Molekuláris konyha és egyéb kulináris alkalmazások

Az ultrahangos kezelés átalakítja azt, ahogyan a séfek és az élelmiszerkutatók ételeket és italokat készítenek: az ultrahangos extrakció, ízesítés, emulgeálás és homogenizálás az ultrahangos kezelőberendezések kulcsfontosságú alkalmazásai a kulináris alkotásokban. A gyors extrakciótól a selymesebb emulziókig és az intenzívebb aromákig az ultrahanghullámok kiemelkedő ízeket és textúrákat alakítanak ki. Ebből a cikkből megtudhatja, hogyan használják a séfek és az élelmiszer-technológusok az ultrahangos kavitációt a koktéloktól az erőlevesekig mindenféle étel és ital újraalkotására.

Rövid útmutató az alapelvekhez

Mark Gaston vendégcikke

• Az útmutató tartalmának nagy része könnyen hozzáférhető információ, amelyet azonban olykor úgy fogalmaznak meg, hogy nem mindig könnyű olvasni, hacsak nem ismerjük a használt szakkifejezéseket.
• Az alábbiakban az ultrahangos kezelés fontos szakkifejezéseit, például a szonotródát, az amplitúdót stb., valamint ezek kulináris alkalmazásokra gyakorolt hatását ismertetjük.
• Az alábbi útmutató az ultrahangos homogenizátor használatát kevésbé tudományos, inkább a kulináris alkalmazásokhoz kapcsolódó módon igyekszik elmagyarázni.

Ultrahanghullámok és alkalmazásuk az élelmiszerekben

Az ultrahangos homogenizálás mint technika különböző formákban már sok éve létezik, de csak most kezd megjelenni a kisebb léptékű kulináris alkalmazásokban. A homogenizátor fejlett elektronikát tartalmaz, amely az elektromos teljesítményt a fémhegy vagy szonotróda nagyfrekvenciás rezgéseivé alakítja, és szabályozza azokat.
A szonotróda elsősorban fel-le mozog, meglehetősen magas, a hallható tartomány feletti frekvenciával (pl. másodpercenként 26 000 alkalommal, vagy 26Khz frekvenciával az UP200Ht ultrahangos kezelőberendezés esetében). A szonotróda fel-le mozgásának mértékét amplitúdónak nevezzük, amely jellemzően 9 és 240 µm között állítható (összehasonlításképpen: egy átlagos emberi hajszál körülbelül 100 µm vastag). Egyszerűen fogalmazva a szonotróda úgy viselkedik, mint egy, a folyadékban fel-le mozgó dugattyú.
Amikor a folyadékba merített szonotróda fel-le mozog, nagy és kis nyomású területeket hoz létre a körülötte lévő folyadékban, ami a kavitációnak nevezett jelenséget idézi elő. A konyhában is tapasztalhatjuk, hogy a nyomás csökkentése (például kamrás vákuumcsomagolóban) alacsonyabb hőmérsékleten forralja fel a folyadékokat, míg a nyomás növelése (például kuktában) magasabb hőmérsékleten idézi elő a forrásukat.
A szonotróda hegyénél fellépő, gyorsan változó nyomásingadozások buborékok képződését, majd gyors összeomlását okozzák a folyadékban. Mindez igen kis léptékben zajlik, de a kavitáció által létrehozott sebességek, hőmérsékletek és nyomások következtében hatalmas erők keletkeznek a folyadékban. Ezeket a hatalmas erőket fordíthatjuk a javunkra a konyhában az ízanyagok kinyerésére a sejtek feltárásával, emulgeálásra, vagy a részecskék aprítására.

 

Tekintse meg, hogyan alakítja a Hielscher UP200Ht ultrahangos készülék a növényi alapú csokoládéemulziót selymes, stabil vegán csokoládéhabbá. Az ultrahangos kavitáció finom diszpergálást, fokozott emulzióstabilitást és optimális állagot biztosít – megteremtve a tökéletes, csokoládéban gazdag, tejmentes desszert alapját. Az ultrahangos kezelés a csokoládé zsiradékaiból és vízből stabil, szubmikronos cseppméretű emulziót hoz létre, így intenzív ízélményt és sima, egységes szájérzetet biztosít. Emellett felbontja a keményítők, fehérjék és szilárd kakaórészecskék agglomerátumait a maximális krémesség és az intenzívebb íz érdekében.

Tudjon meg többet a vegán csokoládémousse ultrahangos emulgeálásáról!
 

A berendezés használatának egyik kihívása azonban ennek a teljesítménynek olyan módon történő hasznosítása és szabályozása, amely javítja az élelmiszerek minőségét.
A megvásárolt UP200Ht típusú ultrahangos homogenizátor határozza meg a felhasználó számára rendelkezésre álló maximális teljesítményt, maga a homogenizátor pedig számos olyan változóval rendelkezik, amelyekkel működése az alkalmazáshoz igazítható. Ehhez az útmutatóhoz a Hielscher 200 wattos ultrahangos kezelőberendezését használtuk.

A szonotróda mérete

A felszerelt szonotróda mérete jelentősen befolyásolja, hogyan adja át a készülék a teljesítményét.
Nagyon egyszerűen fogalmazva: minél nagyobb a szonotróda felülete, annál nagyobb teljesítmény szükséges ahhoz, hogy adott amplitúdóval rezegjen. A folyadék viszkozitása szintén jelentősen befolyásolja a szonotróda adott amplitúdójú rezgetéséhez szükséges teljesítményt.
Képzeljük el a szonotródát dugattyúként vagy nyomórúdként: ha a dugattyút nagyon gyorsan fel-le mozgatjuk egy híg folyadékkal, például vízzel teli edényben, ezt még számottevő sebességnél is viszonylag könnyű megtenni. Ha azonban az edényt sűrű mártással töltjük meg, ez már nem lesz igaz: a megnövekedett viszkozitás miatt sokkal nagyobb teljesítmény szükséges ahhoz, hogy a dugattyút gyorsan fel-le mozgassuk a folyadékban. Ha növeljük a dugattyú vagy nyomórúd méretét, szintén nagyobb erőfeszítésre lesz szükség a folyadékban történő fel-le mozgatásához.
Ugyanez igaz a szonotródára is. Nagy szonotróda felszerelésekor a készüléknek sokkal nagyobb erőkifejtésre van szüksége egy adott rezgési amplitúdó létrehozásához nagy viszkozitású folyadékban, mint kis viszkozitásúban.
 

 

Bármely adott teljesítménybeállítás mellett a kisebb szonotróda a felülete miatt nagyobb nyomásingadozásokat és magasabb kavitációs intenzitást hoz létre a hegyénél, mint egy nagyobb szonotróda (mivel a teljesítmény a kisebb szonotróda felületére összpontosul).
Előfordulhat, hogy egy nagyobb szonotróda nem működtethető ugyanazzal az amplitúdóval, mivel ehhez sokkal nagyobb teljesítmény szükséges, ami a készülék túlterhelés miatti leállásához vezethet. Ebben az esetben csökkenteni kell a szonotróda méretét, vagy nagyobb teljesítményű készüléket kell beszerezni.
Az ultrahang intenzitása (bármely adott teljesítménybeállítás mellett) a felület növekedésével csökken (nagyobb szonotródák), míg az ultrahang teljesítményintenzitása a felület csökkenésével növekszik. Másképpen fogalmazva: egy kisebb szonotróda nagy ultrahangos teljesítményt juttat kis területre, míg egy nagyobb szonotróda nagyobb területen osztja el a teljesítményt.

A homogenizátor használatakor a mintán végzett teljes munka a homogenizátor bevitt teljesítményének , a minta térfogatának és a kezelés időtartamának együtteséből adódik. A reprodukálható eredmények eléréséhez mindhárom paramétert figyelembe kell vennünk. Ne várjuk, hogy ha a készüléket két percre egy kis, folyadékkal teli csészébe helyezzük, akkor ugyanennyi idő alatt egy liter folyadékban is ugyanazt az eredményt kapjuk! Azt is tartsuk szem előtt, hogy kis mintamennyiség és nagy bevitt teljesítmény esetén a minta hőmérséklete gyorsan emelkedik. Hőmérsékletre érzékeny minták esetén jobb hosszabb ideig alacsonyabb teljesítménybeállítást használni, hogy a homogenizátor által bevitt energia hő formájában el tudjon távozni.
A minta túlmelegedése könnyen azt okozhatja, hogy éppen a megőrizni kívánt aromák egy része távozik a rendszerből.
A nagy bevitt teljesítmény a minta bomlását is okozhatja, amint az bizonyos olajok használatakor megfigyelhető. A homogenizátor hegyénél nagy energiabevitelnek kitett olajok lebomolhatnak, ami rendkívül kellemetlen ízt eredményez, és ez csak az elektromos égés ízeként írható le!
Hőmérsékletre érzékeny anyagok esetén a minta hűtése javítja az eredményeket, például jégfürdő használatával vagy némi szárazjég mintához adásával. Az alacsonyabb bevitt teljesítmény hosszabb időn át történő alkalmazása segíti a rendszerben felszabaduló energia eloszlását, akárcsak a készülék impulzusüzemmódban történő használata, amely az egyes ultrahangimpulzusok között némi hűlést tesz lehetővé.
A homogenizátor elektronikájának segítségével a felhasználó két fő szabályozási mód közül választhat a készülék működtetéséhez.

Amplitúdószabályozás

Ebben az üzemmódban a felhasználó kiválasztja, hogy a szonotróda maximális amplitúdójának hány %-ára van szükség. Az elektronika ezután megpróbálja ezzel az amplitúdóval rezgetni a szonotródát, és a készülék bemeneti teljesítményét úgy állítja be, hogy a szonotródán fenntartsa a kívánt amplitúdót. Ha a szonotróda felülete túl nagy ahhoz, hogy a készülék rendelkezésre álló teljesítményével ezen az amplitúdón működjön, az amplitúdó nem éri el a beállított értéket, és túlterhelés esetén a készülék leállhat.

Saját fűszerkivonatokat vagy szószokat szeretne készíteni? Legyen szó éttermi konyháról, ambiciózus séfhelyettesről vagy kereskedelmi gyártóról, a Hielscher ultrahangos berendezéseivel rövid idő alatt kiváló minőségű kivonatok és szószok készíthetők. Készítsen saját maga biokivonatokat! Hagyja el a tartósítószereket! Kizárólag az Ön által kiválasztott alapanyagokat használja!

A bemeneti teljesítmény szabályozása

Ebben az üzemmódban a felhasználó wattban állítja be a kívánt bevitt teljesítményt, az elektronika pedig úgy módosítja a rezgések amplitúdóját, hogy a bemeneti teljesítményt a felhasználó által beállított értékre szabályozza. Ez az üzemmód lehetővé teszi a folyadéknak átadott teljesítmény szabályozását, és ezáltal a folyadékban keletkező hő korlátozását, elkerülve az érzékenyebb minták károsodását.

Impulzusüzemmód

A két üzemmód mellett impulzusüzemmód is rendelkezésre áll, amelyben az elektronika ciklikusan be- és kikapcsol. Ennek időzítését a felhasználó állítja be: az idő 10%-ában bekapcsolt és 90%-ában kikapcsolt állapottól az idő 90%-ában bekapcsolt és 10%-ában kikapcsolt állapotig. Ez pulzáló hatást eredményez, és hasznos mind a mintába bevitt összteljesítmény korlátozására, mind a mintán belüli megfelelő keveredés létrehozására, összefüggésben a nagy kezdeti bevitellel, miközben az elektronika minden működési ciklus során stabilizálódik.

Általános tanácsok és praktikák

Ha a homogenizátort ízanyagok bevitelére használjuk, jobb eredményeket kapunk, ha a szilárd anyagok méretét a homogenizálás előtt csökkentjük, mert ezáltal megnő a szilárd anyagok felülete, amelyre a szonotróda hatást gyakorol. Ugyanez az elv érvényes akkor is, ha a homogenizátort a részecskeméret csökkentésére használjuk. A homogenizátorra finom megmunkáló eszközként gondoljunk, ne durva őrlőként! A részecskeméret csökkentésekor a munka jelentős részét a szonotródánál keletkező erők által felgyorsított részecskék nagy sebességű ütközései végzik. Sokkal jobb eredmények érhetők el, ha a részecskeaprítás egy részét már az ultrahangos kezelés előtt elvégezzük. Ha az elsődleges részecskeaprítást már a kezelés megkezdése előtt elvégeztük, nagyobb felület lesz kitéve az ultrahangos kezelésnek, és a kisebb részecskék gyorsabban gyorsulnak fel a folyadékban, ami intenzívebb ütközésekhez vezet, amelyek ereje tovább aprítja a részecskéket. A homogenizátornak is kevesebb munkát kell végeznie, így a hőmérséklet jobban szabályozható.
Mivel a homogenizátor meglehetősen helyileg fejti ki hatását, nagyobb, például több száz milliliteres vagy még nagyobb minták esetén célszerű kiegészítő keverést alkalmazni, hogy a szonotróda körüli folyadékmennyiség folyamatosan cserélődjön, biztosítva a minta teljes ultrahangos kezelését. Ez különösen igaz a nagyobb viszkozitású mintákra. Egy jó mágneses keverő hasznos eszköz ennek elérésére. A keverés abban is segít, hogy a szonotróda körüli folyadékmennyiség ne melegedjen túl. Jégfürdő vagy a mintába helyezett szárazjégdarabok használata segít elvezetni az ultrahangos kezelés által bevitt energiát. Ahogyan már említettük, ha az anyag hőmérsékletre érzékeny, használjunk alacsonyabb teljesítménybeállítást hosszabb ideig, és/vagy alkalmazzunk impulzusüzemmódot a mintában kialakuló hőmérséklet korlátozására, lehetővé téve, hogy a minta az ultrahangimpulzusok között lehűljön.

---

---

Szakirodalom

• 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.

 

Ebben a videóban Simon, a GuerillaChefs.de képviseletében bemutatja, hogyan használható a Hielscher UP200Ht kézi ultrahangos készülék víz friss gombával történő gyors aromásítására – ez a konyhaművészetben és a molekuláris gasztronómiában alkalmazott innovatív technika. Az ultrahangos kezelés fokozza az ízanyagok kinyerését, és másodpercek alatt juttatja a finom aromavegyületeket a vizes fázisba, lehetővé téve kifinomult alaplevek, áztatott kivonatok vagy ízalapok hőkezelés nélküli, adalékanyag-mentes előállítását. Ideális olyan séfek és élelmiszeripari újítók számára, akik pontosságra és intenzitásra törekednek a természetes ízek kialakításában.