Masakan Molekuler dan Aplikasi Kuliner lainnya

Sonikasi mengubah cara koki dan ilmuwan makanan menyiapkan makanan dan minuman: ekstraksi ultrasonik, infus, emulsifikasi, dan homogenisasi adalah aplikasi utama sonikator untuk kreasi kuliner. Dari ekstraksi yang cepat hingga emulsi yang lebih sutra dan aroma yang lebih kuat, gelombang ultrasonik mengembangkan rasa dan tekstur yang luar biasa. Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari bagaimana koki dan ahli teknologi makanan memanfaatkan kavitasi ultrasonik untuk menciptakan segala sesuatu, mulai dari koktail hingga consommé.

Sebuah Panduan Singkat untuk Prinsip-prinsipnya

artikel tamu oleh Mark Gaston

• Sebagian besar isi dari panduan ini adalah informasi yang tersedia, namun terkadang ditulis dengan cara yang tidak selalu mudah dibaca kecuali Anda terbiasa dengan istilah yang digunakan.
• Di bawah ini, istilah penting dari sonication seperti sonotrode, amplitudo dll dan efeknya pada aplikasi kuliner yang dijelaskan.
• Panduan di bawah ini mencoba menjelaskan penggunaan homogenizer ultrasonik dengan cara yang kurang ilmiah dan lebih terkait dengan kuliner.

Gelombang Ultrasuara dan Aplikasinya terhadap Makanan

Homogenizer ultrasonik sebagai teknik telah ada selama bertahun-tahun dalam berbagai bentuk, tetapi baru saja menemukan jalannya ke aplikasi kuliner skala kecil. Homogenizer berisi beberapa elektronik canggih yang dapat mengubah dan mengontrol daya listrik menjadi getaran frekuensi tinggi dari ujung logam atau sonotroda.
Sonotrode bergerak terutama naik turun dengan frekuensi yang cukup tinggi di atas rentang yang dapat didengar (misalnya 26000 kali per detik atau 26Khz dengan Sonicator UP200Ht). Jumlah sonotrode yang bergerak naik turun disebut amplitudo dan biasanya dapat disesuaikan antara 9 dan 240 μm (rata-rata rambut manusia sekitar 100 μm tebal untuk referensi). Secara sederhana sonotrode berperilaku seperti piston bergerak naik dan turun dalam cairan.
Saat sonotrode bergerak ke atas dan ke bawah saat direndam dalam cairan, ia menciptakan area tekanan tinggi dan rendah di dalam cairan di sekitar sonotrode, ini pada gilirannya menciptakan fenomena yang dikenal sebagai kavitasi. Kami melihat di dapur bahwa menurunkan tekanan (seperti di chamber sealer) menyebabkan cairan mendidih pada suhu yang lebih rendah dan menaikkan tekanan (seperti panci presto) menyebabkan cairan mendidih pada suhu yang lebih tinggi.
Denyut tekanan yang berfluktuasi dengan cepat di ujung sonotrode menyebabkan pembentukan dan kemudian runtuhnya gelembung dengan cepat di dalam cairan. Ini semua terjadi dalam skala menit tetapi menciptakan kekuatan yang sangat besar di dalam cairan karena kecepatan, suhu dan tekanan yang dihasilkan oleh kavitasi. Kekuatan besar inilah yang dapat dimanfaatkan untuk keuntungan kita di dapur untuk ekstraksi rasa dengan sel-sel yang pecah, emulsiatau rincian partikulat.

 

Pelajari lebih lanjut tentang emulsifikasi ultrasonik pada mousse au chocolat vegan!
 

Namun, salah satu tantangan dalam penggunaan peralatan ini adalah memanfaatkan dan mengendalikan kekuatan ini dengan cara yang meningkatkan makanan.
Yang dibeli model homogenizer ultrasonik UP200Ht menentukan daya maksimum yang tersedia bagi pengguna dan homogenizer itu sendiri memiliki sejumlah variabel yang dapat digunakan untuk menyesuaikan kinerjanya agar sesuai dengan aplikasi. Untuk tujuan panduan ini, model yang digunakan adalah sonikator Hielscher 200 watt.

Ukuran Sonotrode

Ukuran sonotrode yang dipasang memiliki efek yang besar pada cara unit menyalurkan dayanya.
Dalam istilah yang sangat sederhana, semakin besar luas permukaan sonotrode, semakin besar daya yang dibutuhkan untuk mendorongnya pada amplitudo tertentu. Viskositas cairan juga akan memiliki pengaruh besar pada daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan sonotrode pada amplitudo yang diberikan.
Bayangkan sonotrode sebagai piston atau pendorong, jika piston bergerak naik-turun sangat cepat dalam panci tipis cairan seperti air yang relatif mudah untuk melakukan sehingga bahkan pada kecepatan yang wajar, namun isi pot dengan saus kental dan yang sama tidak akan benar, itu akan membutuhkan lebih banyak kekuatan untuk memindahkan piston cepat naik dan turun dalam cairan karena tingkatan viskositas. Meningkatkan ukuran piston atau plunger, juga akan memerlukan lebih banyak usaha untuk bergerak naik dan turun dalam cairan.
Hal yang sama berlaku untuk sonotrode. Dengan sonotrode besar yang dipasang, unit harus bekerja jauh lebih keras untuk menghasilkan amplitudo untuk osilasi jika cairan memiliki viskositas tinggi yang dibandingkan dengan cairan viskositas rendah.
 

 

Pada pengaturan daya tertentu, sonotrode yang lebih kecil karena luas permukaannya akan menghasilkan fluktuasi tekanan yang lebih besar dan intensitas kavitasi yang lebih tinggi di ujungnya daripada sonotrode yang lebih besar (karena daya difokuskan pada luas permukaan sonotrode yang lebih kecil).
Itu tidak mungkin untuk menggerakkan sonotrode yang lebih besar dengan amplitudo yang sama karena daya yang jauh lebih banyak akan diperlukan untuk melakukannya, kemungkinan mengakibatkan penutupan unit karena kelebihan beban. Dalam hal ini ukuran sonotrode harus dikurangi atau menggunaka unit tenaga yang lebih tinggi.
Intensitas ultrasound (pada pengaturan daya tertentu) menurun dengan meningkatnya luas permukaan (sonotrode yang lebih besar), di mana ketika intensitas daya ultrasonik meningkat dengan menurunnya luas permukaan, atau dengan kata lain, sonotrode yang lebih kecil menempatkan banyak daya ultrasonik ke area kecil, di mana sonotrode yang lebih besar menyebarkan daya ke area yang lebih luas.

Ketika homogenizer digunakan, total pekerjaan yang dilakukan pada sampel adalah kombinasi dari input daya homogenizer, volume sampel dan waktu terpapar. Untuk mendapatkan hasil yang dapat direproduksi, kita harus mempertimbangkan ketiga parameter tersebut. Jangan berharap untuk memasukkan perangkat ke dalam cangkir kecil penuh cairan selama dua menit dan kemudian mendapatkan hasil yang sama dalam satu liter cairan selama periode waktu yang sama! Sama-sama ingat bahwa dengan ukuran sampel kecil dan input daya tinggi, suhu sampel akan naik dengan cepat. Untuk sampel yang sensitif terhadap suhu, lebih baik menggunakan pengaturan daya yang lebih rendah dalam jangka waktu yang lebih lama, memungkinkan energi yang dimasukkan oleh homogenizer sebagai panas dihilangkan.
Overheating sampel juga menyebabkan beberapa aroma yang Anda mencoba untuk menangkap untuk melarikan diri dari sistem.
Input daya tinggi juga dapat menyebabkan degradasi sampel, seperti yang dapat dilihat saat menggunakan oli tertentu. Minyak ketika terkena input energi tinggi di ujung homogenizer dapat terurai sehingga menghasilkan rasa yang sangat tidak menyenangkan yang hanya dapat digambarkan sebagai rasa pembakaran listrik!
Untuk bahan yang sensitif terhadap suhu, pendinginan sampel akan meningkatkan hasilnya, seperti dengan menggunakan penangas es atau memasukkan beberapa es kering ke dalam sampel. Menggunakan input daya yang lebih rendah dalam jangka waktu yang lebih lama membantu membubarkan energi yang dilepaskan ke dalam sistem seperti halnya menggunakan unit dalam mode pulsa yang memungkinkan pendinginan di antara setiap semburan USG.
Di dalam elektronik homogenizer, pengguna dapat memilih untuk mengoperasikan unit dalam dua mode kontrol utama.

Amplitudo kontrol

Dalam mode ini pengguna memilih % amplitudo maksimum yang dibutuhkan untuk sonotrode. Elektronika kemudian akan mencoba drive sonotrode pada amplitudo dan akan menyesuaikan daya masukan perangkat untuk mempertahankan amplitudo yang dibutuhkan pada sonotrode. Jika luas permukaan sonotrode terlalu besar untuk digerakkan pada amplitudo ini dengan daya yang tersedia dari unit, amplitudonya tidak akan mencapai nilai yang ditetapkan dan dapat ditutup jika kondisi kelebihan beban tercapai.

Input Power Control

Dalam mode ini, pengguna menyetel input daya yang diperlukan dalam watt dan elektronik akan menyesuaikan amplitudo osilasi untuk mengatur daya masukan ke pengaturan pengguna. Mode ini memungkinkan daya ditransfer ke cairan yang akan diatur dan oleh karena itu panas yang dihasilkan dalam cairan terbatas menghindari kerusakan pada sampel yang lebih sensitif.

Mode Pulse

Selain dua mode operasi, ada mode pulsa, di mana elektronik menyala dan mati dalam siklus, yang waktunya diatur oleh pengguna dari 10% dari waktu dan mati 90% menjadi aktif 90% dari waktu dan mati 10%. Ini memberikan efek berdenyut dan berguna baik untuk membatasi input daya keseluruhan ke sampel dan menciptakan agitasi yang baik dalam sampel ke input awal yang tinggi karena elektronik stabil selama setiap siklus kerja.

Petunjuk Umum dan trik

Saat menggunakan homogenizer untuk infus rasa, hasil yang lebih baik diperoleh ketika padatan telah dikurangi ukurannya sebelum dihomogenisasi, ini akan meningkatkan luas permukaan yang terpapar sonotrode. Prinsip yang sama berlaku saat menggunakan homogenizer untuk pengurangan ukuran partikel. Pikirkan homogenizer sebagai alat finishing yang halus, bukan penggiling kursus! Dalam pengurangan ukuran partikel, sebagian besar pekerjaan dilakukan oleh tabrakan partikel berkecepatan tinggi yang mempercepat gaya yang dihasilkan pada sonotroda. Hasil yang jauh lebih baik akan diperoleh jika beberapa pengurangan partikel dilakukan sebelum sonik. Dimulai dengan pengurangan ukuran partikel curah yang sudah dilakukan berarti bahwa luas permukaan yang lebih besar terkena sonikasi dan bahwa partikel yang lebih kecil akan dipercepat dalam cairan lebih cepat, menghasilkan tabrakan yang lebih tinggi dengan gaya untuk memecah partikel lebih lanjut. Lebih sedikit pekerjaan juga perlu dilakukan oleh homogenizer, memungkinkan suhu dikontrol dengan lebih baik.
Karena homogenizer bekerja pada tingkat yang cukup lokal, ini berguna saat digunakan dengan sampel yang lebih besar katakanlah beberapa ratus mililiter atau lebih untuk memberikan agitasi tambahan untuk memastikan bahwa volume di sekitar sonotrode disegarkan, memastikan sonikasi sampel yang lengkap. Hal ini terutama berlaku untuk sampel yang lebih kental. Pengaduk magnetik yang baik adalah cara yang berguna untuk mencapai ini. Agitasi juga membantu memastikan volume cairan di sekitar sonotrode tidak terlalu panas. Menggunakan penangas es, atau potongan es kering dalam sampel akan membantu menghilangkan energi yang diberikan oleh sonifikasi. Seperti yang telah dibahas jika bahan sensitif terhadap suhu, gunakan pengaturan daya yang lebih rendah selama periode waktu yang lebih tinggi dan atau gunakan mode pulsa untuk membatasi suhu yang dihasilkan dalam sampel yang memungkinkan sampel mendingin di antara pulsa sonik.

---

---

Literatur

• 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.

 

Dalam video ini, Simon dari GuerillaChefs.de mendemonstrasikan penggunaan sonikator genggam Hielscher UP200Ht untuk mengaromatisasi air secara cepat dengan jamur segar - sebuah teknik inovatif yang digunakan dalam kuliner dan gastronomi molekuler. Ultrasonikasi meningkatkan ekstraksi rasa dan memasukkan senyawa aromatik yang lembut ke dalam fase air dalam hitungan detik, memungkinkan pemrosesan tanpa label dan bebas panas untuk kaldu, infus, atau bahan dasar rasa yang halus. Ideal untuk koki dan inovator makanan yang mencari ketepatan dan intensitas dalam pengembangan rasa alami.

Aromatisasi ultrasonik: Buat kaldu jamur yang intens rasa menggunakan Hielscher UP200Ht

 

Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Perangkat ultrasonik sering dirujuk sebagai alat penguji sonikasi untuk, ultrasound homogenizer, sonic lyser, ultrasound disruptor, ultrasonic grinder, sono-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, cell disrupter, ultrasonic disperser atau dissolver. Dimana istilah yang berbeda ini muncul dari berbagai hasil aplikasi yang dapat dipenuhi oleh sonikator.