Molekularna kuhinja i druge kulinarske primjene

Sonikacija mijenja način na koji kuhari i prehrambeni znanstvenici pripremaju hranu i pića: ultrazvučna ekstrakcija, infuzija, emulgiranje i homogenizacija ključne su primjene sonikatora u stvaranju kulinarskih kreacija. Od brzih ekstrakcija do svilenkastijih emulzija i intenzivnijih aroma, ultrazvučni valovi razvijaju izvanredne okuse i teksture. U ovom ćete članku saznati kako kuhari i prehrambeni tehnolozi primjenjuju ultrazvučnu kavitaciju kako bi iznova osmislili sve, od koktela do bistrih juha consommé.

Kratak vodič kroz načela

gostujući članak autora Marka Gastona

• Većinu sadržaja ovog vodiča čine lako dostupne informacije, no one su ponekad napisane na način koji nije uvijek lako čitati ako niste upoznati s upotrijebljenim pojmovima.
• U nastavku su objašnjeni važni pojmovi vezani uz sonikaciju, kao što su sonotroda, amplituda itd., te njihovi učinci u kulinarskim primjenama.
• Ovaj vodič u nastavku nastoji objasniti upotrebu ultrazvučnog homogenizatora na manje znanstven način, više povezan s kulinarstvom.

Ultrazvučni valovi i njihova primjena u obradi hrane

Ultrazvučni homogenizator kao tehnika postoji već mnogo godina u različitim oblicima, no tek sada pronalazi put do kulinarskih primjena manjeg opsega. Homogenizator sadrži sofisticiranu elektroniku koja električnu snagu može pretvarati u visokofrekventne vibracije metalnog vrha ili sonotrode te upravljati tim pretvaranjem.
Sonotroda se prvenstveno pomiče gore-dolje na prilično visokoj frekvenciji iznad čujnog raspona (npr. 26.000 puta u sekundi ili 26Khz uz sonikator UP200Ht). Veličina pomaka sonotrode gore-dolje naziva se amplituda i obično se može podešavati između 9 i 240 µm (za usporedbu, prosječna ljudska vlas debela je oko 100 µm). Jednostavno rečeno, sonotroda se ponaša poput klipa koji se u tekućini pomiče gore-dolje.
Dok se sonotroda uronjena u tekućinu pomiče gore-dolje, u tekućini oko nje stvara područja visokog i niskog tlaka, što pak dovodi do pojave poznate kao kavitacija. U kuhinji vidimo da snižavanje tlaka (primjerice u komornom uređaju za vakuumsko pakiranje) uzrokuje vrenje tekućina pri nižim temperaturama, dok povećanje tlaka (primjerice u ekspres-loncu) uzrokuje vrenje tekućina pri višoj temperaturi.
Brzo promjenjive pulsacije tlaka na vrhu sonotrode uzrokuju nastanak, a zatim brz kolaps mjehurića u tekućini. Sve se to događa na vrlo maloj skali, ali zbog brzina, temperatura i tlakova nastalih kavitacijom stvara goleme sile u tekućini. Upravo te goleme sile možemo iskoristiti u kuhinji za ekstrakciju aroma putem razaranja stanica, emulgiranje, ili razgradnju čestica.

 

Pogledajte kako sonikator Hielscher UP200Ht pretvara čokoladnu emulziju na biljnoj bazi u svilenkast, stabilan veganski čokoladni mousse. Ultrazvučna kavitacija osigurava fino dispergiranje, veću stabilnost emulzije i optimalnu teksturu – stvarajući preduvjete za savršen desert bez mliječnih proizvoda, bogat čokoladom. Stvaranjem stabilne emulzije čokoladnih masti i vode s kapljicama submikrometarske veličine sonikacija doprinosi intenzivnom okusu i glatkoj, povezanoj teksturi u ustima. Osim toga, ultrazvučna obrada razbija aglomerate škroba, proteina i krutih čestica kakaa za vrhunsku kremoznost i intenzivniji okus.

Saznajte više o ultrazvučnom emulgiranju veganskog čokoladnog moussea!
 

Jedan je od izazova pri upotrebi ove opreme iskoristiti i kontrolirati tu snagu na način koji poboljšava hranu.
Kupljeni ultrazvučni homogenizator model UP200Ht određuje najveću snagu dostupnu korisniku, a sam homogenizator ima niz varijabli kojima se njegov rad može prilagoditi primjeni. Za potrebe ovog vodiča upotrijebljen je Hielscher sonikator snage 200 vata.

Veličina sonotrode

Veličina ugrađene sonotrode znatno utječe na način na koji uređaj prenosi svoju snagu.
Vrlo jednostavno rečeno, što je površina sonotrode veća, to će biti potrebno više snage za njezino pokretanje pri bilo kojoj zadanoj amplitudi. Viskoznost tekućine također će znatno utjecati na snagu potrebnu za pokretanje sonotrode pri zadanoj amplitudi.
Zamislite sonotrodu kao klip ili potiskivač: pomicanje klipa vrlo brzo gore-dolje u loncu s rijetkom tekućinom poput vode relativno je lako, čak i pri umjerenim brzinama. Međutim, napunite li lonac gustim umakom, to više neće biti tako: zbog povećane viskoznosti bit će potrebno mnogo više snage za brzo pomicanje klipa gore-dolje u tekućini. Povećate li veličinu klipa ili potiskivača, za njegovo pomicanje gore-dolje u tekućini također će biti potrebna veća sila.
Isto vrijedi i za sonotrodu. Kada je ugrađena velika sonotroda, uređaj će morati raditi mnogo intenzivnije kako bi postigao zadanu amplitudu titranja u tekućini visoke viskoznosti nego u tekućini niske viskoznosti.
 

 

Pri bilo kojoj zadanoj postavci snage manja će sonotroda zbog svoje površine na vrhu stvarati veće oscilacije tlaka i veće intenzitete kavitacije nego veća sonotroda (jer je snaga usmjerena na manju površinu sonotrode).
Možda neće biti moguće pokretati veću sonotrodu pri istoj amplitudi jer će za to biti potrebno mnogo više snage, što može dovesti do isključivanja uređaja zbog preopterećenja. U tom je slučaju potrebno smanjiti veličinu sonotrode ili nabaviti uređaj veće snage.
Intenzitet ultrazvuka (pri bilo kojoj zadanoj postavci snage) smanjuje se s povećanjem površine (veće sonotrode), dok se intenzitet ultrazvučne snage povećava sa smanjenjem površine. Drugim riječima, manja sonotroda prenosi veliku ultrazvučnu snagu na malu površinu, dok veća sonotroda raspoređuje snagu na veću površinu.

Pri uporabi homogenizatora ukupni rad izvršen na uzorku kombinacija je ulazne snage homogenizatora, volumena uzorka i vremena tijekom kojeg je uzorak izložen obradi. Kako bismo dobili ponovljive rezultate, moramo uzeti u obzir sva tri parametra. Nemojte očekivati da ćete uređaj staviti u malu šalicu punu tekućine na dvije minute, a zatim dobiti isti rezultat u litri tekućine tijekom istog razdoblja! Također imajte na umu da će kod malih uzoraka i visokih ulaznih snaga temperatura uzorka brzo rasti. Za uzorke osjetljive na temperaturu bolje je primjenjivati niže postavke snage tijekom duljeg razdoblja kako bi se energija koju homogenizator unosi u obliku topline mogla odvesti.
Pregrijavanje uzorka lako može uzrokovati da neke od upravo onih aroma koje pokušavate zadržati napuste sustav.
Visoke ulazne snage također mogu uzrokovati razgradnju uzorka, što se može uočiti pri uporabi određenih ulja. Ulja se pri izlaganju velikom unosu energije na vrhu homogenizatora mogu razgraditi, što rezultira izrazito neugodnim okusom koji se može opisati jedino kao okus električne paljevine!
Kod materijala osjetljivih na temperaturu hlađenje uzorka poboljšat će rezultate, primjerice uporabom ledene kupelji ili dodavanjem malo suhog leda u uzorak. Primjena nižih ulaznih snaga tijekom duljeg razdoblja pomaže u raspršivanju energije oslobođene u sustavu, kao i uporaba uređaja u pulsnom načinu rada, koji omogućuje određeno hlađenje između pojedinih ultrazvučnih impulsa.
Elektronika homogenizatora korisniku omogućuje odabir dvaju glavnih načina upravljanja uređajem.

Upravljanje amplitudom

U ovom načinu rada korisnik odabire potreban % maksimalne amplitude sonotrode. Elektronika će zatim pokušati pokretati sonotrodu pri toj amplitudi i prilagođavati ulaznu snagu uređaja kako bi održala potrebnu amplitudu sonotrode. Ako je površina sonotrode prevelika da bi se sonotroda pokretala pri toj amplitudi raspoloživom snagom uređaja, amplituda neće dosegnuti zadanu vrijednost, a uređaj se može isključiti ako dođe do preopterećenja.

Želite li proizvoditi vlastite ekstrakte začina ili umake? Bilo da su namijenjeni restoranskoj kuhinji, ambicioznom pomoćnom šefu kuhinje ili komercijalnim proizvođačima, ultrazvučnom opremom Hielscher možete u kratkom vremenu proizvesti visokokvalitetne ekstrakte i umake. Izradite sami organske ekstrakte! Izbacite konzervanse! Upotrebljavajte samo sastojke koje sami odaberete!

Regulacija ulazne snage

U ovom načinu rada korisnik postavlja potrebnu ulaznu snagu u vatima, a elektronika prilagođava amplitudu oscilacija kako bi regulirala ulaznu snagu prema korisnikovoj postavci. Ovaj način rada omogućuje regulaciju snage koja se prenosi u tekućinu, a time i ograničavanje topline koja u njoj nastaje, čime se izbjegava oštećenje osjetljivijih uzoraka.

Pulsni način rada

Uz dva načina rada postoji i pulsni način rada, pri kojem se elektronika uključuje i isključuje u ciklusima čije trajanje postavlja korisnik, od uključenosti tijekom 10% vremena i isključenosti tijekom 90% vremena do uključenosti tijekom 90% vremena i isključenosti tijekom 10% vremena. Time se postiže pulsirajući učinak, što je korisno i za ograničavanje ukupne ulazne snage u uzorak i za postizanje dobrog miješanja unutar uzorka, uz visok početni unos dok se elektronika stabilizira tijekom svakog radnog ciklusa.

Opći savjeti i trikovi

Pri upotrebi homogenizatora za infuziju okusa bolji se rezultati postižu ako se veličina čvrstih tvari smanji prije homogenizacije jer se time povećava površina izložena sonotrodi. Isto načelo vrijedi pri upotrebi homogenizatora za smanjenje veličine čestica. Zamislite homogenizator kao alat za finu završnu obradu, a ne kao uređaj za grubo mljevenje! Pri smanjenju veličine čestica velik dio rada obavljaju sudari velikom brzinom između čestica koje ubrzavaju sile nastale na sonotrodi. Mnogo bolji rezultati postići će se ako se dio smanjenja veličine čestica obavi prije sonikacije. Ako je glavnina smanjenja veličine čestica već obavljena prije početka, veća je površina izložena sonikaciji, a manje će se čestice brže ubrzavati u tekućini, što dovodi do intenzivnijih sudara sa silom koja dodatno usitnjava čestice. Homogenizator će također morati obaviti manje rada, što omogućuje bolju kontrolu temperature.
Budući da homogenizator djeluje prilično lokalizirano, pri radu s većim uzorcima, primjerice od nekoliko stotina mililitara ili više, korisno je osigurati dodatno miješanje kako bi se sadržaj oko sonotrode obnavljao te kako bi se osigurala potpuna sonikacija uzorka. To posebno vrijedi za viskoznije uzorke. Dobra magnetska miješalica koristan je način da se to postigne. Miješanje također pomaže spriječiti pregrijavanje tekućine oko sonotrode. Upotreba ledene kupelji ili komadića suhog leda u uzorku pomoći će u odvođenju energije unesene sonikacijom. Kao što je već navedeno, ako je materijal osjetljiv na temperaturu, upotrebljavajte niže postavke snage tijekom duljeg razdoblja i/ili pulsni način rada kako biste ograničili temperature koje nastaju u uzorku i omogućili da se uzorak ohladi između ultrazvučnih impulsa.

---

---

Literatura

• 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.

 

U ovom videozapisu Simon s GuerillaChefs.de prikazuje uporabu ručnog sonikatora Hielscher UP200Ht za brzu aromatizaciju vode svježim gljivama – inovativnu tehniku koja se primjenjuje u kulinarstvu i molekularnoj gastronomiji. Ultrazvučna obrada poboljšava ekstrakciju okusa i u nekoliko sekundi prenosi nježne aromatske spojeve u vodenu fazu, omogućujući obradu bez zagrijavanja i bez dodatnih aditiva za pripremu profinjenih temeljaca, infuzija ili aromatskih baza. Idealno za kuhare i prehrambene inovatore koji traže preciznost i intenzitet u razvoju prirodnih okusa.