מטבח מולקולרי ויישומים קולינריים נוספים
סוניקציה משנה את הדרך שבה שפים ומדעני מזון מכינים מזונות ומשקאות: מיצוי, החדרה, תחלוב והומוגניזציה באמצעות אולטרסאונד הם יישומים מרכזיים של מכשירי סוניקציה ביצירות קולינריות. ממיצוי מהיר ועד תחליבים בעלי מרקם משיי יותר וארומות מועצמות, גלי אולטרסאונד מפתחים טעמים ומרקמים יוצאי דופן. במאמר זה תלמדו כיצד שפים וטכנולוגי מזון מנצלים קוויטציה אולטרסונית כדי ליצור מחדש מגוון הכנות, מקוקטיילים ועד מרקי קונסומה.
מדריך קצר לעקרונות
מאמר אורח מאת Mark Gaston
- רוב תוכנו של מדריך זה הוא מידע זמין ונגיש, אך לעיתים הוא כתוב באופן שאינו תמיד קל לקריאה, אלא אם אתם מכירים את המונחים שבהם נעשה שימוש.
- להלן מוסברים מונחים חשובים בתחום הסוניקציה, כגון סונוטרודה, אמפליטודה וכדומה, והשפעותיהם על יישומים קולינריים.
- המדריך שלהלן מנסה להסביר את השימוש בהומוגנייזר האולטרסוני באופן פחות מדעי ויותר קשור לקולינריה.
גלי אולטרסאונד ויישומם במזון
טכניקת ההומוגנייזר האולטרסוני קיימת בצורות שונות כבר שנים רבות, אך רק כעת היא מתחילה להשתלב ביישומים קולינריים בקנה מידה קטן יותר. ההומוגנייזר מכיל רכיבים אלקטרוניים מתוחכמים שיכולים להמיר הספק חשמלי לתנודות בתדר גבוה של קצה המתכת, או הסונוטרודה, ולבקר אותן.
הסונוטרודה נעה בעיקר מעלה ומטה בתדר גבוה למדי, מעל תחום השמיעה (למשל 26,000 פעמים בשנייה או 26Khz באמצעות מכשיר הסוניקציה UP200Ht). מידת התנועה של הסונוטרודה מעלה ומטה נקראת אמפליטודה, ובדרך כלל ניתן לכוונן אותה בין 9 ל-240 µm (לשם השוואה, עובי שערת אדם ממוצעת הוא כ-100 µm). במילים פשוטות, הסונוטרודה מתנהגת כמו בוכנה הנעה מעלה ומטה בנוזל.
כאשר הסונוטרודה נעה מעלה ומטה בעודה טבולה בנוזל, היא יוצרת בנוזל שסביבה אזורים של לחץ גבוה ונמוך, ואלה יוצרים בתורם תופעה המכונה קוויטציה. במטבח אנו רואים שהורדת הלחץ (למשל במכונת אריזה בוואקום בעלת תא) גורמת לנוזלים לרתוח בטמפרטורות נמוכות יותר, והעלאת הלחץ (למשל בסיר לחץ) גורמת לנוזלים לרתוח בטמפרטורה גבוהה יותר.
פעימות הלחץ המשתנות במהירות בקצה הסונוטרודה גורמות להיווצרות בועות בנוזל ולאחר מכן לקריסתן המהירה. כל זה מתרחש בקנה מידה זעיר, אך יוצר כוחות עצומים בתוך הנוזל בשל המהירויות, הטמפרטורות והלחצים שנוצרים עקב הקוויטציה. את הכוחות העצומים האלה ניתן לנצל לטובתנו במטבח לצורך מיצוי טעמים באמצעות ביקוע תאים, תחלוב, או פירוק חלקיקים.
UP200Ht – הומוגנייזר אולטרסוני למיקסולוגיה וליישון ולהבשלה של משקאות חריפים מזוקקים
למידע נוסף על תחלוב אולטרסוני של מוס שוקולד טבעוני!
עם זאת, אחד האתגרים בשימוש בציוד זה הוא לרתום את העוצמה הזאת ולשלוט בה באופן שמשפר את המזון.
דגם ההומוגנייזר האולטרסוני UP200Ht שנרכש קובע את ההספק המרבי הזמין למשתמש, ובהומוגנייזר עצמו יש מספר משתנים שבאמצעותם ניתן להתאים את ביצועיו ליישום. לצורך מדריך זה נעשה שימוש במכשיר הסוניקציה של Hielscher בהספק של 200 ואט.
גודל הסונוטרודה
לגודל הסונוטרודה המותקנת יש השפעה ניכרת על האופן שבו המכשיר מעביר את ההספק שלו.
במילים פשוטות מאוד, ככל ששטח הפנים של הסונוטרודה גדול יותר, כך נדרש הספק רב יותר כדי להניע אותה במשרעת נתונה. גם לצמיגות הנוזל יש השפעה רבה על ההספק הנדרש להנעת הסונוטרודה במשרעת נתונה.
דמיינו את הסונוטרודה כבוכנה או כמוט דחיפה: קל יחסית להניע בוכנה במהירות רבה מעלה ומטה בסיר המכיל נוזל דליל כגון מים, גם במהירויות סבירות. אולם אם תמלאו את הסיר ברוטב סמיך, המצב יהיה שונה: עקב הצמיגות המוגברת, יידרש הספק רב יותר כדי להניע את הבוכנה במהירות מעלה ומטה בנוזל. הגדלת הבוכנה או מוט הדחיפה תצריך גם היא מאמץ רב יותר להנעתם מעלה ומטה בנוזל.
כך גם לגבי הסונוטרודה. כאשר מותקנת סונוטרודה גדולה, המכשיר יצטרך לעבוד קשה הרבה יותר כדי ליצור משרעת תנודה נתונה בנוזל בעל צמיגות גבוהה מאשר בנוזל בעל צמיגות נמוכה.
גדלים שונים של סונוטרודות עבור מכשיר הסוניקציה מדגם UP200Ht
בכל הגדרת הספק נתונה, סונוטרודה קטנה יותר תיצור בקצה שלה תנודות לחץ גדולות יותר ועוצמות קוויטציה גבוהות יותר מאשר סונוטרודה גדולה יותר, בשל שטח הפנים שלה (שכן ההספק מרוכז בשטח הפנים של הסונוטרודה הקטנה יותר).
ייתכן שלא ניתן יהיה להניע סונוטרודה גדולה יותר באותה משרעת, שכן לשם כך יידרש הספק רב הרבה יותר, והדבר עלול לגרום לכיבוי המכשיר עקב עומס יתר. במקרה זה יש להקטין את הסונוטרודה או להשיג מכשיר בעל הספק גבוה יותר.
עוצמת האולטרסאונד (בכל הגדרת הספק נתונה) פוחתת ככל ששטח הפנים גדל (סונוטרודות גדולות יותר), ואילו עוצמת ההספק האולטרסוני עולה ככל ששטח הפנים קטן. במילים אחרות, סונוטרודה קטנה יותר מרכזת הספק אולטרסוני רב בשטח קטן, ואילו סונוטרודה גדולה יותר מפזרת את ההספק על פני שטח גדול יותר.
חימום יתר של הדגימה בהחלט עלול לגרום לחלק מאותן ארומות שאתם מנסים ללכוד להיפלט מהמערכת.
הספקי כניסה גבוהים עלולים גם לגרום לפירוק הדגימה, כפי שניתן לראות בשימוש בשמנים מסוימים. שמנים הנחשפים לתשומות אנרגיה גבוהות בקצה ההומוגנייזר עלולים להתפרק ולפתח טעם מאוד לא נעים, שניתן לתארו רק כטעם של שריפה חשמלית!
בחומרים רגישים לטמפרטורה, קירור הדגימה ישפר את התוצאות, למשל באמצעות אמבט קרח או הוספת מעט קרח יבש לדגימה. שימוש בהספקי כניסה נמוכים יותר לאורך פרק זמן ארוך יותר מסייע לפזר את האנרגיה המשתחררת למערכת, וכך גם הפעלת המכשיר במצב פעימות, המאפשר קירור מסוים בין פרצי האולטרסאונד.
באמצעות המערכת האלקטרונית של ההומוגנייזר, המשתמש יכול לבחור להפעיל את המכשיר בשני מצבי בקרה עיקריים.
בקרת משרעת
במצב זה המשתמש בוחר את המשרעת הנדרשת לסונוטרודה ב-% מהמשרעת המרבית. לאחר מכן האלקטרוניקה תנסה להניע את הסונוטרודה במשרעת זו ותתאים את הספק הכניסה של המכשיר כדי לשמור על המשרעת הנדרשת בסונוטרודה. אם שטח הפנים של הסונוטרודה גדול מכדי להניע אותה במשרעת זו באמצעות ההספק הזמין של היחידה, המשרעת לא תגיע לערך שנקבע, והיחידה עשויה להיכבות אם ייווצר מצב של עומס יתר.
גלי אולטרסאונד משמשים במטבח המולקולרי ובמיקסולוגיה ליצירת טעמים ייחודיים. מכשיר הסוניקציה UP200Ht של Hielscher משמש למיצוי ארומות, להחדרת טעמים למשקאות חריפים, להכנת ביטרס וליישון משקאות חריפים ויין.
בקרת הספק הכניסה
במצב זה המשתמש קובע את הספק הכניסה הנדרש בוואט, והאלקטרוניקה תתאים את משרעת התנודות כדי לווסת את הספק הכניסה בהתאם להגדרת המשתמש. מצב זה מאפשר לווסת את ההספק המועבר לנוזל, ובכך להגביל את החום הנוצר בנוזל ולמנוע נזק לדגימות רגישות יותר.
מצב פולסים
בנוסף לשני מצבי הפעולה, קיים מצב פולסים שבו האלקטרוניקה מפעילה ומכבה את המכשיר במחזורים שאת התזמון שלהם קובע המשתמש, החל מהפעלה במשך 10% מהזמן וכיבוי במשך 90% מהזמן ועד להפעלה במשך 90% מהזמן וכיבוי במשך 10% מהזמן. כך נוצר אפקט של פעימות, המועיל הן להגבלת הספק הכניסה הכולל לדגימה והן ליצירת ערבול טוב בתוך הדגימה, עם קלט התחלתי גבוה כאשר האלקטרוניקה מתייצבת במהלך כל מחזור עבודה.
עצות וטיפים כלליים
כאשר משתמשים בהומוגנייזר להחדרת טעמים, מתקבלות תוצאות טובות יותר אם מקטינים את גודל המוצקים לפני ההומוגניזציה, שכן כך גדל שטח הפנים החשוף לסונוטרודה עצמה. אותו עיקרון חל כאשר משתמשים בהומוגנייזר לצורך הקטנת גודל החלקיקים. חשבו על ההומוגנייזר ככלי לגימור עדין ולא כמטחנה לטחינה גסה! בהקטנת גודל החלקיקים, חלק ניכר מהעבודה נעשה באמצעות התנגשויות במהירות גבוהה בין חלקיקים המואצים על ידי הכוחות הנוצרים בסונוטרודה. תוצאות טובות בהרבה יתקבלו אם חלק מהקטנת גודל החלקיקים ייעשה לפני הסוניקציה. כאשר מתחילים לאחר שעיקר הקטנת גודל החלקיקים כבר בוצע, שטח פנים גדול יותר נחשף לסוניקציה והחלקיקים הקטנים יותר יואצו בנוזל מהר יותר, וכתוצאה מכך יתרחשו התנגשויות עזות יותר, בכוח שיפרק את החלקיקים עוד יותר. גם ההומוגנייזר יצטרך לבצע פחות עבודה, וכך ניתן יהיה לשלוט טוב יותר בטמפרטורה.
מכיוון שההומוגנייזר פועל באופן מקומי למדי, כאשר משתמשים בו עם דגימות גדולות יותר, למשל בנפח של כמה מאות מיליליטרים או יותר, כדאי לספק ערבול נוסף כדי להבטיח שהנוזל סביב הסונוטרודה מתחלף, וכך להבטיח סוניקציה מלאה של הדגימה. הדבר נכון במיוחד לדגימות צמיגות יותר. בוחש מגנטי טוב הוא אמצעי שימושי להשגת מטרה זו. הערבול גם מסייע להבטיח שהנוזל סביב הסונוטרודה לא יתחמם יתר על המידה. שימוש באמבט קרח או בחתיכות קרח יבש בתוך הדגימה יעזור לסלק את האנרגיה המועברת באמצעות הסוניקציה. כפי שכבר נדון, אם החומר רגיש לטמפרטורה, השתמשו בהגדרות הספק נמוכות יותר לאורך פרק זמן ממושך יותר ו/או השתמשו במצב פולסים כדי להגביל את הטמפרטורות הנוצרות בדגימה ולאפשר לדגימה להתקרר בין פולסי האולטרסאונד.
Christian Mittermeier ממסעדת Villa Mittermeier, שזכתה בכוכב מישלן, עם מכשיר UP200Ht במהלך תחלוב אולטרסוני
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
ספרות מקצועית
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
הומוגנייזרים אולטרסוניים לרקמות מכונים לעיתים קרובות סוניקטור בעל גשוש / סוניפיקטור, מכשיר ליזיס אולטרסוני, מפרק אולטרסוני, מטחנה אולטרסונית, סונו־רפטור, סוניפייר, מכשיר לפירוק אולטרסוני, מפרק תאים, מפזר אולטרסוני, מתחלֵב או ממיס. המונחים השונים נובעים ממגוון היישומים שניתן לבצע באמצעות סוניקציה.
