分子料理とその他の調理用途

超音波処理は、シェフや食品科学者による食品や飲料の調製方法を変えつつあります。超音波による抽出、風味の浸透、乳化、均質化は、料理を創作する際の超音波処理装置の主要な用途です。迅速な抽出から、より滑らかなエマルション、より豊かな香りまで、超音波は優れた味わいと食感を生み出します。この記事では、シェフや食品技術者が超音波キャビテーションを活用し、カクテルからコンソメまで、さまざまなものをどのように作り変えているかをご紹介します。

原理についての簡単なガイド

Mark Gastonによる寄稿記事

• このガイドの内容の大部分は容易に入手できる情報ですが、使用されている用語に馴染みがなければ、必ずしも読みやすいとはいえない書き方がされていることもあります。
• 以下では、ソノトロードや振幅など、超音波処理に関する重要な用語と、それらが調理用途に及ぼす影響について説明します。
• 以下のガイドでは、超音波ホモジナイザーの使い方を、科学的な説明を控え、より調理に即した形で説明することを目指しています。

超音波と食品への応用

超音波ホモジナイザーを用いる技術は、さまざまな形で長年存在してきましたが、小規模な調理用途に取り入れられ始めたのは、ごく最近のことです。ホモジナイザーには高度な電子回路が搭載されており、電力を金属製の先端部、すなわちソノトロードの高周波振動に変換し、制御できます。
ソノトロードは主に、可聴域を超える非常に高い周波数で上下に動きます（例えば、毎秒26,000回、または26Khzという振動数になるのは 超音波処理装置UP200Htを使用する場合です）。ソノトロードが上下に動く量は振幅と呼ばれ、通常は9–240 µmの範囲で調整できます（参考までに、人間の毛髪の平均的な太さは約100 µmです）。簡単にいえば、ソノトロードは液体中を上下に動くピストンのように働きます。
ソノトロードが液体に浸かった状態で上下に動くと、その周囲の液体内に高圧領域と低圧領域が生じ、これによってキャビテーションと呼ばれる現象が起こります。調理場でも、圧力を下げると（チャンバー式真空包装機など）、液体がより低い温度で沸騰し、圧力を上げると（圧力鍋など）、液体がより高い温度で沸騰することがわかります。
ソノトロードの先端で急速に変動する圧力脈動によって、液体中に気泡が発生し、その後急速に崩壊します。これらはすべて微小なスケールで起こりますが、キャビテーションによって生じる速度、温度、圧力により、液体中に巨大な力が発生します。この巨大な力を調理に活用できるのです。例えば、 風味を抽出する ための 細胞破砕, 乳化、または 粒子の微細化などに利用できます.

 

Hielscher UP200Ht超音波処理装置が、植物由来のチョコレートエマルションを、絹のように滑らかで安定したヴィーガンチョコレートムースに変える様子をご覧ください。超音波キャビテーションにより、微細な分散、乳化安定性の向上、最適な食感が得られ、チョコレートの風味豊かな、乳製品を使わない理想的なデザートの土台が整います。超音波処理は、チョコレートの脂肪と水からサブミクロンサイズの安定したエマルションを形成し、濃厚な風味と、滑らかでまとまりのある口当たりをもたらします。さらに、超音波処理はデンプン、タンパク質、ココア固形分の凝集体を解砕し、極めてクリーミーな食感と、より豊かな風味を実現します。

ヴィーガンのムース・オ・ショコラの超音波乳化について詳しくご覧ください！
 

しかし、この装置を使用する際の課題のひとつは、食品をより良くする形でこの力を活用し、制御することです。
購入した 超音波ホモジナイザーモデルUP200Ht によって、ユーザーが利用できる最大出力が決まります。また、ホモジナイザー自体には、用途に合わせて性能を調整するための変数が複数あります。このガイドでは、Hielscherの200ワットの超音波処理装置を使用しました。

ソノトロードのサイズ

装着するソノトロードのサイズは、装置が出力を伝える方法に大きな影響を及ぼします。
ごく簡単にいえば、ソノトロードの表面積が大きいほど、所定の振幅で駆動するために必要な電力も大きくなります。流体の粘度も、ソノトロードを所定の振幅で駆動するために必要な電力に大きく影響します。
ソノトロードをピストンやプランジャーとして想像してください。水のようにさらさらした液体が入った鍋の中でピストンを非常に速く上下させるのは、ある程度の速度でも比較的容易です。しかし、鍋を粘度の高いソースで満たすと、同じようにはいきません。粘度が高くなるため、液体中でピストンを素早く上下させるには、はるかに大きな電力が必要になります。ピストンやプランジャーを大きくすると、液体中で上下させるために必要な力も大きくなります。
ソノトロードについても同じことがいえます。大型のソノトロードを装着した場合、所定の振動振幅を生み出すためには、低粘度の流体に比べて高粘度の液体では、装置にかかる負荷がはるかに大きくなります。
 

 

どの出力設定でも、小型のソノトロードは、その表面積のために、大型のソノトロードよりも先端で大きな圧力変動と高いキャビテーション強度を生み出します（出力が小型ソノトロードの表面積に集中するためです）。
大型のソノトロードを同じ振幅で駆動するには、はるかに大きな電力が必要になるため、同じ振幅で駆動できない場合があります。また、過負荷により装置が停止する可能性もあります。この場合は、ソノトロードのサイズを小さくするか、より高出力の装置を用意する必要があります。
超音波強度は、どの出力設定でも、表面積が大きくなるほど（ソノトロードが大きくなるほど）低下します。一方、超音波出力の強度は、表面積が小さくなるほど増加します。言い換えると、小型のソノトロードは狭い領域に大きな超音波出力を投入するのに対し、大型のソノトロードはより広い領域に出力を分散させます。

ホモジナイザーを使用する際、サンプルに加えられる総仕事量は、ホモジナイザーの 入力電力、 サンプルの体積、処理時間の組み合わせによって決まります。再現性のある結果を得るには、これら三つのパラメーターをすべて考慮する必要があります。液体を満たした小さなカップに装置を入れて二分間処理したからといって、一リットルの液体を同じ時間処理して同じ結果が得られるとは考えないでください！また、サンプル量が少なく入力電力が高い場合、サンプルの温度が急速に上昇することも忘れないでください。温度に敏感なサンプルでは、低い出力設定で長時間処理し、ホモジナイザーが投入したエネルギーを熱として放散させる方が適しています。
サンプルが過熱すると、まさに取り込もうとしている香りの一部が系外へ逃げてしまう可能性があります。
高い入力電力は、特定の油を使用した際に見られるように、サンプルの劣化を引き起こす可能性もあります。ホモジナイザーの先端で高いエネルギー入力にさらされた油は分解することがあり、電気的な焼け焦げの味としか表現できない、非常に不快な味を生じます！
温度に敏感な材料では、氷浴を使用したり、サンプルにドライアイスを少量加えたりして冷却することで、結果が改善します。低い入力電力で長時間処理すると、系内に放出されるエネルギーを分散しやすくなります。また、パルスモードで装置を使用すると、超音波の各バーストの間にある程度冷却できるため、同様の効果が得られます。
ホモジナイザーの電子回路では、ユーザーは二つの主要な制御モードから装置の運転方法を選択できます。

振幅制御

このモードでは、ソノトロードに必要な振幅を最大振幅に対する%で選択します。電子回路は、その振幅でソノトロードを駆動しようとし、ソノトロードで必要な振幅を維持するために装置の入力電力を調整します。ソノトロードの表面積が大きすぎて、装置の利用可能な電力ではこの振幅で駆動できない場合、振幅は設定値に達しません。また、過負荷状態になると装置が停止する可能性があります。

独自のスパイス抽出物やソースを作りませんか。レストランの厨房でも、向上心のある副料理長にも、業務用メーカーにも、Hielscherの超音波装置があれば、高品質な抽出物やソースを短時間で製造できます。有機原料の抽出物を自分で作りましょう。保存料を使わず、ご自身で選んだ原料だけを使用できます。

入力電力制御

このモードでは、ユーザーが必要な入力電力をワット単位で設定し、電子回路が振動の振幅を調整して、入力電力をユーザーの設定値に制御します。このモードでは、液体に伝達される出力を制御できるため、液体中で発生する熱を制限し、より敏感なサンプルへの損傷を防げます。

パルスモード

二つの運転モードに加えて、パルスモードもあります。このモードでは電子回路が周期的にオンとオフを切り替え、その時間配分をユーザーが、オン10%・オフ90%からオン90%・オフ10%まで設定できます。これによりパルス状の作用が得られ、サンプルへの全体的な入力電力を制限することにも、サンプル内に良好な攪拌を生み出すことにも役立ちます。この攪拌は、各デューティサイクルで電子回路が安定する際に初期入力が高いことと関係しています。

一般的なヒントとコツ

ホモジナイザーを風味の浸透に使用する際は、均質化の前に固形物を小さくしておくと、より良い結果が得られます。これにより、 ソノトロードにさらされる表面積が増加します。同じ原理は、ホモジナイザーを用いて 粒径を小さくする場合にも当てはまります。ホモジナイザーは粗粉砕機ではなく、精密な仕上げ用の道具として考えてください！粒径を小さくする際には、ソノトロードで生じる力によって加速された粒子の高速衝突が、仕事の大部分を担います。超音波処理の前に粒子の微細化を一部行っておくと、はるかに良い結果が得られます。粒子をあらかじめ大まかに小さくしてから処理を始めると、超音波処理にさらされる表面積が大きくなり、小さな粒子は液体中でより速やかに加速されます。その結果、より強い衝突が起こり、その力によって粒子がさらに微細化されます。ホモジナイザーが行う仕事も少なくて済むため、温度をより適切に制御できます。
ホモジナイザーの作用はかなり局所的なので、例えば数百ミリリットル以上の大きなサンプルを扱う場合は、追加の攪拌を行うと有用です。これにより、ソノトロードの周囲の液体が入れ替わり、サンプル全体を確実に超音波処理できます。これは、より粘度の高いサンプルで特に重要です。良質なマグネチックスターラーは、これを実現するための有用な手段です。攪拌は、ソノトロードの周囲の液体が過熱しないようにすることにも役立ちます。氷浴を使用したり、サンプルにドライアイス片を加えたりすると、超音波処理によって与えられたエネルギーを除去しやすくなります。すでに述べたように、材料が温度に敏感な場合は、低い出力設定で処理時間を長くするか、パルスモードを使用するか、またはその両方を行ってください。これにより、サンプル内で生じる温度上昇を抑え、超音波パルスの間にサンプルを冷却できます。

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参考文献

• 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.

 

この動画では、GuerillaChefs.deのサイモン氏が、Hielscherの手持ち式超音波処理装置UP200Htを使用して、新鮮なキノコで水に素早く香味を付ける方法を実演します。これは、調理や分子ガストロノミーで用いられる革新的な技術です。超音波処理は風味の抽出を促進し、繊細な芳香成分を数秒で水相に移行させるため、洗練されたブロス、浸出液、風味のベースを、クリーンラベルに対応した非加熱工程で作製できます。天然の風味を精密かつ濃厚に引き出したいシェフや食品開発者に最適です。