Masakan Molekuler dan Aplikasi Kuliner Lainnya

Sonikasi mengubah cara koki dan ilmuwan pangan menyiapkan makanan dan minuman: ekstraksi, infusi, emulsifikasi, dan homogenisasi ultrasonik merupakan aplikasi utama sonikator untuk kreasi kuliner. Mulai dari ekstraksi cepat hingga emulsi yang lebih lembut dan aroma yang lebih kuat, gelombang ultrasonik menghasilkan cita rasa dan tekstur yang luar biasa. Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari cara koki dan ahli teknologi pangan memanfaatkan kavitasi ultrasonik untuk menciptakan kembali berbagai sajian, mulai dari koktail hingga consommé.

Panduan Singkat tentang Prinsip Dasarnya

artikel tamu oleh Mark Gaston

• Sebagian besar isi panduan ini merupakan informasi yang mudah diperoleh, tetapi terkadang ditulis dengan cara yang tidak selalu mudah dipahami kecuali Anda sudah mengenal istilah-istilah yang digunakan.
• Di bawah ini dijelaskan istilah-istilah penting dalam sonikasi, seperti sonotrode, amplitudo, dan sebagainya, serta pengaruhnya terhadap aplikasi kuliner.
• Panduan berikut berupaya menjelaskan penggunaan homogenizer ultrasonik dengan pendekatan yang tidak terlalu ilmiah dan lebih berkaitan dengan kuliner.

Gelombang Ultrasonik dan Penerapannya pada Pangan

Teknik penggunaan homogenizer ultrasonik telah ada selama bertahun-tahun dalam berbagai bentuk, tetapi baru belakangan ini mulai diterapkan dalam aplikasi kuliner berskala lebih kecil. Homogenizer ini memiliki perangkat elektronik canggih yang dapat mengubah daya listrik menjadi getaran berfrekuensi tinggi pada ujung logam atau sonotrode serta mengendalikannya.
Sonotrode terutama bergerak naik turun pada frekuensi yang cukup tinggi di atas rentang pendengaran (misalnya 26.000 kali per detik atau 26Khz dengan sonikator UP200Ht). Besarnya gerakan naik turun sonotrode disebut amplitudo dan biasanya dapat diatur antara 9 dan 240 µm (sebagai acuan, ketebalan rata-rata rambut manusia sekitar 100 µm). Secara sederhana, sonotrode berperilaku seperti piston yang bergerak naik turun di dalam cairan.
Saat sonotrode bergerak naik turun dalam keadaan terendam di dalam cairan, gerakan ini menciptakan daerah bertekanan tinggi dan rendah di dalam cairan di sekitar sonotrode, yang kemudian menimbulkan fenomena yang dikenal sebagai kavitasi. Di dapur, kita melihat bahwa penurunan tekanan (seperti pada mesin pengemas vakum tipe ruang) menyebabkan cairan mendidih pada suhu lebih rendah, sedangkan peningkatan tekanan (seperti pada panci presto) menyebabkan cairan mendidih pada suhu lebih tinggi.
Denyutan tekanan yang berfluktuasi dengan cepat di ujung sonotrode menyebabkan pembentukan gelembung di dalam cairan, yang kemudian runtuh dengan cepat. Semua ini terjadi pada skala yang sangat kecil, tetapi menciptakan gaya yang sangat besar di dalam cairan akibat kecepatan, suhu, dan tekanan yang dihasilkan oleh kavitasi. Gaya yang sangat besar inilah yang dapat kita manfaatkan di dapur untuk ekstraksi cita rasa dengan memecahkan sel, emulsifikasi, atau penguraian partikulat.

 

Saksikan bagaimana sonikator Hielscher UP200Ht mengubah emulsi cokelat berbahan nabati menjadi mousse cokelat vegan yang halus dan stabil. Kavitasi ultrasonik memastikan dispersi yang halus, meningkatkan kestabilan emulsi, dan menghasilkan tekstur optimal – sebagai dasar untuk hidangan penutup bebas susu dengan cita rasa cokelat yang kaya dan sempurna. Dengan membentuk emulsi stabil berukuran submikron dari lemak cokelat dan air, sonikasi membantu menghasilkan pengalaman cita rasa yang intens serta sensasi di mulut yang halus dan menyatu. Selain itu, sonikasi memecah aglomerat pati, protein, dan padatan kakao untuk menghasilkan kelembutan maksimal dan cita rasa yang lebih intens.

Pelajari lebih lanjut tentang emulsifikasi ultrasonik mousse au chocolat vegan!
 

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

Ukuran Sonotrode

Ukuran sonotrode yang dipasang sangat memengaruhi cara unit menyalurkan dayanya.
Secara sangat sederhana, semakin besar luas permukaan sonotrode, semakin besar daya yang diperlukan untuk menggerakkannya pada amplitudo tertentu. Viskositas fluida juga sangat memengaruhi daya yang diperlukan untuk menggerakkan sonotrode pada amplitudo tertentu.
Bayangkan sonotrode sebagai piston atau plunyer. Menggerakkan piston naik turun dengan sangat cepat di dalam panci berisi cairan encer seperti air relatif mudah dilakukan, bahkan pada kecepatan yang cukup tinggi. Namun, jika panci diisi dengan saus kental, hal yang sama tidak berlaku: diperlukan daya yang jauh lebih besar untuk menggerakkan piston naik turun dengan cepat di dalam cairan akibat peningkatan viskositas. Jika ukuran piston atau plunyer diperbesar, diperlukan pula usaha yang lebih besar untuk menggerakkannya naik turun di dalam cairan.
Hal yang sama berlaku untuk sonotrode. Dengan sonotrode berukuran besar terpasang, unit harus bekerja jauh lebih keras untuk menghasilkan amplitudo osilasi tertentu jika cairannya memiliki viskositas tinggi dibandingkan dengan fluida berviskositas 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 dibandingkan dengan sonotrode yang lebih besar (karena daya dipusatkan pada luas permukaan sonotrode yang lebih kecil).
Sonotrode yang lebih besar mungkin tidak dapat digerakkan pada amplitudo yang sama karena diperlukan daya yang jauh lebih besar, yang dapat menyebabkan unit mati akibat beban berlebih. Dalam hal ini, ukuran sonotrode harus diperkecil atau diperlukan unit dengan daya lebih tinggi.
Intensitas ultrasonik (pada pengaturan daya tertentu) menurun seiring bertambahnya luas permukaan (sonotrode lebih besar), sedangkan intensitas daya ultrasonik meningkat seiring berkurangnya luas permukaan. Dengan kata lain, sonotrode yang lebih kecil menyalurkan banyak daya ultrasonik ke area kecil, sedangkan sonotrode yang lebih besar menyebarkan daya ke area yang lebih luas.

Saat homogenizer digunakan, total kerja yang dilakukan pada sampel merupakan kombinasi dari daya masukan homogenizer, volume sampel, dan lama paparannya. Untuk mendapatkan hasil yang dapat direproduksi, kita harus mempertimbangkan ketiga parameter tersebut. Jangan berharap bahwa menempatkan perangkat di dalam cangkir kecil penuh cairan selama dua menit akan memberikan hasil yang sama dengan menggunakannya dalam satu liter cairan selama waktu yang sama! Ingat pula bahwa pada sampel berukuran kecil dan daya masukan tinggi, suhu sampel akan naik dengan cepat. Untuk sampel yang sensitif terhadap suhu, lebih baik menggunakan pengaturan daya yang lebih rendah selama waktu yang lebih lama, sehingga energi yang dimasukkan oleh homogenizer dalam bentuk panas dapat terdisipasi.
Pemanasan sampel secara berlebihan dapat menyebabkan sebagian aroma yang justru ingin Anda tangkap keluar dari sistem.
Daya masukan yang tinggi juga dapat menyebabkan degradasi sampel, seperti yang terlihat saat menggunakan minyak tertentu. Minyak yang terpapar masukan energi tinggi di ujung homogenizer dapat terurai, sehingga menghasilkan rasa yang sangat tidak enak yang hanya dapat digambarkan sebagai rasa gosong akibat komponen listrik terbakar!
Untuk bahan yang sensitif terhadap suhu, pendinginan sampel akan meningkatkan hasil, misalnya dengan menggunakan penangas es atau memasukkan sedikit es kering ke dalam sampel. Penggunaan daya masukan yang lebih rendah selama waktu yang lebih lama membantu menyebarkan energi yang dilepaskan ke dalam sistem, demikian pula penggunaan unit dalam mode pulsa yang memungkinkan pendinginan di antara setiap semburan ultrasonik.
Melalui perangkat elektronik homogenizer, pengguna dapat memilih untuk mengoperasikan unit dalam dua mode kendali utama.

Kendali Amplitudo

Dalam mode ini, pengguna memilih % amplitudo maksimum yang diperlukan untuk sonotrode. Perangkat elektronik kemudian akan berupaya menggerakkan sonotrode pada amplitudo tersebut dan menyesuaikan daya masukan perangkat untuk mempertahankan amplitudo yang diperlukan pada sonotrode. Jika luas permukaan sonotrode terlalu besar untuk digerakkan pada amplitudo ini dengan daya unit yang tersedia, amplitudo tidak akan mencapai nilai yang ditetapkan dan unit dapat mati jika terjadi kondisi beban berlebih.

Apakah Anda ingin memproduksi ekstrak rempah atau saus sendiri? Baik untuk dapur restoran, sous chef yang berambisi, maupun produsen komersial, peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan Anda menghasilkan ekstrak dan saus berkualitas tinggi dalam waktu singkat. Buat sendiri ekstrak organik Anda! Hilangkan bahan pengawet! Gunakan hanya bahan yang Anda pilih!

Kendali Daya Masukan

Dalam mode ini, pengguna menetapkan daya masukan yang diperlukan dalam watt dan perangkat elektronik akan menyesuaikan amplitudo osilasi untuk mengatur daya masukan sesuai pengaturan pengguna. Mode ini memungkinkan pengaturan daya yang ditransfer ke cairan sehingga panas yang dihasilkan di dalam cairan dapat dibatasi, untuk menghindari kerusakan pada sampel yang lebih sensitif.

Mode Pulsa

Selain kedua mode operasi tersebut, terdapat mode pulsa, yaitu perangkat elektronik menyala dan mati secara bersiklus, dengan pengaturan waktu oleh pengguna mulai dari menyala selama 10% waktu dan mati selama 90% hingga menyala selama 90% waktu dan mati selama 10%. Hal ini menghasilkan efek berdenyut dan berguna untuk membatasi daya masukan keseluruhan ke sampel sekaligus menciptakan pengadukan yang baik di dalam sampel, dengan masukan awal yang tinggi saat perangkat elektronik menstabilkan diri pada setiap siklus kerja.

Kiat dan Trik Umum

Saat menggunakan homogenizer untuk infusi cita rasa, hasil yang lebih baik diperoleh jika ukuran bahan padat telah diperkecil sebelum dihomogenisasi. Hal ini akan meningkatkan luas permukaan yang terpapar pada sonotrode. Prinsip yang sama berlaku saat menggunakan homogenizer untuk pengecilan ukuran partikel. Anggap homogenizer sebagai alat penghalus akhir, bukan penggiling kasar! Dalam pengecilan ukuran partikel, sebagian besar kerja dilakukan oleh tumbukan berkecepatan tinggi antarpartikel yang dipercepat oleh gaya yang dihasilkan pada sonotrode. Hasil yang jauh lebih baik akan diperoleh jika sebagian pengecilan ukuran partikel dilakukan sebelum sonikasi. Memulai dengan sebagian besar pengecilan ukuran partikel yang sudah dilakukan berarti luas permukaan yang terpapar sonikasi menjadi lebih besar dan partikel yang lebih kecil akan dipercepat di dalam cairan dengan lebih cepat, sehingga menghasilkan tumbukan yang lebih kuat dengan gaya untuk memecah partikel lebih lanjut. Kerja yang perlu dilakukan oleh homogenizer juga berkurang, sehingga suhu dapat dikendalikan dengan lebih baik.
Karena homogenizer bekerja pada area yang cukup terlokalisasi, saat digunakan dengan sampel yang lebih besar, misalnya beberapa ratus mililiter atau lebih, pengadukan tambahan bermanfaat untuk memastikan cairan di sekitar sonotrode terus tergantikan, sehingga seluruh sampel mengalami sonikasi. Hal ini terutama berlaku untuk sampel yang lebih kental. Pengaduk magnetik yang baik merupakan cara yang berguna untuk mencapai hal ini. Pengadukan juga membantu memastikan cairan di sekitar sonotrode tidak mengalami pemanasan berlebihan. Penggunaan penangas es atau potongan es kering di dalam sampel akan membantu membuang energi yang diberikan oleh sonikasi. Seperti yang telah dibahas, jika bahan sensitif terhadap suhu, gunakan pengaturan daya yang lebih rendah selama waktu yang lebih lama dan/atau gunakan mode pulsa untuk membatasi suhu yang dihasilkan di dalam sampel, sehingga sampel dapat mendingin di antara pulsa ultrasonik.

---

---

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 memperagakan penggunaan sonikator genggam Hielscher UP200Ht untuk aromatisasi air secara cepat dengan jamur segar – teknik inovatif yang digunakan dalam kuliner dan gastronomi molekuler. Sonikasi meningkatkan ekstraksi cita rasa dan memasukkan senyawa aromatik yang halus ke dalam fase air dalam hitungan detik, sehingga memungkinkan pemrosesan berlabel bersih tanpa panas untuk menghasilkan kaldu, infusi, atau bahan dasar cita rasa yang istimewa. Ideal bagi koki dan inovator pangan yang menginginkan presisi dan intensitas dalam pengembangan cita rasa alami.