Masakan Molekuler dan Aplikasi Kuliner lainnya

Sebuah Panduan Singkat untuk Prinsip-prinsipnya

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 homogeniser ultrasonik dengan cara yang kurang ilmiah dan lebih berkaitan dengan kuliner.

Gelombang Ultrasuara dan Aplikasinya terhadap Makanan

Homogeniser ultrasonik sebagai teknik telah ada selama bertahun-tahun dalam berbagai bentuk, namun hanya menemukan jalannya ke dalam aplikasi kuliner dalam skala yang kecil. Homogeniser ini berisi beberapa elektronika canggih yang dapat mengubah dan mengendalikan daya listrik menjadi getaran frekuensi yang tinggi dari ujung tip atau sonotrode.
Sonotrode bergerak terutama naik turun dengan frekuensi yang cukup tinggi di atas rentang yang dapat didengar (misalnya 26000 kali per detik atau 26Khz dengan 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 yang cepat di dalam cairan. Ini semua terjadi pada skala kecil tetapi menciptakan gaya besar di dalam cairan karena kecepatan, suhu, dan tekanan yang dihasilkan oleh Kavitasi. Kekuatan besar inilah yang bisa berubah menjadi keuntungan bagi kita di dapur untuk ekstraksi rasa dengan sel-sel yang pecah atau rincian partikulat.

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

Ukuran Sonotrode

Ukuran sonotrode yang dipasang memiliki pengaruh besar pada bagaimana unit memberikan kekuatannya.
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 seitap pengaturan daya sonotrode yang kecil karena luas permukaannya akan menghasilkan fluktuasi tekanan yang lebih besar dan intensitas Kavitasi yang lebih tinggi pada ujungnya daripada sonotroda yang lebih besar (karena daya difokuskan pada area 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.
Input intensitas ultrasound pada pengaturan daya tertentu) berkurang dengan bertambahnya luas permukaan (sonotrodes lebih besar), dimana intensitas daya ultrasonik meningkat dengan penurunan luas permukaan, atau dengan cara lain, sonotrode yang lebih kecil menempatkan banyak daya ultrasonik ke dalam Daerah kecil, di mana sebagai sonotrode yang lebih besar menyebar kekuatan di area yang lebih luas.

Bila homogeniser digunakan total pekerjaan yang dilakukan pada sampel kombinasi dari input daya dari homogeniser, Volume sampel dan Waktu yang terpapar. Untuk mendapatkan hasil yang dapat diulang, kita harus mempertimbangkan ketiga parameter tersebut. Jangan berharap untuk menempatkan perangkat dalam cangkir kecil penuh cairan selama dua menit dan kemudian mendapatkan hasil yang sama dalam satu liter cairan selama periode waktu yang sama! Ingat juga bahwa dengan ukuran sampel yang kecil dan input daya yang tinggi, Suhu sampel akan meningkat dengan cepat. Untuk sampel yang sensitif terhadap suhu, lebih baik menggunakan pengaturan daya lebih rendah dalam periode yang lebih lama, yang memungkinkan energi yang dimasukkan oleh homogeniser sebagai panas untuk dihamburkan.
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 homogeniser 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.
Dalam elektronik homogeniser, 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 pulse, dimana sakelar elektronik dinyalakan dan dimatikan dalam siklus, waktu yang ditetapkan oleh pengguna from on 10% of the time and off 90% to on 90% of the time and off 10%. Ini memberikan efek pulse dan berguna baik untuk membatasi keseluruhan masukan daya ke sampel dan menciptakan agitasi yang baik dalam sampel terhadap masukan awal yang tinggi seiring dengan elektronik yang stabil selama setiap siklus tugas.

Petunjuk Umum dan trik

Bila menggunakan homogeniser untuk infus rasa, hasil yang lebih baik diperoleh saat padatan telah berkurang dalam ukuran sebelum dihomogenisasi, ini akan meningkatkan luas permukaan yang terpapar pada sonotrode. Prinsip yang sama berlaku ketika menggunakan homogeniser untuk pengurangan ukuran partikel. Pikirkan homogeniser sebagai alat finishing yang bagus bukan saja untuk grinder! Dalam pengurangan ukuran partikel banyak pekerjaan dilakukan oleh tumbukan kecepatan tinggi partikel yang mempercepat gaya yang dihasilkan pada sonotrode. Hasil yang jauh lebih baik akan diperoleh jika beberapa pengurangan partikel dilakukan sebelum sonikasi. Dimulai dengan pengurangan ukuran partikel yang besar, yang sudah dilakukan berarti area permukaan yang lebih besar terkena sonikasi dan partikel yang lebih kecil akan dipercepat dalam cairan yang lebih cepat, sehingga menghasilkan tabrakan yang lebih tinggi dengan kekuatan untuk memecah partikel lebih jauh. Pekerjaan yang kurang juga perlu dilakukan oleh homogeniser, yang memungkinkan suhu dikontrol dengan lebih baik.
Sebagai homogeniser bekerja di tingkat lokal, hal ini berguna bila digunakan dengan sampel yang lebih besar misalnya beberapa ratus mililiter atau lebih untuk memberikan agitasi tambahan untuk memastikan volume di sekitar sonotrode disegarkan, memastikan sonisasi sampel keseluruhan. Hal ini terutama berlaku lebih banyak cairan sampel. Pengaduk magnet yang baik adalah cara yang berguna untuk mencapai hal ini. Agitasi juga membantu memastikan volume cairan di sekitar sonotrode tidak terlalu panas. Menggunakan batch es, atau potongan-potongan es kering dalam sampel akan membantu menghilangkan energi diberikan oleh sonifikasi. Seperti yang telah dibahas jika bahan itu sensitif terhadap suhu, gunakan pengaturan daya yang lebih rendah selama periode waktu yang lama dan atau gunakan mode pulse untuk membatasi suhu yang dihasilkan dalam sampel yang memungkinkan sampel mendingin di antara sonik pulse.

---

---

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.

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.