Molekyylikeittiö ja muut kulinaariset sovellukset

Lyhyt opas periaatteisiin

kirjoittanut Mark Gaston

• 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 jo vuosia eri muodoissa, mutta on vasta löytämässä tiensä pienempiin 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 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.
Sonotrodin kärjessä olevat nopeasti vaihtelevat painepulssit aiheuttavat kuplien muodostumisen ja sitten nopean romahtamisen nesteen sisällä. Tämä kaikki tapahtuu pienessä mittakaavassa, mutta luo valtavia voimia nesteen sisällä johtuen nopeuksista, lämpötiloista ja paineista, jotka syntyvät kavitaatio. Juuri nämä valtavat voimat voidaan kääntää eduksemme keittiössä aromien uuttaminen ohi repeytyvät solut tai hiukkasten erittely.

Yksi tämän laitteen käytön haasteista on kuitenkin valjastaa ja hallita tätä voimaa tavalla, joka parantaa elintarvikkeita.
Ostettu ultraäänihomogenisaattorimalli UP200Ht sanelee käyttäjän käytettävissä olevan enimmäistehon, ja homogenisaattorissa itsessään on useita muuttujia, joiden avulla sen suorituskykyä voidaan säätää käyttökohteeseen sopivaksi. Tässä oppaassa mallina käytettiin 200 wattia yksikkö.

Sonotroden koko

Koko: Sonotrode Asennettuna on suuri vaikutus siihen, miten yksikkö 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 a pienempi sonotrode pinta-alansa vuoksi syntyy suurempia paineenvaihteluita ja Korkeampi kavitaatio intensiteetit kärjessä kuin suurempi sonotrode (koska teho keskittyy pienempään sonotrodin 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.
Tulo ultraäänen intensiteetti (millä tahansa tehoasetuksella) pienenee pinta-alan kasvaessa (suuremmat sonotrodit), jossa ultraäänitehon intensiteetin kasvaessa pinta-alan pienentyessä tai toisin sanoen pienempi sonotrode asettaa paljon ultraäänitehoa pienelle alueelle, jossa suurempi sonotrode levittää tehon suuremmalle alueelle.

homogenisaattoria käytettäessä näytteeseen tehtävä kokonaistyö on Virransyöttö homogenisaattorista, Tilavuus näytteestä ja Aika Se on alttiina. Toistettavien tulosten saamiseksi meidän on otettava huomioon kaikki kolme parametria. Älä odota, että laitat laitteen pieneen kuppiin, joka on täynnä nestettä kahdeksi minuutiksi, ja saat sitten saman tuloksen litrassa nestettä saman ajanjakson aikana! Muista myös, että pienillä otoskokoilla ja suuritehoisilla panoksilla lämpötila näytteestä nousee nopeasti. Lämpötilaherkissä näytteissä on parempi käyttää pienempiä tehoasetuksia pidemmällä aikavälillä, jolloin homogenisaattorin lämpönä syöttämä energia haihtuu.
Näytteen ylikuumeneminen voi hyvinkin aiheuttaa sen, että jotkut aromit, joita yrität vangita, pakenevat järjestelmästä.
Suuret tehonsyötöt voivat myös aiheuttaa näytteen hajoamista, kuten tiettyjä öljyjä käytettäessä voidaan nähdä. Kun öljyt altistetaan homogenisaattorin kärjessä oleville suurille energiasyötöille, ne voivat hajota, mikä johtaa erittäin epämiellyttävään makuun, jota voidaan kuvata vain sähköisen palamisen 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 kahdella pääohjaustavalla.

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 Sykliä, jonka ajoituksen käyttäjä asettaa 10%: sta ajasta ja pois 90%: sta 90%: iin ajasta ja pois 10%: iin. Tämä antaa sykkivän vaikutuksen ja on hyödyllinen sekä rajoitettaessa näytteen kokonaistehoa että luomalla näytteen sisällä hyvä sekoitus alkutulon ollessa suuri, kun elektroniikka vakautuu jokaisen käyttöjakson aikana.

Yleisiä vihjeitä ja temppuja

Kun käytetään homogenisaattoria aromien infuusiona, saadaan parempia tuloksia, kun kiinteät aineet ovat pienentyneet ennen homogenointia, mikä lisää Sonotrode. Sama periaate pätee, kun homogenisaattoria käytetään hiukkaskoon pienentäminen. Ajattele homogenisaattoria hienona viimeistelytyökaluna, ei kurssihiomakoneena! Hiukkaskokojen pienentämisessä suuri osa työstä tehdään hiukkasten nopeilla törmäyksillä, jotka kiihdyttivät sonotrodissa syntyviä voimia. Paljon parempia tuloksia saadaan, jos osa hiukkasten vähentämisestä tehdään ennen sonikaatiota. Alkaen jo tehdystä irtotavarahiukkaskoon pienentämisestä tarkoittaa, että suurempi pinta-ala altistuu sonikaatiolle ja että pienemmät hiukkaset kiihtyvät nesteessä nopeammin, mikä johtaa suurempiin törmäyksiin voimalla hajottaa hiukkasia edelleen. Homogenisaattorin tarvitsee myös tehdä vähemmän työtä, jolloin lämpötilaa voidaan hallita paremmin.
Koska homogenisaattori toimii melko paikallisella tasolla, on hyödyllistä, kun sitä käytetään suurempien, esimerkiksi useiden satojen millilitraisten tai enemmän näytteiden kanssa, jotta saadaan aikaan lisäsekoitus sen varmistamiseksi, että sonotrodin ympärillä oleva tilavuus päivittyy, mikä varmistaa näytteen täydellisen sonikaation. Tämä pätee erityisesti muihin tahmea Näytteitä. Hyvä magneettisekoitin on hyödyllinen tapa saavuttaa tämä. Sekoitus auttaa myös varmistamaan, että sonotrodin ympärillä olevan nesteen määrä ei ylikuumene. Jäähauteen tai kuivajääpalojen käyttö näytteessä auttaa poistamaan sonifikaation antaman energian. Kuten jo keskusteltiin, 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.

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.