Technologie des ultrasons Hielscher

Cuisine moléculaire et autres applications culinaires

Un guide pratique sur les principes

par Mark Gaston

  • La plupart du contenu de ce guide est l'information qui est facilement disponible, mais il est parfois écrit d'une manière qui ne fait pas toujours facile la lecture, à moins que vous soyez familier avec les termes utilisés.
  • Ci-dessous, les termes importants de sonication tels que sonotrode, etc. amplitude et leurs effets sur les applications culinaires sont expliqués.
  • Ce guide tente ci-dessous pour expliquer l'utilisation de l'homogénéisateur à ultrasons d'une manière liée moins scientifique et plus culinaire.

Les ultrasons et leur application à l'alimentation

Le homogénéisateur à ultrasons comme technique a été autour depuis de nombreuses années sous diverses formes, mais il est juste de trouver son chemin dans des applications culinaires à plus petite échelle. Le homogénéisateur contient des composants électroniques sophistiqués qui peuvent convertir et contrôler l'énergie électrique en vibrations haute fréquence de la pointe en métal ou sonotrode.
La sonotrode se déplace principalement vers le haut et vers le bas à une fréquence assez élevée au-dessus de gamme audible (par exemple, 26000 fois par seconde ou 26kHz avec le UP200Ht). La quantité que la sonotrode se déplace de haut en bas est appelée l'amplitude et peut typiquement être ajustée entre 9 et 240 um (le cheveu humain moyen est d'environ 100 um d'épaisseur à titre de référence). En termes simples, la sonotrode se comporte comme un piston se déplaçant vers le haut et vers le bas dans le liquide.
Comme la sonotrode déplace vers le haut et vers le bas tout en étant immergé dans un liquide, il crée des zones de haute et basse pression dans le liquide autour de la sonotrode à son tour, crée un phénomène connu sous le nom cavitation. Nous voyons dans la cuisine que la pression d'abaissement (comme dans un scellant de chambre) provoque des liquides à ébullition à des températures plus basses et augmenter la pression (comme une cocotte-minute) provoque des liquides à ébullition à une température plus élevée.
Les pulsations de pression fluctuant rapidement à la pointe de la sonotrode entraînent la formation et ensuite effondrement rapide de bulles dans le liquide. Tout cela se passe à l'échelle minute, mais crée d'énormes forces dans le liquide en raison des vitesses, des températures et des pressions engendrées par la cavitation. Ce sont ces forces énormes qui peuvent être tournés vers notre avantage dans la cuisine pour la extraction d'arômes par cellules rupture ou répartition des particules.
L'un des défis dans l'utilisation de cet équipement est cependant d'exploiter et de contrôler ce pouvoir d'une manière qui améliore les aliments et non les détruire, les décomposer en composés moins souhaitables.
Le modèle homogénéisateur à ultrasons acheté UP200Ht dicte la puissance maximale disponible pour l'utilisateur et l'homogénéisateur lui-même a un certain nombre de variables qui peuvent être utilisées pour ajuster ses performances en fonction de l'application. Aux fins de ce guide, le modèle utilisé était un 200 watts unité.

Taille sonotrode

La taille de la sonotrode équipée a un effet majeur sur la façon dont l'unité délivre sa puissance.
En termes très simples, plus la surface de la sonotrode est grande, plus elle aura besoin de puissance pour l'entraîner à une amplitude donnée. La viscosité du fluide aura également une grande influence sur la puissance nécessaire pour entraîner la sonotrode à une amplitude donnée.
Imaginez la sonotrode comme un piston ou un plongeur, si le piston est déplacé vers le haut et vers le bas très rapide dans un pot de liquide mince comme l'eau, il est relativement facile de le faire, même à des vitesses raisonnables, remplissez cependant le pot avec une sauce épaisse et même ne sera pas vrai, il faudra beaucoup plus de puissance pour déplacer le piston rapidement et dans le liquide en raison de la viscosité accrue. Augmenter la taille du piston ou piston et il faudra aussi plus d'efforts pour se déplacer vers le haut et vers le bas dans le liquide.
La même chose est vraie de la sonotrode. Avec un grand sonotrode équipée, l'appareil devra travailler beaucoup plus difficile de produire une amplitude d'oscillation donnée si le liquide a une viscosité élevée qu'avec un fluide à faible viscosité.

Différentes tailles sonotrode et formes pour diverses applications.

Sonotrodes avec différentes tailles et formes pour la UP200Ht

A tout paramètre donné une puissance plus petit sonotrode en raison de sa zone de surface va générer de plus grandes fluctuations de pression et plus haute cavitation les intensités à l'extrémité d'une sonotrode (plus grande que la puissance est axé sur une plus petite aire de surface de la sonotrode).
Il ne peut pas être possible de conduire une sonotrode plus grande à la même amplitude que beaucoup plus de puissance sera nécessaire de le faire, peut-être entraînant l'arrêt de l'appareil en raison de la surcharge. Dans ce cas, la taille de la sonotrode doit être réduite ou une unité de puissance plus élevée obtenue.
L'entrée l'intensité des ultrasons (À tout réglage de puissance donné) diminue avec l'augmentation de la surface (de sonotrodes de grande taille), alors que l'intensité de puissance à ultrasons augmente avec la zone de surface décroissante, ou pour le dire autrement, une sonotrode plus petite met beaucoup d'énergie ultrasonore dans une petite zone, où une plus grande sonotrode se répand la puissance sur une plus grande surface.
Lorsque l'homogénéisateur est utilisé le travail total sur l'échantillon est une combinaison des entrée de puissance de l'homogénéisateur, la le volume de l'échantillon et la temps elle est exposée. Afin d'obtenir des résultats reproductibles, il faut considérer les trois paramètres. Ne vous attendez pas à mettre l'appareil dans une petite tasse pleine de liquide pendant deux minutes, puis obtenir le même résultat dans un litre de liquide sur la même période! rappelez-vous aussi que des échantillons de petite taille et grande consommatrice d'énergie, la Température de l'échantillon va augmenter rapidement. Pour la température des échantillons sensibles, il est préférable d'utiliser les paramètres de faible puissance sur des périodes plus longues, permettant à l'énergie introduite par l'homogénéisateur à dissiper la chaleur.
Surchauffe l'échantillon peut bien causer quelques-uns des arômes très que vous essayez de capturer pour échapper au système.
Entrées de haute puissance peuvent également provoquer la dégradation de l'échantillon, comme on peut le voir lors de l'utilisation de certaines huiles. Les huiles lorsqu'ils sont exposés aux entrées de haute énergie à la pointe de l'homogénéisateur peut se décomposer pour résultat un goût très désagréable qui ne peut être décrit comme le goût de la combustion électrique!
Pour température de refroidissement des matériaux sensibles de l'échantillon permettra d'améliorer les résultats par exemple en utilisant un bain de glace ou l'inclusion de la glace sèche dans l'échantillon. En utilisant des puissances plus faibles sur une période plus longue permet de disperser l'énergie libérée dans le système comme le fait d'utiliser l'appareil en mode d'impulsion qui permet un certain refroidissement entre chaque salve d'ultrasons.
Au sein de l'électronique de l'homogénéisateur, l'utilisateur peut choisir d'utiliser l'appareil dans deux principaux modes de contrôle.

contrôle d'amplitude

Dans ce mode, l'utilisateur choisit le% d'amplitude maximale requise pour la sonotrode. L'électronique tentera alors de conduire la sonotrode à l'amplitude et remanie la puissance d'entrée du dispositif pour maintenir l'amplitude nécessaire à la sonotrode. Si la surface de sonotrode est trop grand pour être entraîné à cette amplitude avec la puissance disponible de l'unité, l'amplitude n'atteindra pas la valeur de consigne et peut fermer si une condition de surcharge est atteinte.

Contrôle de la puissance d'entrée

Dans ce mode, l'utilisateur définit l'entrée de puissance nécessaire en watts et l'électronique ajuste l'amplitude des oscillations afin de réguler la puissance d'entrée au réglage des utilisateurs. Ce mode permet à la puissance transférée au liquide à réguler et donc la chaleur générée dans le liquide limité en évitant d'endommager les échantillons les plus sensibles.

Mode impulsion

En plus des deux modes de fonctionnement, il existe un mode d'impulsions, de sorte que l'électronique interrupteur marche et en arrêt dans des cycles, Dont la synchronisation est réglée par l'utilisateur d'être à 10% du temps et de 90% à 90% sur du temps et de 10%. Cela donne un effet pulsant et est utile à la fois pour limiter l'entrée de puissance globale de l'échantillon et de créer une bonne agitation dans l'échantillon à l'entrée initiale étant élevée que l'électronique se stabilise au cours de chaque cycle de travail.

Conseils généraux et astuces

Lorsque vous utilisez l'homogénéisateur pour l'infusion de saveurs meilleurs résultats sont obtenus lorsque les solides ont été réduits en taille avant d'être homogénéisée, cela va augmenter la surface exposée au sonotrode. Le même principe est applicable lorsque vous utilisez le homogénéisateur pour réduction de taille de particules. Pensez à l'homogénéisateur comme un outil de finition fine pas un broyeur de cours! Dans la réduction des tailles de particules, une grande partie du travail est réalisée par les collisions à grande vitesse des particules accélérées par les forces générées à la sonotrode. Des résultats bien meilleurs seront obtenus si une partie de la réduction des particules est effectuée avant la sonication. Commencer avec la réduction de la taille des particules en vrac signifie qu'une plus grande surface est exposée à la sonication et que les particules plus petites seront accélérées dans le liquide plus rapidement, ce qui entraînera des collisions plus fortes avec une force pour décomposer les particules. Moins de travail devra également être effectué par l'homogénéisateur, permettant de mieux contrôler la température.
Comme l'homogénéisateur fonctionne à un niveau assez localisé, il est utile lorsqu'il est utilisé avec des échantillons plus grands de plusieurs centaines de millilitres ou plus pour fournir une agitation supplémentaire pour s'assurer que le volume autour de la sonotrode est rafraîchi, assurant une sonication complète de l'échantillon. Cela est particulièrement vrai de plus visqueux échantillons. Un bon agitateur magnétique est un moyen utile d'y parvenir. L'agitation aide également à s'assurer que le volume de liquide autour de la sonotrode n'est pas surchauffé. L'utilisation d'un bain de glace ou de morceaux de glace sèche dans l'échantillon aidera à éliminer l'énergie transmise par la sonification. Comme déjà discuté si le matériau est sensible à la température, utilisez des réglages de puissance plus faibles sur une période de temps plus longue et ou utilisez le mode impulsion pour limiter les températures générées dans l'échantillon permettant à l'échantillon de refroidir entre les impulsions sonores.

Christian Mittermeier préparation d'une émulsion de concombre en utilisant un dispositif à ultrasons Hielscher UP200Ht

Christian Mittermeier du restaurant Villa Mittermeier, étoilé au guide Michelin, avec l'aide du UP200Ht pendant l'émulsification par ultrasons

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Qu'il faut savoir

homogénéisateurs à ultrasons de tissus sont souvent désignés en tant que sonde de sonication / sonificator, lyser sonique, disrupteur à ultrasons, broyeur à ultrasons, sono-ruptor, sonificateur, désintégrateur sonique, de rupture de cellules, disperseur à ultrasons, un émulsifiant ou de dissolution. Les différents termes résultent des diverses applications qui peuvent être remplies par sonication.