eduksemme keittiössä, kun halutaan tehdä aromien uuttaminen ohi repeytyvät solut, Emulgoituminentai hiukkasten erittely.

 

Lue lisää vegaanisen mousse au chocolatin emulgoinnista ultraäänellä!
 

Yksi tämän laitteen käytön haasteista on kuitenkin valjastaa ja hallita tätä voimaa tavalla, joka parantaa elintarvikkeita.
Ostettu ultraäänihomogenisaattori malli UP200Ht määrittää käyttäjän käytettävissä olevan enimmäistehon, ja itse homogenisaattorissa on useita muuttujia, joiden avulla sen suorituskyky voidaan säätää sovelluksen mukaan. Tässä oppaassa käytettiin Hielscherin 200 watin kaikuluotainmallia.

Sonotroden koko

Asennetun sonotrodin koolla on suuri vaikutus siihen, miten laite tuottaa tehonsa.
Hyvin yksinkertaisesti sanottuna, mitä suurempi sonotrodin pinta-ala on, sitä enemmän tehoa se tarvitsee ajaakseen sitä millä tahansa amplitudilla. Nesteen viskositeetilla on myös suuri vaikutus tehoon, joka tarvitaan sonotrodin ajamiseen tietyllä amplitudilla.
Kuvittele sonotrode mäntänä tai mäntänä, jos mäntää siirretään ylös ja alas hyvin nopeasti ohuessa nesteessä, kuten vedessä, se on suhteellisen helppo tehdä jopa kohtuullisilla nopeuksilla, mutta täytä potti paksulla kastikkeella ja sama ei ole totta, se vaatii paljon enemmän tehoa männän siirtämiseksi nopeasti ylös ja alas nesteessä lisääntyneen viskositeetin vuoksi. Lisää männän tai männän kokoa ja sen siirtäminen ylös ja alas nesteessä vaatii myös enemmän vaivaa.
Sama pätee sonotrodeen. Kun suuri sonotrode on asennettu, yksikön on työskenneltävä paljon kovemmin tietyn värähtelyamplitudin tuottamiseksi, jos nesteellä on korkea viskositeetti kuin alhaisella viskositeettinesteellä.
 

 

Millä tahansa tehoasetuksella pienempi sonotroodi tuottaa pinta-alansa vuoksi suurempia paineenvaihteluita ja suurempia kavitaatiointensiteettejä kärjessä kuin suurempi sonotroodi (koska teho kohdistuu pienempään sonotroodin pinta-alaan).
Suurempaa sonotrodia ei ehkä voida ajaa samalla amplitudilla, koska siihen tarvitaan paljon enemmän tehoa, mikä voi johtaa yksikön sammumiseen ylikuormituksen vuoksi. Tässä tapauksessa sonotrodin kokoa on pienennettävä tai saatava suurempi tehoyksikkö.
Ultraäänen intensiteetti (millä tahansa tehoasetuksella) pienenee pinta-alan kasvaessa (suuremmat sonotrodit), kun taas ultraäänitehon intensiteetin kasvaessa pinta-alan pienentyessä tai toisin sanoen pienempi sonotrodi tuo paljon ultraäänitehoa pienelle alueelle, jossa suurempi sonotrodi levittää tehon suuremmalle alueelle.

Homogenisaattoria käytettäessä näytteeseen tehty kokonaistyö on yhdistelmä Virransyöttö näytteen tilavuus ja altistumisaika. Toistettavien tulosten saamiseksi meidän on otettava huomioon kaikki kolme parametria. Älä odota, että laitat laitetta pieneen kuppiin, joka on täynnä nestettä kahdeksi minuutiksi, ja saat sitten saman tuloksen litrassa nestettä saman ajanjakson aikana! Muista myös, että pienillä näytekokoilla ja suurilla tehotuloilla näytteen lämpötila nousee nopeasti. Lämpötilaherkissä näytteissä on parempi käyttää pienempiä tehoasetuksia pidemmän ajan kuluessa, jolloin homogenisaattorin lämpönä syöttämä energia haihtuu.
Näytteen ylikuumeneminen voi hyvinkin aiheuttaa sen, että jotkut aromit, joita yrität vangita, pakenevat järjestelmästä.
Suuret tehosyötöt voivat myös aiheuttaa näytteen hajoamista, kuten voidaan nähdä tiettyjä öljyjä käytettäessä. Öljyt, kun ne altistuvat homogenisaattorin kärjessä oleville suurille energiatuloille, voivat hajota, mikä johtaa erittäin epämiellyttävään makuun, jota voidaan kuvata vain sähköpalamisen mauksi!
Lämpötilaherkkien materiaalien osalta näytteen jäähdyttäminen parantaa tuloksia esimerkiksi käyttämällä jäähaudetta tai sisällyttämällä näytteeseen jonkin verran kuivajäätä. Pienempien tehonsyöttöjen käyttö pidemmällä aikavälillä auttaa hajottamaan järjestelmään vapautuneen energian, samoin kuin laitteen käyttö pulssitilassa, mikä mahdollistaa jonkin verran jäähdytystä jokaisen ultraäänipurskeen välillä.
Homogenisaattorin elektroniikassa käyttäjä voi käyttää laitetta kahdessa pääohjaustilassa.

Amplitudin säätö

Tässä tilassa käyttäjä valitsee sonotrodille tarvittavan suurimman amplitudin prosenttiosuuden. Elektroniikka yrittää sitten ajaa sonotrodia tällä amplitudilla ja säätää laitteen tulotehoa säilyttääkseen vaaditun amplitudin sonotrodissa. Jos sonotrodin pinta-ala on liian suuri ajettavaksi tällä amplitudilla yksikön käytettävissä olevalla teholla, amplitudi ei saavuta asetettua arvoa ja voi sammua, jos ylikuormitustila saavutetaan.

Tulotehon säätö

Tässä tilassa käyttäjä asettaa tarvittavan tehonsyötön watteina ja elektroniikka säätää värähtelyjen amplitudia säätääkseen tulotehoa käyttäjän asetukseen. Tämä tila mahdollistaa nesteeseen siirretyn tehon säätämisen ja siten nesteessä syntyvän lämmön rajoittamisen välttäen herkempien näytteiden vaurioitumisen.

Pulssi-tila

Kahden toimintatilan lisäksi on pulssitila, jossa elektroniikka kytkeytyy päälle ja pois päältä jaksoissa, joiden ajoituksen käyttäjä asettaa 10 %:sta ajasta ja pois päältä 90 %:iin ajasta 90 %:iin ajasta ja pois päältä 10 %:iin. Tämä antaa sykkivän vaikutuksen ja on hyödyllinen sekä rajoitettaessa näytteen kokonaistehoa että luotaessa hyvän ravistelun näytteen sisällä, kun alkuperäinen tulo on korkea, kun elektroniikka vakiintuu jokaisen käyttöjakson aikana.

Yleisiä vihjeitä ja temppuja

Käytettäessä homogenisaattoria makujen infuusioon saadaan parempia tuloksia, kun kiintoaineet on pienennetty ennen homogenointia, mikä lisää pinta-alaa, joka altistuu Sonotrode. Sama periaate pätee käytettäessä homogenisaattoria hiukkaskoon pienentäminen. Ajattele homogenisaattoria hienona viimeistelytyökaluna, ei kenttähiomakoneena! Hiukkaskoon pienentämisessä suuri osa työstä tehdään hiukkasten nopeilla törmäyksillä, jotka kiihdyttävät sonotrodissa syntyviä voimia. Paljon parempia tuloksia saadaan, jos osa hiukkasten pelkistyksestä tehdään ennen sonikaatiota. Jo tehdyn bulkkihiukkaskoon pienentämisen aloittaminen tarkoittaa, että suurempi pinta-ala altistuu sonikaatiolle ja että pienemmät hiukkaset kiihtyvät nesteessä nopeammin, mikä johtaa suurempiin törmäyksiin hiukkasten hajottamisen voimalla. Homogenisaattorin on myös tehtävä vähemmän työtä, jolloin lämpötilaa voidaan hallita paremmin.
Koska homogenisaattori toimii melko paikallisella tasolla, se on hyödyllinen, kun sitä käytetään suurempien, esimerkiksi useiden satojen millilitroiden tai enemmän näytteiden kanssa, lisäravistelun aikaansaamiseksi sen varmistamiseksi, että sonotrodin ympärillä oleva tilavuus virkistyy, mikä varmistaa näytteen täydellisen sonikaation. Tämä pätee erityisesti viskoosimpiin näytteisiin. Hyvä magneettisekoitin on hyödyllinen tapa saavuttaa tämä. Sekoittaminen auttaa myös varmistamaan, että sonotrodin ympärillä oleva nestemäärä ei ylikuumene. Jäähauteen tai kuivajääpalojen käyttö näytteessä auttaa poistamaan sonifikaation välittämän energian. Kuten jo mainittiin, jos materiaali on lämpötilaherkkä, käytä pienempiä tehoasetuksia pidemmän ajan kuluessa ja/tai käytä pulssitilaa rajoittaaksesi näytteessä syntyviä lämpötiloja, jolloin näyte jäähtyy äänipulssien välillä.

---

---

Kirjallisuus

• 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.

 

Tässä videossa Simon GuerillaChefs.de:stä esittelee Hielscher UP200Ht -käsisoittimen käyttöä veden nopeassa aromatisoinnissa tuoreilla sienillä - tämä on innovatiivinen tekniikka, jota käytetään kulinaristiikassa ja molekyyligastronomiassa. Ultraääni parantaa makujen uuttamista ja syöttää herkkiä aromaattisia yhdisteitä vesifaasiin muutamassa sekunnissa, mikä mahdollistaa puhdasmerkkisen, lämpimättömän prosessoinnin hienostuneille liemille, infuusioille tai makupohjille. Ihanteellinen kokkeille ja elintarvikeinnovaattoreille, jotka etsivät tarkkuutta ja intensiteettiä luonnollisen maun kehittämisessä.

Ultraääniaromatisointi: Luo intensiivinen sieniliemi Hielscher UP200Ht:llä

 

Faktoja, jotka kannattaa tietää

Ultraäänikudoshomogenisaattoreita kutsutaan usein koettimen sonikaattoriksi / sonificatoriksi, sonic lyseriksi, ultraäänihäiritsijäksi, ultraäänihiomakoneeksi, sono-repeäjäksi, sonifieriksi, sonic dismembratoriksi, solujen häiritsijäksi, ultraäänidispergointiaineeksi, emulgointiaineeksi tai liuottimeksi. Eri termit johtuvat erilaisista sovelluksista, jotka voidaan täyttää sonikaatiolla.