מטבח מולקולרי ויישומים קולינריים אחרים

מדריך קצר לעקרונות

על ידי Mark Gaston

• רוב התוכן של מדריך זה הוא מידע זמין, אולם הוא כתוב לפעמים בצורה שלא תמיד מקלה על הקריאה, אלא אם כן אתה במקרה מכיר את המונחים שבהם נעשה שימוש.
• להלן מוסברים מונחים חשובים של סוניקציה כגון סונוטרודה, משרעת וכו 'והשפעתם על יישומים קולינריים.
• מדריך זה להלן מנסה להסביר את השימוש של homogeniser קולי בצורה פחות מדעית ויותר קולינרית הקשורה.

גלי אולטרסאונד ויישומם במזון

ההומוגנייזר העל-קולי כטכניקה קיים כבר שנים רבות בצורות שונות, אך רק מוצא את דרכו ליישומים קולינריים בקנה מידה קטן יותר. ההומוגנייזר מכיל כמה אלקטרוניקה מתוחכמת שיכולה להמיר ולשלוט בכוח חשמלי לתנודות בתדר גבוה של קצה המתכת או הסונוטרוד.
הסונוטרוד נע בעיקר למעלה ולמטה בתדר גבוה למדי מעל טווח השמיעה (למשל 26000 פעמים בשנייה או 26Khz עם UP200Ht). הכמות שהסונטרודה נעה מעלה ומטה נקראת משרעת ובדרך כלל ניתן לכוונן אותה בין 9 ל-240 מיקרומטר (שערה אנושית ממוצעת היא בעובי של כ-100 מיקרומטר לצורך השוואה). במילים פשוטות, הסונוטרודה מתנהגת כמו בוכנה הנעה מעלה ומטה בנוזל.
כאשר הסונוטרוד נע מעלה ומטה בעודו שקוע בנוזל, הוא יוצר אזורים של לחץ גבוה ונמוך בתוך הנוזל סביב הסונוטרוד, זה בתורו יוצר תופעה הידועה בשם קוויטציה. אנו רואים במטבח שהורדת לחץ (כמו באטם תא) גורמת לנוזלים לרתוח בטמפרטורות נמוכות יותר והעלאת הלחץ (כמו סיר לחץ) גורמת לנוזלים לרתוח בטמפרטורה גבוהה יותר.
פעימות הלחץ המשתנות במהירות בקצה הסונוטרוד גורמות להיווצרות ואז לקריסה מהירה של בועות בתוך הנוזל. כל זה קורה בקנה מידה זעיר אך יוצר כוחות עצומים בתוך הנוזל בשל המהירויות, הטמפרטורות והלחצים הנוצרים על ידי קוויטציה. הכוחות העצומים הללו הם שיכולים להיות מנוצלים לטובתנו במטבח עבור מיצוי טעמים באמצעות קריעת תאים או פירוק חלקיקים.

עם זאת, אחד האתגרים בשימוש בציוד זה הוא לרתום ולשלוט בכוח זה באופן המשפר את המזון.
מודל הומוגנייזר קולי שנרכש UP200Ht מכתיב את הכוח המרבי הזמין למשתמש ואת homogeniser עצמו יש מספר משתנים שניתן להשתמש בהם כדי להתאים את הביצועים שלה כדי להתאים את היישום. לצורך מדריך זה, המודל בו נעשה שימוש היה 200 וואט יחידה.

גודל סונוטרודה

גודלו של סונוטרודה להתאמה יש השפעה רבה על האופן שבו היחידה מספקת את כוחה.
במילים פשוטות מאוד, ככל ששטח הפנים של הסונוטרוד גדול יותר, כך יידרש יותר כוח כדי להניע אותו בכל משרעת נתונה. צמיגות הנוזל תהיה גם השפעה גדולה על הכוח הדרוש כדי להניע את הסונוטרוד באמפליטודה נתונה.
דמיינו את הסונוטרודה כבוכנה או בוכנה, אם הבוכנה נעה מעלה ומטה מהר מאוד בסיר של נוזל דק כמו מים קל יחסית לעשות זאת גם במהירויות סבירות, אולם ממלאים את הסיר ברוטב סמיך וזה לא יהיה נכון, זה ידרוש הרבה יותר כוח כדי להזיז את הבוכנה במהירות למעלה ולמטה בנוזל בגלל הצמיגות המוגברת. הגדל את גודל הבוכנה או הבוכנה וזה גם ידרוש מאמץ רב יותר כדי להזיז אותו למעלה ולמטה בנוזל.
הדבר נכון גם לגבי הסונוטרודה. עם סונוטרודה גדולה מותאמת, היחידה תצטרך לעבוד הרבה יותר קשה כדי לייצר משרעת נתונה של תנודה אם לנוזל יש צמיגות גבוהה מאשר עם נוזל צמיגות נמוכה.

בכל הגדרת צריכת חשמל נתונה סונוטרודה קטנה יותר בשל שטח הפנים שלה ייצור תנודות לחץ גדולות יותר ו גבוה קוויטציה עוצמות בקצה מאשר סונוטרודה גדולה יותר (מכיוון שההספק מתמקד בשטח הפנים של סונוטרודה קטנה יותר).
ייתכן שלא ניתן יהיה לנהוג בסונוטרודה גדולה יותר באותה משרעת מכיוון שיידרש הרבה יותר כוח לשם כך, מה שעלול לגרום לכיבוי היחידה עקב עומס יתר. במקרה זה יש להקטין את גודל הסונוטרוד או להשיג יחידת כוח גבוהה יותר.
הקלט עוצמת אולטרסאונד (בכל הגדרת כוח נתונה) פוחתת עם הגדלת שטח הפנים (סונוטרודים גדולים יותר), כאשר ככל שעוצמת הכוח העל-קולי עולה עם הקטנת שטח הפנים, או במילים אחרות, סונוטרודה קטנה יותר מכניסה הרבה כוח על-קולי לאזור קטן, שבו כסונוטרודה גדולה יותר מפזרת את הכוח על פני שטח גדול יותר.

כאשר נעשה שימוש בהומוגניסר סך כל העבודה שנעשתה על המדגם הוא שילוב של כניסת חשמל של ההומוגניזר, נפח של המדגם ושל זמן הוא חשוף. על מנת לקבל תוצאות הניתנות לשחזור, עלינו לשקול את כל שלושת הפרמטרים. אל תצפו לשים את המכשיר בכוס קטנה מלאה בנוזלים למשך שתי דקות ואז לקבל את אותה תוצאה בליטר נוזלים באותו פרק זמן! זכור באותה מידה כי עם גדלי מדגם קטנים ותשומות בהספק גבוה, טמפרטורה של המדגם יעלה במהירות. עבור דגימות רגישות לטמפרטורה עדיף להשתמש בהגדרות הספק נמוכות יותר על פני תקופות ארוכות יותר, מה שמאפשר לאנרגיה שהוזן על ידי ההומוגנייזר כחום להתפזר.
חימום יתר של הדגימה עלול בהחלט לגרום לחלק מהניחוחות שאתם מנסים ללכוד לברוח מהמערכת.
תשומות בהספק גבוה עלולות גם לגרום להתדרדרות הדגימה, כפי שניתן לראות בעת שימוש בשמנים מסוימים. שמנים כאשר הם נחשפים לתשומות האנרגיה הגבוהות בקצה ההומוגנייזר יכולים להתפרק וכתוצאה מכך להיווצר טעם מאוד לא נעים שניתן לתאר רק כטעם של שריפה חשמלית!
עבור חומרים רגישים לטמפרטורה, קירור הדגימה ישפר את התוצאות, כגון באמצעות אמבט קרח או הכללת קרח יבש כלשהו בדגימה. שימוש בכניסות הספק נמוכות יותר לאורך זמן רב יותר מסייע בפיזור האנרגיה המשתחררת למערכת, וכך גם שימוש ביחידה במצב פולס, המאפשר קירור מסוים בין כל פרץ של אולטרסאונד.
בתוך האלקטרוניקה של ההומוגנייזר, המשתמש יכול לבחור להפעיל את היחידה בשני מצבי שליטה עיקריים.

בקרת משרעת

במצב זה המשתמש בוחר את % המשרעת המקסימלית הנדרשת עבור הסונוטרודה. לאחר מכן האלקטרוניקה תנסה להניע את הסונוטרוד באמפליטודה זו ותתאים את עוצמת הכניסה של המכשיר כדי לשמור על המשרעת הנדרשת בסונוטרוד. אם שטח הפנים של הסונוטרוד גדול מכדי להיות מונע באמפליטודה זו עם העוצמה הזמינה של היחידה, המשרעת לא תגיע לערך שנקבע ועלולה להיסגר אם מגיעים למצב של עומס יתר.

בקרת הספק קלט

במצב זה המשתמש מגדיר את כניסת החשמל הנדרשת בוואטים והאלקטרוניקה תתאים את המשרעת של התנודות על מנת לווסת את עוצמת הכניסה להגדרת המשתמש. מצב זה מאפשר לווסת את הכוח המועבר לנוזל ולכן החום שנוצר בנוזל מוגבל ומונע נזק לדגימות רגישות יותר.

מצב פולס

בנוסף לשני מצבי הפעולה, קיים מצב פולס, שבו האלקטרוניקה נדלקת ונכבית מחזוריםהעיתוי של אשר נקבע על ידי המשתמש מלהיות על 10% מהזמן וכבוי 90% על 90% מהזמן לסירוגין 10., זה נותן אפקט פועם והוא שימושי הן להגבלת קלט הכוח הכולל לדגימה והן ליצירת תסיסה טובה בתוך הדגימה לקלט הראשוני להיות גבוה ככל שהאלקטרוניקה מתייצבת במהלך כל מחזור עבודה.

רמזים וטריקים כלליים

בעת שימוש homogeniser עבור עירוי של טעמים תוצאות טובות יותר מתקבלות כאשר מוצקים הופחתו בגודל לפני הומוגניזציה, זה יגדיל את שטח הפנים חשוף ל סונוטרודה. אותו עיקרון חל בעת שימוש homogeniser עבור הקטנת גודל חלקיקים. חשבו על ההומוגנייזר כעל כלי גימור משובח ולא כעל מטחנת קורסים! בהקטנת גודל החלקיקים, חלק גדול מהעבודה נעשה על ידי התנגשויות במהירות גבוהה של חלקיקים המואצים את הכוחות הנוצרים בסונוטרודה. תוצאות טובות בהרבה יושגו אם חלק מהפחתת החלקיקים תיעשה לפני סוניקציה. החל מהקטנת גודל החלקיקים בתפזורת שכבר נעשתה פירושה ששטח פנים גדול יותר חשוף לסוניקציה וכי החלקיקים הקטנים יותר יואצו בנוזל מהר יותר, וכתוצאה מכך התנגשויות גבוהות יותר עם כוח לפירוק חלקיקים נוסף. פחות עבודה תצטרך להיעשות גם על ידי ההומוגנייזר, מה שמאפשר לשלוט בטמפרטורה טוב יותר.
כמו homogeniser עובד ברמה מקומית למדי, זה שימושי כאשר בשימוש עם דגימות גדולות יותר של נניח כמה מאות מיליליטר או יותר כדי לספק תסיסה נוספת כדי להבטיח כי נפח סביב sonotrode הוא רענן, הבטחת סוניקציה מלאה של הדגימה. זה נכון במיוחד לגבי יותר צמיג דגימות. מערבל מגנטי טוב הוא דרך שימושית להשיג זאת. התסיסה מסייעת גם להבטיח שנפח הנוזל סביב הסונוטרוד לא יתחמם יתר על המידה. שימוש באמבט קרח, או חתיכות קרח יבשות בדגימה יסייעו להסיר את האנרגיה המוענקת על ידי הסוניפיקציה. כפי שכבר נדון אם החומר רגיש לטמפרטורה, השתמש בהגדרות הספק נמוכות יותר לאורך פרק זמן מוגבר או השתמש במצב פולס כדי להגביל את הטמפרטורות הנוצרות בדגימה ולאפשר לדגימה להתקרר בין פולסים קוליים.

---

---

ספרות

• 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.

עובדות שכדאי לדעת

הומוגנייזרים של רקמות אולטראסוניות מכונים לעתים קרובות סוניק בדיקה / סוניפיקטור, לייזר קולי, משבש אולטרסאונד, מטחנה קולית, קרע סונו, סוניפייר, מפרק קולי, משבש תאים, מפזר קולי, מתחלב או ממיס. המונחים השונים נובעים מהיישומים השונים שניתן למלא באמצעות סוניקציה.