Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Cucina molecolare e altre applicazioni culinarie

Una breve guida ai principi

da Mark Gaston

  • La maggior parte del contenuto di questa guida è costituito da informazioni facilmente reperibili, ma a volte è scritto in un modo che non sempre ne rende facile la lettura, a meno che non si abbia familiarità con i termini utilizzati.
  • Di seguito vengono spiegati i termini importanti della sonicazione come sonotrodo, ampiezza, ecc. e i loro effetti sulle applicazioni culinarie.
  • Questa guida qui sotto cerca di spiegare l'uso dell'omogeneizzatore ad ultrasuoni in modo meno scientifico e più culinario.

Onde ad ultrasuoni e la loro applicazione agli alimenti

L'omogeneizzatore ad ultrasuoni come tecnica è in circolazione da molti anni in varie forme, ma sta solo trovando la sua strada solo in applicazioni culinarie su piccola scala. L'omogeneizzatore contiene una sofisticata elettronica in grado di convertire e controllare la potenza elettrica in vibrazioni ad alta frequenza della punta metallica o del sonotrodo.
Il sonotrodo si muove principalmente su e giù a frequenze piuttosto alte al di sopra della gamma udibile (ad esempio 26000 volte al secondo o 26Khz con l'opzione UP200Ht). La quantità che il sonotrodo si muove su e giù è chiamata ampiezza e tipicamente può essere regolata tra 9 e 240 µm (la media dei capelli umani è di circa 100 µm di spessore per riferimento). In parole semplici il sonotrodo si comporta come un pistone che si muove su e giù nel liquido.
Quando il sonotrodo si muove su e giù mentre è immerso in un liquido, crea aree di alta e bassa pressione all'interno del liquido intorno al sonotrodo, questo a sua volta crea un fenomeno noto come cavitazione. In cucina vediamo che l'abbassamento della pressione (come in una camera sigillante) fa bollire i liquidi a temperature più basse e l'aumento della pressione (come in una pentola a pressione) fa bollire i liquidi a temperature più elevate.
Le pulsazioni di pressione rapidamente fluttuanti all'estremità del sonotrodo causano la formazione e quindi il rapido collasso delle bolle all'interno del liquido. Tutto questo avviene su una scala minima ma crea enormi forze all'interno del liquido a causa delle velocità, temperature e pressioni generate dall'azione di cavitazione. Sono queste enormi forze che possono essere rivolte a nostro vantaggio in cucina per il estrazione di sapori da rottura delle cellule o scomposizione del particolato.
Una delle sfide nell'uso di queste apparecchiature è tuttavia quella di sfruttare e controllare questa potenza in modo da migliorare gli alimenti e non distruggerli, scomponendoli in composti meno desiderabili.
Il modello di omogeneizzatore ad ultrasuoni acquistato UP200Ht detta la potenza massima disponibile per l'utente e l'omogeneizzatore stesso ha un certo numero di variabili che possono essere utilizzate per regolare le sue prestazioni in base all'applicazione. Ai fini di questa guida, il modello utilizzato era un 200 watt unità.

Dimensione Sonotrodo

La dimensione dell'oggetto sonotrodo ha un effetto importante su come l'unità eroga la sua potenza.
In termini molto semplici, più grande è l'area della superficie del sonotrodo più potenza sarà necessaria per pilotarlo a qualsiasi ampiezza. La viscosità del fluido avrà anche una grande influenza sulla potenza necessaria per pilotare il sonotrodo ad una determinata ampiezza.
Immaginate il sonotrodo come un pistone o pistone, se il pistone viene spostato su e giù molto velocemente in una pentola di liquido sottile come l'acqua è relativamente facile farlo anche a velocità ragionevoli, tuttavia riempire la pentola con una salsa densa e lo stesso non sarà vero, richiederà molta più potenza per spostare il pistone rapidamente su e giù nel liquido a causa della maggiore viscosità. Aumentare le dimensioni del pistone o dello stantuffo e richiederà anche uno sforzo maggiore per spostarlo su e giù nel liquido.
Lo stesso vale per il sonotrodo. Con un sonotrodo di grandi dimensioni, l'unità dovrà lavorare molto di più per produrre una data ampiezza di oscillazione se il liquido ha una viscosità elevata che con un fluido a bassa viscosità.

Varie dimensioni e forme di sonotrodi per varie applicazioni.

Sonotrodi con diverse dimensioni e forme per il UP200Ht

In qualsiasi impostazione di potenza a sonotrodo più piccolo a causa della sua superficie genererà maggiori fluttuazioni di pressione e superiore cavitazione intensità alla punta di un sonotrodo più grande (poiché la potenza è focalizzata sulla superficie di un sonotrodo più piccolo).
Potrebbe non essere possibile pilotare un sonotrodo più grande alla stessa ampiezza, in quanto per farlo sarà necessaria molta più potenza, con conseguente possibile spegnimento dell'unità a causa di sovraccarico. In questo caso è necessario ridurre le dimensioni del sonotrodo o ottenere un'unità di potenza superiore.
L'ingresso intensità degli ultrasuoni (con qualsiasi impostazione di potenza) diminuisce con l'aumentare dell'area superficiale (sonotrodi più grandi), dove con l'aumentare dell'intensità di potenza ultrasonica con la diminuzione dell'area superficiale, o in altre parole, un sonotrodo più piccolo mette molta potenza ultrasonica in una piccola area, dove un sonotrodo più grande diffonde la potenza su un'area più grande.
Quando si utilizza l'omogeneizzatore, il lavoro totale svolto sul campione è una combinazione dei seguenti elementi potenza assorbita dell'omogeneizzatore, l'elemento quantitativo del campione e della durata è esposto. Per ottenere risultati riproducibili, dobbiamo considerare tutti e tre i parametri. Non aspettatevi di mettere l'apparecchio in una piccola tazza piena di liquido per due minuti e poi ottenere lo stesso risultato in un litro di liquido nello stesso periodo di tempo! Allo stesso modo si ricorda che con campioni di piccole dimensioni e ingressi ad alta potenza, l'opzione Temperatura del campione aumentera' rapidamente. Per i campioni sensibili alla temperatura è meglio utilizzare impostazioni di potenza inferiori per periodi più lunghi, consentendo di dissipare l'energia immessa dall'omogeneizzatore sotto forma di calore.
Il surriscaldamento del campione può causare la fuoriuscita dal sistema di alcuni degli aromi che si sta tentando di catturare.
Ingressi di potenza elevata possono anche causare la degradazione del campione, come si può vedere quando si utilizzano certi oli. Gli oli esposti agli elevati apporti energetici sulla punta dell'omogeneizzatore possono rompersi, dando luogo ad un gusto molto sgradevole che può essere descritto solo come il gusto della combustione elettrica!
Per i materiali sensibili alla temperatura, il raffreddamento del campione migliorerà i risultati, ad esempio utilizzando un bagno di ghiaccio o l'inclusione di ghiaccio secco nel campione. L'utilizzo di potenze inferiori per un periodo di tempo più lungo aiuta a disperdere l'energia rilasciata nel sistema, così come l'utilizzo dell'unità in modalità a impulsi, che consente un certo raffreddamento tra un'esplosione di ultrasuoni e l'altra.
All'interno dell'elettronica dell'omogeneizzatore, l'utente può scegliere di utilizzare l'unità in due modalità principali di controllo.

Controllo di ampiezza

In questa modalità l'utente sceglie la % di ampiezza massima richiesta per il sonotrodo. L'elettronica tenterà quindi di pilotare il sonotrodo a tale ampiezza e regolerà la potenza di ingresso del dispositivo per mantenere l'ampiezza richiesta al sonotrodo. Se la superficie del sonotrodo è troppo grande per essere pilotata a questa ampiezza con la potenza disponibile dell'unità, l'ampiezza non raggiungerà il valore impostato e potrebbe arrestarsi se si raggiunge una condizione di sovraccarico.

Controllo della potenza in ingresso

In questa modalità l'utente imposta la potenza richiesta in watt e l'elettronica regola l'ampiezza delle oscillazioni in modo da regolare la potenza in ingresso in base alle impostazioni dell'utente. Questa modalità permette di regolare la potenza trasferita al liquido e quindi limitare il calore generato nel liquido evitando danni ai campioni più sensibili.

Modo di impulso

Oltre alle due modalità di funzionamento, c'è una modalità a impulsi, in cui l'elettronica si accende e si spegne in biciclettela cui tempistica è impostata dall'utente dal 10% del tempo e dallo sconto del 90% al 90% del tempo e dallo sconto del 10%. Questo dà un effetto pulsante ed è utile sia per limitare la potenza complessiva assorbita dal campione, sia per creare una buona agitazione all'interno del campione fino all'ingresso iniziale, dato che l'elettronica si stabilizza durante ogni ciclo di lavoro.

Suggerimenti generali e trucchi

Quando si utilizza l'omogeneizzatore per l'infusione di aromi si ottengono risultati migliori quando i solidi sono stati ridotti nelle dimensioni prima di essere omogeneizzati, questo aumenterà la superficie esposta al sonotrodo. Lo stesso principio si applica quando si utilizza l'omogeneizzatore per riduzione delle dimensioni delle particelle. Pensate all'omogeneizzatore come a un utensile di finitura fine, non a una smerigliatrice! Nella riduzione delle dimensioni delle particelle gran parte del lavoro è fatto dalle collisioni ad alta velocità di particelle accelerato le forze generate al sonotrodo. Risultati molto migliori si otterranno se una parte della riduzione delle particelle viene effettuata prima della sonicazione. Partendo dalla riduzione delle dimensioni delle particelle di massa già effettuata, significa che una maggiore superficie è esposta alla sonicazione e che le particelle più piccole saranno accelerate nel liquido più rapidamente, con il risultato di collisioni più elevate con la forza di rompere ulteriormente le particelle. Inoltre, l'omogeneizzatore dovrà svolgere meno lavoro, consentendo di controllare meglio la temperatura.
Come l'omogeneizzatore funziona a un livello localizzato è utile quando è in uso con i più grandi campioni di dire diversi millilitri di centinaia o più per fornire ulteriore agitazione per assicurarsi che il volume intorno il sonotrodo viene aggiornato, garantendo completa sonicazione della campione. Ciò è particolarmente vero di più viscoso campioni. Un agitatore magnetico buono è un modo utile per raggiungere questo obiettivo. L'agitazione si aiuta anche con garantendo che il volume di liquido intorno il sonotrodo non è surriscaldato. Utilizzando un bagno di ghiaccio, o pezzi di ghiaccio secco nel campione aiuterà a rimuovere l'energia impartita dalla sonificazione. Come già discusso se il materiale è sensibile, uso temperatura inferiore impostazioni di risparmio energia per un maggiore periodo di tempo e o utilizzare la modalità a impulsi per limitare le temperature generate nel campione facendo il campione di raffreddare tra impulsi di sonic.

Christian Mittermeier preparando un'emulsione di cetrioli con il dispositivo ad ultrasuoni di Hielscher UP200Ht

Christian Mittermeier del ristorante Villa Mittermeier, premiato con la stella Michelin, con il UP200Ht durante l'emulsificazione ad ultrasuoni

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Particolarità / Cose da sapere

Gli omogeneizzatori di tessuto ad ultrasuoni sono spesso indicati come sonda sonicator/ sonificatore, lyser sonico, ecografo, ultrasuoni, macinatore ad ultrasuoni, sono-ruptore, sonificatore, dismembratore sonico, distruttore cellulare, dispersore ad ultrasuoni, emulsionante o dissolvente. I diversi termini derivano dalle varie applicazioni che possono essere soddisfatte dalla sonicazione.