Molekuláris konyha és egyéb kulináris alkalmazások

Rövid útmutató a tantételekhez

szerző: Mark Gaston

• Az útmutató tartalmának nagy része könnyen elérhető információ, azonban néha úgy van megírva, hogy nem mindig könnyű olvasni, hacsak nem ismeri a használt kifejezéseket.
• Az alábbiakban elmagyarázzuk az szonikáció fontos kifejezéseit, mint például a sonotrode, amplitúdó stb. és azok hatását a kulináris alkalmazásokra.
• Az alábbi útmutató megpróbálja megmagyarázni az ultrahangos homogenizátor használatát kevésbé tudományos és kulinárisabb módon.

Ultrahanghullámok és alkalmazásuk élelmiszerekre

Az ultrahangos homogenizátor, mint technika, évek óta létezik különböző formákban, de csak most találja meg az utat a kisebb méretű kulináris alkalmazásokba. A homogenizátor néhány kifinomult elektronikát tartalmaz, amelyek átalakíthatják és vezérelhetik az elektromos energiát a fémcsúcs vagy a sonotrode nagyfrekvenciás rezgéseivé.
A sonotrode elsősorban felfelé és lefelé mozog meglehetősen magas frekvencián a hallható tartomány felett (pl. 26000-szer másodpercenként vagy 26Khz a UP200Ht). Azt a mennyiséget, amelyet a sonotrode felfelé és lefelé mozog, amplitúdónak nevezik, és általában 9 és 240 μm között állítható be (az átlagos emberi haj körülbelül 100 μm vastag referenciaként). Egyszerűen fogalmazva, a sonotrode úgy viselkedik, mint egy dugattyú, amely felfelé és lefelé mozog a folyadékban.
Ahogy a sonotrode felfelé és lefelé mozog, miközben folyadékba merül, magas és alacsony nyomású területeket hoz létre a szonotród körüli folyadékban, ez viszont kavitációnak nevezett jelenséget hoz létre. A konyhában azt látjuk, hogy a nyomás csökkentése (például egy kamratömítőben) a folyadékok alacsonyabb hőmérsékleten forr, és a nyomás növelése (például gyorsfőző) a folyadékok magasabb hőmérsékleten forr.
A gyorsan ingadozó nyomáspulzálások a sonotrode csúcsán a buborékok kialakulását, majd gyors összeomlását okozzák a folyadékban. Mindez egy apró skálán történik, de hatalmas erőket hoz létre a folyadékban a Kavitáció. Ezek azok a hatalmas erők, amelyek előnyünkre fordíthatók a konyhában a ízesítések kinyerése mellett megrepedt sejtek vagy A részecskék lebontása.

Ennek a berendezésnek a használata során azonban az egyik kihívás az, hogy ezt az erőt oly módon használjuk ki és irányítsuk, hogy az fokozza az élelmiszereket.
A megvásárolt ultrahangos homogenizáló modell UP200Ht meghatározza a felhasználó számára rendelkezésre álló maximális teljesítményt, és maga a homogenizátor számos változóval rendelkezik, amelyek segítségével teljesítményét az alkalmazáshoz igazíthatja. Ebben az útmutatóban az alkalmazott modell egy 200 watt egység.

Sonotrode méret

A méret Sonotrode A felszerelés jelentős hatással van arra, hogy az egység hogyan adja le teljesítményét.
Nagyon egyszerűen fogalmazva, minél nagyobb a sonotrode felülete, annál nagyobb teljesítményre lesz szüksége ahhoz, hogy bármilyen adott amplitúdóval vezesse. A folyadék viszkozitása szintén nagy hatással lesz a sonotrode adott amplitúdójú meghajtásához szükséges teljesítményre.
Képzelje el a sonotrode-ot dugattyúként vagy dugattyúként, ha a dugattyút nagyon gyorsan mozgatják fel és le egy vékony folyadékban, például vízben, viszonylag könnyű ezt ésszerű sebességgel is megtenni, azonban töltse fel az edényt vastag mártással, és ugyanez nem lesz igaz, sokkal több energiára lesz szükség a dugattyú gyors mozgatásához fel és le a folyadékban a megnövekedett viszkozitás miatt. Növelje a dugattyú vagy a dugattyú méretét, és több erőfeszítést igényel a folyadékban felfelé és lefelé mozgatni.
Ugyanez igaz a sonotrode-ra is. Egy nagy sonotrode felszerelésével az egységnek sokkal keményebben kell dolgoznia, hogy egy adott oszcillációs amplitúdót hozzon létre, ha a folyadék nagy viszkozitással rendelkezik, mint egy alacsony viszkozitású folyadékkal.

Bármely adott teljesítménybeállítás esetén a kisebb sonotrode felülete miatt nagyobb nyomásingadozásokat generál és Magasabb Kavitáció intenzitás a csúcson, mint egy nagyobb sonotrode (mivel az erő egy kisebb sonotrode felületére összpontosít).
Előfordulhat, hogy nem lehet nagyobb sonotrode-ot vezetni ugyanazon az amplitúdóval, mivel ehhez sokkal több teljesítményre lesz szükség, ami a túlterhelés miatt az egység leállítását eredményezheti. Ebben az esetben csökkenteni kell a sonotrode méretét, vagy nagyobb teljesítményű egységet kell kapni.
A bemenet ultrahang intenzitás (bármely adott teljesítménybeállításnál) csökken a növekvő felülettel (nagyobb sonotrodes), ahol az ultrahangos teljesítményintenzitás növekszik a felület csökkenésével, vagy más módon, egy kisebb sonotrode sok ultrahangos teljesítményt helyez egy kis területre, ahol egy nagyobb sonotrode terjeszti a hatalmat egy nagyobb területen.

A homogenizátor használatakor a mintán végzett teljes munka a Tápfeszültség bemenet homogenizátor, a térfogat és a Idő ki van téve. Ahhoz, hogy reprodukálható eredményeket kapjunk, mindhárom paramétert figyelembe kell vennünk. Ne számítson arra, hogy a készüléket két percre egy folyadékkal teli kis csészébe helyezi, majd ugyanazt az eredményt kapja egy liter folyadékban ugyanazon idő alatt! Hasonlóképpen ne feledje, hogy kis mintaméretek és nagy teljesítménybevitel esetén a hőmérséklet a minta gyorsan emelkedik. A hőmérsékletre érzékeny minták esetében jobb, ha hosszabb ideig alacsonyabb teljesítménybeállításokat használnak, lehetővé téve a homogenizátor által hőként bevitt energia elvezetését.
A minta túlmelegedése azt okozhatja, hogy a rögzíteni kívánt aromák egy része kiszabadul a rendszerből.
A nagy teljesítménybevitel a minta lebomlását is okozhatja, amint az bizonyos olajok használatakor látható. Az olajok, ha a homogenizátor csúcsán lévő nagy energiabevitelnek vannak kitéve, lebomlanak, ami rendkívül kellemetlen ízt eredményez, amelyet csak az elektromos égés ízének lehet leírni!
Hőmérsékletre érzékeny anyagok esetében a minta hűtése javítja az eredményeket, például jeges fürdő használatával vagy szárazjég hozzáadásával a mintába. Az alacsonyabb teljesítménybevitel hosszabb ideig történő használata segít eloszlatni a rendszerbe felszabaduló energiát, csakúgy, mint az egység impulzus üzemmódban történő használata, amely lehetővé teszi a hűtést az egyes ultrahangkitörések között.
A homogenizátor elektronikáján belül a felhasználó két fő vezérlési módban működtetheti az egységet.

Amplitúdó szabályozás

Ebben az üzemmódban a felhasználó kiválasztja a sonotrode számára szükséges maximális amplitúdó % -át. Az elektronika ezután megpróbálja meghajtani a sonotrode-ot ezen az amplitúdón, és beállítja a készülék bemeneti teljesítményét, hogy fenntartsa a szükséges amplitúdót a sonotrode-on. Ha a sonotrode felület túl nagy ahhoz, hogy ezen az amplitúdón vezesse az egység rendelkezésre álló teljesítményével, az amplitúdó nem éri el a beállított értéket, és túlterhelési állapot elérésekor leállhat.

Bemeneti teljesítményszabályozás

Ebben az üzemmódban a felhasználó beállítja a szükséges bemeneti teljesítményt wattban, és az elektronika beállítja az oszcillációk amplitúdóját annak érdekében, hogy szabályozza a bemeneti teljesítményt a felhasználó beállításához. Ez az üzemmód lehetővé teszi a folyadékba átvitt teljesítmény szabályozását, és ezáltal a folyadékban keletkező hő korlátozását, elkerülve az érzékenyebb minták károsodását.

impulzus mód

A két üzemmód mellett van egy impulzus üzemmód is, amellyel az elektronika be- és kikapcsol Ciklus, amelynek időzítését a felhasználó az idő 10%-ában és 90%-ában kikapcsolva az idő 90%-ában állítja be, és 10%-on kívül állítja be. Ez pulzáló hatást fejt ki, és hasznos mind a minta teljes teljesítményfelvételének korlátozására, mind pedig a mintán belüli jó keverés megteremtésére, hogy a kezdeti bemenet magas legyen, mivel az elektronika stabilizálódik az egyes munkaciklusok során.

Általános tippek és trükkök

Ha homogenizátort használnak az aromák infúziójához, jobb eredmény érhető el, ha a szilárd anyagok méretét homogenizálás előtt csökkentették, ez növeli a Sonotrode. Ugyanez az elv érvényes, ha homogenizátort használnak szemcseméret csökkentése. Gondoljon a homogenizátorra úgy, mint egy finom simító szerszámra, nem pedig egy talajcsiszolóra! A részecskeméretek csökkentésében a munka nagy részét a részecskék nagy sebességű ütközései gyorsítják a sonotrode-nál keletkező erőket. Sokkal jobb eredményeket kapunk, ha a részecskecsökkentés egy részét szonikálás előtt végezzük. Kezdve a már elvégzett ömlesztett részecskeméret-csökkentés azt jelenti, hogy nagyobb felület van kitéve szonikálásnak, és hogy a kisebb részecskék gyorsabban felgyorsulnak a folyadékban, ami nagyobb ütközéseket eredményez a részecskék további lebontására szolgáló erővel. A homogenizátornak kevesebb munkát kell végeznie, lehetővé téve a hőmérséklet jobb szabályozását.
Mivel a homogenizátor meglehetősen lokalizált szinten működik, hasznos, ha nagyobb, mondjuk több száz milliliteres vagy annál nagyobb mintákkal használják, hogy további keverést biztosítsanak annak biztosítására, hogy a szonotród körüli térfogat frissüljön, biztosítva a minta teljes szonikálását. Ez különösen igaz a következőkre: Viszkózus Minták. A jó mágneses keverő hasznos módja ennek elérésére. A keverés segít abban is, hogy a sonotrode körüli folyadék mennyisége ne legyen túlmelegedve. Jégfürdő vagy szárazjégdarabok használata a mintában segít eltávolítani a szonifikáció által átadott energiát. Amint azt már tárgyaltuk, ha az anyag hőmérséklet-érzékeny, használjon alacsonyabb teljesítménybeállításokat hosszabb ideig, és vagy használja az impulzus módot a mintában generált hőmérséklet korlátozására, lehetővé téve a minta lehűlését a hangimpulzusok között.

---

---

Irodalom

• 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.

Tények, amelyeket érdemes tudni

Az ultrahangos szövethomogenizátorokat gyakran nevezik szonda szonda szonikátornak / szonifikátornak, hangos lizátornak, ultrahangos diszruptornak, ultrahangos darálónak, sono-ruptornak, szonifikátornak, hangos diszmembratornak, sejtrombolónak, ultrahangos diszpergálónak, emulgeálószernek vagy oldónak. A különböző kifejezések a különböző alkalmazásokból erednek, amelyeket szonikálással lehet teljesíteni.