Մոլեկուլային խոհանոց և այլ խոհարարական կիրառություններ
Ուլտրաձայնային մշակումը փոխում է խոհարարների և սննդագիտության մասնագետների՝ սնունդ ու ըմպելիքներ պատրաստելու եղանակները. ուլտրաձայնային արդյունահանումը, թրմեցումը, էմուլգացումը և հոմոգենացումը խոհարարական ստեղծագործություններում ուլտրաձայնային մշակիչների հիմնական կիրառություններն են։ Արագ արդյունահանումից մինչև ավելի մետաքսանման էմուլսիաներ և ուժգնացած բույրեր՝ ուլտրաձայնային ալիքները ձևավորում են բացառիկ համեր և հյուսվածքներ։ Այս հոդվածում կիմանաք, թե ինչպես են խոհարարներն ու սննդի տեխնոլոգներն օգտագործում ուլտրաձայնային կավիտացիան՝ կոկտեյլներից մինչև կոնսոմե ամեն ինչ նորովի պատրաստելու համար։
Սկզբունքների համառոտ ուղեցույց
հրավիրված հեղինակ Մարկ Գաստոնի հոդվածը
- Այս ուղեցույցի բովանդակության մեծ մասը հեշտությամբ հասանելի տեղեկություն է, սակայն երբեմն այն շարադրված է այնպես, որ միշտ չէ, որ հեշտ է կարդալ, եթե ծանոթ չեք օգտագործվող եզրույթներին։
- Ստորև բացատրվում են ուլտրաձայնային մշակման կարևոր եզրույթները, օրինակ՝ սոնոտրոդ, լայնույթ և այլն, ինչպես նաև դրանց ազդեցությունները խոհարարական կիրառություններում։
- Ստորև ներկայացված այս ուղեցույցը փորձում է ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորի օգտագործումը բացատրել պակաս գիտական և խոհարարության հետ ավելի սերտորեն կապված ձևով։
Ուլտրաձայնային ալիքները և դրանց կիրառությունը սննդի մշակման մեջ
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորը՝ որպես տեխնոլոգիա, տարբեր ձևերով գոյություն ունի երկար տարիներ, սակայն միայն այժմ է մուտք գործում փոքր մասշտաբի խոհարարական կիրառությունների ոլորտ։ Հոմոգենիզատորը պարունակում է բարդ էլեկտրոնային բաղադրիչներ, որոնք կարող են էլեկտրական հզորությունը փոխակերպել մետաղական ծայրակալի կամ սոնոտրոդի բարձր հաճախականության տատանումների և կառավարել դրանք։
Սոնոտրոդը հիմնականում շարժվում է վեր ու վար՝ լսելի տիրույթից բարձր, բավականին մեծ հաճախականությամբ (օրինակ՝ վայրկյանում 26 000 անգամ կամ 26Khz՝ օգտագործելով UP200Ht ուլտրաձայնային մշակիչը)։ Սոնոտրոդի վեր ու վար տեղաշարժի մեծությունը կոչվում է լայնույթ և սովորաբար կարող է կարգավորվել 9 և 240 µm սահմաններում (համեմատության համար՝ մարդու մազի միջին հաստությունը մոտ 100 µm է)։ Պարզ ասած՝ սոնոտրոդը գործում է հեղուկում վեր ու վար շարժվող մխոցի նման։
Հեղուկի մեջ ընկղմված սոնոտրոդը վեր ու վար շարժվելիս իր շուրջը հեղուկում ստեղծում է բարձր և ցածր ճնշման գոտիներ, ինչն իր հերթին առաջացնում է կավիտացիա կոչվող երևույթը։ Խոհանոցում տեսնում ենք, որ ճնշման նվազեցումը (օրինակ՝ խցիկային վակուումային փաթեթավորման սարքում) հանգեցնում է հեղուկների եռմանն ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, իսկ ճնշման բարձրացումը (օրինակ՝ ճնշման կաթսայում)՝ ավելի բարձր ջերմաստիճանում։
Սոնոտրոդի ծայրին ճնշման արագ փոփոխվող պուլսացիաները հեղուկում առաջացնում են պղպջակներ, որոնք այնուհետև արագ փլուզվում են։ Այս ամենը տեղի է ունենում շատ փոքր մասշտաբով, սակայն կավիտացիայի առաջացրած արագությունների, ջերմաստիճանների և ճնշումների շնորհիվ հեղուկում ստեղծվում են հսկայական ուժեր։ Հենց այս հսկայական ուժերն են, որոնք խոհանոցում կարելի է ի նպաստ մեզ օգտագործել համերի և բույրերի արդյունահանման համար՝ բջիջների քայքայման միջոցով, էմուլգացման կամ մասնիկների քայքայման համար.
UP200Ht – ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր միքսոլոգիայի և թունդ ալկոհոլային խմիչքների հնեցման ու հասունացման համար
Իմացեք ավելին վեգանական շոկոլադե մուսի ուլտրաձայնային էմուլգացման մասին։
Սակայն այս սարքավորման օգտագործման դժվարություններից մեկն այն է, թե ինչպես կիրառել և կառավարել այս հզորությունը՝ սննդի հատկությունները բարելավելու համար։
Ձեռք բերված UP200Ht մոդելի ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորը որոշում է օգտագործողին հասանելի առավելագույն հզորությունը, իսկ հոմոգենիզատորն ինքն ունի մի շարք փոփոխական պարամետրեր, որոնց միջոցով կարելի է կարգավորել դրա աշխատանքը՝ համապատասխան կիրառությանը հարմարեցնելու համար։ Այս ուղեցույցի համար օգտագործվել է Hielscher ապրանքանիշի 200 վատտ հզորությամբ ուլտրաձայնային մշակիչը։
Սոնոտրոդի չափը
Տեղադրված սոնոտրոդի չափը մեծ ազդեցություն ունի այն բանի վրա, թե սարքն ինչպես է փոխանցում իր հզորությունը։
Շատ պարզ ասած՝ որքան մեծ է սոնոտրոդի մակերեսը, այնքան ավելի մեծ հզորություն է պահանջվում այն ցանկացած տրված լայնույթով շարժման մեջ դնելու համար։ Հեղուկի մածուցիկությունը նույնպես մեծ ազդեցություն ունի սոնոտրոդը տվյալ լայնույթով շարժման մեջ դնելու համար պահանջվող հզորության վրա։
Պատկերացրեք սոնոտրոդը որպես մխոց կամ մխոցաձող․ եթե մխոցը շատ արագ վեր ու վար շարժեք ջրի նման նոսր հեղուկով լի կաթսայի մեջ, դա համեմատաբար հեշտ կլինի նույնիսկ չափավոր արագությունների դեպքում։ Սակայն եթե կաթսան լցնեք թանձր սոուսով, իրավիճակը կփոխվի․ մեծացած մածուցիկության պատճառով մխոցը հեղուկի մեջ արագ վեր ու վար շարժելու համար շատ ավելի մեծ հզորություն կպահանջվի։ Եթե մեծացնեք մխոցի կամ մխոցաձողի չափը, հեղուկի մեջ այն վեր ու վար շարժելու համար նույնպես ավելի մեծ ջանք կպահանջվի։
Նույնը վերաբերում է սոնոտրոդին։ Մեծ սոնոտրոդ տեղադրելու դեպքում սարքը տատանման տվյալ լայնույթն ապահովելու համար ստիպված կլինի շատ ավելի ծանրաբեռնված աշխատել բարձր մածուցիկությամբ հեղուկում, քան ցածր մածուցիկությամբ հեղուկում։
Տարբեր չափերի սոնոտրոդներ՝ նախատեսված UP200Ht մոդելի ուլտրաձայնային մշակիչի համար
Հզորության ցանկացած տրված կարգավորման դեպքում փոքր սոնոտրոդն իր մակերեսի շնորհիվ ծայրի մոտ կառաջացնի ճնշման ավելի մեծ տատանումներ և կավիտացիայի ավելի բարձր ինտենսիվություն, քան մեծ սոնոտրոդը (քանի որ հզորությունը կենտրոնանում է փոքր սոնոտրոդի մակերեսի վրա)։
Ավելի մեծ սոնոտրոդը նույն լայնույթով շարժման մեջ դնելը կարող է անհնար լինել, քանի որ դրա համար շատ ավելի մեծ հզորություն կպահանջվի, ինչը կարող է հանգեցնել գերբեռնվածության պատճառով սարքի անջատմանը։ Այս դեպքում անհրաժեշտ է փոքրացնել սոնոտրոդի չափը կամ ձեռք բերել ավելի մեծ հզորությամբ սարք։
Ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը (հզորության ցանկացած տրված կարգավորման դեպքում) նվազում է մակերեսի մեծացմանը զուգընթաց (ավելի մեծ սոնոտրոդներ), իսկ ուլտրաձայնային հզորության ինտենսիվությունն աճում է մակերեսի փոքրացմանը զուգընթաց։ Այլ կերպ ասած՝ փոքր սոնոտրոդը մեծ ուլտրաձայնային հզորություն է հաղորդում փոքր մակերեսին, մինչդեռ ավելի մեծ սոնոտրոդը հզորությունը բաշխում է ավելի մեծ մակերեսի վրա։
Նմուշի գերտաքացումը միանգամայն կարող է հանգեցնել նրան, որ հենց այն բույրերի մի մասը, որոնք փորձում եք կորզել, հեռանա համակարգից։
Մատակարարվող բարձր հզորությունը կարող է նաև հանգեցնել նմուշի քայքայմանը, ինչպես կարելի է տեսնել որոշ յուղեր օգտագործելիս։ Հոմոգենիզատորի ծայրի մոտ մեծ քանակությամբ էներգիայի ազդեցությանը ենթարկվելիս յուղերը կարող են քայքայվել՝ առաջացնելով խիստ տհաճ համ, որը կարելի է նկարագրել միայն որպես էլեկտրական այրման համ։
Ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն նյութերի դեպքում նմուշի սառեցումը կբարելավի արդյունքները, օրինակ՝ սառցային բաղնիք օգտագործելով կամ նմուշի մեջ որոշ քանակությամբ չոր սառույց ավելացնելով։ Ավելի երկար ժամանակ ավելի ցածր հզորություն մատակարարելն օգնում է ցրել համակարգում անջատվող էներգիան։ Նույնին նպաստում է սարքի իմպուլսային ռեժիմով աշխատանքը, որը թույլ է տալիս որոշ չափով սառեցնել նմուշը ուլտրաձայնի հաջորդական պոռթկումների միջև։
Հոմոգենիզատորի էլեկտրոնային կառավարման համակարգում օգտատերը կարող է ընտրել սարքի աշխատանքի կառավարման երկու հիմնական ռեժիմներից մեկը։
Լայնույթի կառավարում
Այս ռեժիմում օգտվողն ընտրում է սոնոտրոդի համար անհրաժեշտ ամպլիտուդը՝ առավելագույն ամպլիտուդի %-ով։ Այնուհետև էլեկտրոնիկան կփորձի սոնոտրոդն աշխատեցնել այդ ամպլիտուդով և կկարգավորի սարքի մուտքային հզորությունը՝ սոնոտրոդի պահանջվող ամպլիտուդը պահպանելու համար։ Եթե սոնոտրոդի մակերեսն այնքան մեծ է, որ սարքի հասանելի հզորությամբ հնարավոր չէ այն աշխատեցնել այդ ամպլիտուդով, ամպլիտուդը չի հասնի սահմանված արժեքին, իսկ գերբեռնվածության դեպքում սարքը կարող է անջատվել։
Ուլտրաձայնային ալիքները մոլեկուլային խոհարարության և միքսոլոգիայի մեջ օգտագործվում են յուրահատուկ համեր ստեղծելու համար։ Hielscher Sonicator UP200Ht սարքն օգտագործվում է բույրերի էքստրակցիայի, թունդ ալկոհոլային խմիչքների թրմման, բիթերների պատրաստման, ինչպես նաև լիկյորների և գինու հնեցման համար։
Մուտքային հզորության կառավարում
Այս ռեժիմում օգտվողը սահմանում է պահանջվող մուտքային հզորությունը վատտերով, իսկ էլեկտրոնիկան կարգավորում է տատանումների ամպլիտուդը՝ մուտքային հզորությունը օգտվողի սահմանած արժեքին համապատասխանեցնելու համար։ Այս ռեժիմը թույլ է տալիս կարգավորել հեղուկին փոխանցվող հզորությունը և այդպիսով սահմանափակել հեղուկում առաջացող ջերմությունը՝ կանխելով ավելի զգայուն նմուշների վնասումը։
Իմպուլսային ռեժիմ
Բացի աշխատանքի երկու ռեժիմներից, կա նաև իմպուլսային ռեժիմ, որի դեպքում էլեկտրոնիկան պարբերաբար միանում և անջատվում է։ Այդ ցիկլերի ժամանակային հարաբերակցությունը սահմանում է օգտվողը՝ ժամանակի 10%-ի ընթացքում միացված և 90%-ի ընթացքում անջատված վիճակից մինչև ժամանակի 90%-ի ընթացքում միացված և 10%-ի ընթացքում անջատված վիճակ։ Սա ստեղծում է իմպուլսային ազդեցություն և օգտակար է ինչպես նմուշին մատակարարվող ընդհանուր հզորությունը սահմանափակելու, այնպես էլ նմուշի ներսում լավ խառնում ապահովելու համար՝ սկզբնական բարձր մուտքի հետ կապված, երբ էլեկտրոնիկան կայունանում է յուրաքանչյուր աշխատանքային ցիկլի ընթացքում։
Ընդհանուր խորհուրդներ և հնարքներ
Հոմոգենիզատորը համային նյութերի ներմուծման համար օգտագործելիս ավելի լավ արդյունքներ են ստացվում, երբ պինդ նյութերի չափերը փոքրացվել են մինչև հոմոգենացումը՝ մեծացնելով այն մակերեսը, որի վրա ազդում է սոնոտրոդը։ Նույն սկզբունքը գործում է նաև, երբ հոմոգենիզատորն օգտագործվում է մասնիկների չափը փոքրացնելու համար։ Հոմոգենիզատորը դիտարկեք որպես նուրբ վերջնամշակման գործիք, այլ ոչ թե կոպիտ աղաց։ Մասնիկների չափը փոքրացնելիս աշխատանքի մեծ մասը կատարվում է սոնոտրոդի առաջացրած ուժերով արագացվող մասնիկների բարձր արագությամբ բախումների շնորհիվ։ Շատ ավելի լավ արդյունքներ կստացվեն, եթե մասնիկների չափի փոքրացման մի մասը կատարվի մինչև ուլտրաձայնային մշակումը։ Եթե աշխատանքն սկսելու պահին մասնիկների չափի հիմնական փոքրացումն արդեն կատարված է, ապա ուլտրաձայնային ազդեցությանն ավելի մեծ մակերես է ենթարկվում, իսկ ավելի փոքր մասնիկները հեղուկում ավելի արագ են արագացվում՝ հանգեցնելով ավելի ուժգին բախումների, որոնց ուժը նպաստում է մասնիկների հետագա մանրացմանը։ Հոմոգենիզատորը նույնպես ստիպված կլինի ավելի քիչ աշխատանք կատարել, ինչը թույլ կտա ավելի լավ վերահսկել ջերմաստիճանը։
Քանի որ հոմոգենիզատորն աշխատում է բավական տեղային մակարդակում, ավելի մեծ՝ օրինակ մի քանի հարյուր միլիլիտր կամ ավելի ծավալով նմուշների հետ աշխատելիս օգտակար է ապահովել լրացուցիչ խառնում, որպեսզի սոնոտրոդի շուրջ հեղուկի ծավալը թարմացվի՝ ապահովելով նմուշի ամբողջական ուլտրաձայնային մշակումը։ Սա հատկապես վերաբերում է ավելի մածուցիկ նմուշներին։ Լավ մագնիսական խառնիչը դրան հասնելու օգտակար միջոց է։ Խառնումը նաև օգնում է ապահովել, որ սոնոտրոդի շուրջ հեղուկի ծավալը չգերտաքանա։ Սառցային բաղնիքի օգտագործումը կամ նմուշի մեջ չոր սառույցի կտորներ ավելացնելը կօգնի հեռացնել ուլտրաձայնային մշակմամբ հաղորդված էներգիան։ Ինչպես արդեն քննարկվել է, եթե նյութը ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն է, օգտագործեք հզորության ավելի ցածր կարգավորումներ ավելի երկար ժամանակահատվածում և/կամ կիրառեք իմպուլսային ռեժիմը՝ նմուշում առաջացող ջերմաստիճանները սահմանափակելու և ուլտրաձայնային իմպուլսների միջև նմուշի սառչելը հնարավոր դարձնելու համար։
Միշլենի աստղի արժանացած Villa Mittermeier ռեստորանից Քրիստիան Միտերմայերը՝ UP200Ht սարքով ուլտրաձայնային էմուլգացման ընթացքում
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Գրականություն
- 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.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Հյուսվածքների ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները հաճախ անվանում են զոնդային ուլտրաձայնային մշակիչ/ուլտրաձայնային մշակիչ, ձայնային լիզատոր, ուլտրաձայնային քայքայիչ, ուլտրաձայնային աղաց, ձայնային պատռիչ, ձայնային մշակիչ, ձայնային մասնատիչ, բջիջների քայքայիչ, ուլտրաձայնային դիսպերսատոր, էմուլգատոր կամ լուծիչ։ Տարբեր անվանումները պայմանավորված են այն բազմազան կիրառություններով, որոնք հնարավոր է իրականացնել ուլտրաձայնային մշակման միջոցով։
