分子料理とその他の料理への応用

超音波による抽出、注入、乳化、ホモジナイズは、料理創作におけるソニケーターの重要な用途です。迅速な抽出から、より滑らかな乳化、香りの強化まで、超音波は卓越した味と食感を生み出します。この記事では、カクテルからコンソメまで、シェフや食品技術者が超音波キャビテーションをどのように活用しているかをご紹介します。

原則への簡単なガイド

マーク・ガストンによるゲスト記事

• このガイドの内容のほとんどは、すぐに入手可能な情報であるが、使用されている用語に精通していない限り、必ずしも読みやすいとは言えない書き方をしていることもある。
• 以下では、ソノトロード、振幅など超音波処理の重要な用語と、それらが料理への応用に及ぼす影響について説明する。
• このガイドでは、超音波ホモジナイザーの使い方を、科学的ではなく、より料理に関連した方法で説明しようと試みている。

超音波とその食品への応用

技術としての超音波ホモジナイザーは、様々な形で何年も前から存在しているが、小規模の料理用途に使われるようになったのはごく最近のことである。ホモジナイザーには、電力を金属チップまたはソノトロードの高周波振動に変換し、制御できる高度な電子機器が搭載されている。
ソノトロードは、主に可聴域を超えるかなり高い周波数で上下に動く（例えば、1秒間に26000回、26Khzの場合）。 ソニケーターUP200Ht).ソノトロードが上下に動く量は振幅と呼ばれ、通常9～240µmの間で調整できます（参考までに、人間の平均的な髪の毛の太さは約100µmです）。簡単に言えば、ソノトロードは液体中を上下するピストンのようなものです。
ソノトロードが液体に浸された状態で上下に動くと、ソノトロードの周囲の液体内に圧力の高い部分と低い部分が生じ、キャビテーションと呼ばれる現象が発生します。圧力を下げると（チャンバーシーラーなど）液体が低温で沸騰し、圧力を上げると（圧力鍋など）液体が高温で沸騰することは、厨房でもよく見られます。
ソノトロードの先端で急激に変動する圧力脈動により、液体内に気泡が形成され、その後急速に崩壊する。この現象はすべて微細なスケールで起こりますが、キャビテーションによって発生する速度、温度、圧力により、液体内に大きな力が生じます。この大きな力を利用して、厨房では次のようなことができる。 フレーバー抽出 によって 破裂する細胞, 乳化あるいは 微粒子の分解.

 

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しかし、この機器を使用する際の課題のひとつは、食品をより美味しくする方法でこの力を利用し、コントロールすることである。
購入した 超音波ホモジナイザー UP200Ht型 ホモジナイザーには、用途に合わせて性能を調整するために使用できる多くの変数があります。このガイドでは、Hielscher社の200ワットソニケーターを使用しました。

ソノトロードサイズ

装着するソノトロードのサイズは、ユニットの出力に大きな影響を与える。
非常に簡単に言えば、ソノトロードの表面積が大きいほど、任意の振幅でソノトロードを駆動するために必要なパワーが大きくなります。流体の粘性も、ある振幅でソノトロードを駆動するのに必要なパワーに大きな影響を与えます。
ソノトロードをピストンやプランジャーに見立てた場合、水のような薄い液体が入った鍋の中でピストンを高速で上下させれば、適度な速度でも比較的簡単に上下させることができますが、鍋の中に濃いソースを入れるとそうはいきません。ピストンやプランジャーのサイズを大きくすれば、液中でピストンを上下させるのにもっと力が必要になる。
ソノトロードも同様です。大きなソノトロードを取り付けた場合、液体が高粘度であれば、低粘度の液体に比べて、所定の振幅の振動を発生させるために、ユニットははるかに強く働かなければならない。
 

 

任意の出力設定において、表面積が小さいソノトロードは、大きいソノトロードよりも大きな圧力変動と高いキャビテーション強度を先端に発生させる（出力が小さいソノトロードの表面積に集中するため）。
同じ振幅でより大きなソノトロードを駆動するには、はるかに大きな電力が必要となり、過負荷によりユニットが停止する可能性があるためです。この場合、ソノトロードのサイズを小さくするか、より高出力のユニットを入手する必要があります。
超音波の強度は（任意のパワー設定において）、表面積が大きくなる（ソノトロードが大きくなる）と減少し、一方、超音波パワーの強度は表面積が小さくなるにつれて増加します。

ホモジナイザーを使用する場合、試料にかかる総仕事は、以下の組み合わせとなる。 電源入力 ホモジナイザーの回転数、試料の量、暴露時間。再現性のある結果を得るためには、この3つのパラメーターをすべて考慮する必要があります。小さなコップ一杯の液体に装置を2分間入れて、同じ時間、1リットルの液体で同じ結果が得られるとは思わないでください！また、サンプルサイズが小さく、入力パワーが大きい場合、サンプルの温度はすぐに上昇することを覚えておいてください。温度に敏感なサンプルには、低出力設定を長時間使用し、ホモジナイザーが熱として入力したエネルギーを放散させる方がよい。
サンプルを加熱しすぎると、捕らえようとしているアロマがシステムから逃げてしまう可能性がある。
高出力入力は、ある種のオイルを使用した場合に見られるように、サンプルの劣化を引き起こすこともあります。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オイルは分解され、電気が焼けたような味としか言いようのない、非常に不快な味になることがある！
温度に敏感な材料の場合は、氷浴を使用したり、ドライアイスを試料に入れたりして、試料を冷却すると結果が改善されます。低出力を長時間使用することで、放出されたエネルギーをシステムに分散させることができます。また、超音波の各バースト間で冷却できるパルスモードで装置を使用することも有効です。
ホモジナイザーの電子機器内では、ユーザーはユニットを2つの主要な制御モードで操作することができます。

振幅制御

このモードでは、ユーザーはソノトロードに必要な最大振幅の％を選択します。その後、電子装置はその振幅でソノトロードを駆動しようと試み、ソノトロードで必要な振幅を維持するよう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、振幅は設定値に到達せず、過負荷状態に達するとシャットダウンすることがあります。

入力電力制御

このモードでは、ユーザーは必要な入力電力をワット単位で設定し、電子機器は入力電力をユーザーの設定に合わせるために振動の振幅を調整します。このモードでは、液体に伝達される電力が調整されるため、液体中で発生する熱が制限され、より敏感なサンプルへのダメージを避けることができます。

パルス・モード

この2つの動作モードに加え、パルスモードがあり、電子回路が周期的にオンとオフを切り替えます。これは脈動効果をもたらし、試料への全体的な入力電力を制限し、各デューティーサイクル中に電子機器が安定するため、初期入力が高くなる試料内の良好な攪拌を作り出すために有用です。

一般的なヒントとコツ

フレーバーの注入にホモジナイザーを使用する場合、ホモジナイズする前に固形分を小さくしておくと、より良い結果が得られる。 ソノトロード.ホモジナイザーを次の用途に使用する場合も、同じ原理が適用されます。 粒度分布測定.ホモジナイザーは、コースグラインダーではなく、ファイン仕上げツールとお考えください！粒子径を小さくする作業の多くは、ソノトロードで発生する力によって加速される粒子の高速衝突によって行われます。粒子径の縮小の一部を超音波処理の前に行うと、より良い結果が得られます。粒子径の縮小がすでに終わっている状態から始めると、より大きな表面積が超音波処理にさらされ、より小さな粒子が液体中でより速く加速されるため、粒子をさらに分解する力との衝突がより大きくなります。また、ホモジナイザーが行う仕事も少なくなり、温度をよりよく制御できるようになる。
ホモジナイザーはかなり局所的なレベルで作用するため、数百ミリリットル以上の大きな試料に使用する場合は、ソノトロードの周囲の容積を確実にリフレッシュし、試料の完全な超音波処理を確実にするために、追加の攪拌を行うことが有効です。これは特に粘性の高い試料に当てはまります。優れたマグネチックスターラーを使用すると便利です。攪拌はまた、ソノトロード周囲の液体が過熱されないようにするのにも役立ちます。氷浴やドライアイス片を試料に使用すると、超音波処理によって与えられたエネルギーを除去するのに役立ちます。すでに説明したように、材料が温度に敏感な場合は、時間をかけて低出力設定を使用するか、パルスモードを使用して試料に発生する温度を制限し、超音波パルスの間に試料を冷却できるようにします。

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文学

• 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.

 

このビデオでは、GuerillaChefs.deのシモンが、料理や分子ガストロノミーで使用される革新的な技術である、新鮮なマッシュルームを使用した水の迅速な芳香付けのためのHielscher UP200Htハンドヘルドソニケーターの使用を実演しています。超音波処理によって風味の抽出が促進され、デリケートな芳香成分が数秒で水相に注入されるため、洗練されたブロス、インフュージョン、フレーバーベースなどのクリーンラベル、非加熱処理が可能になります。自然な風味の開発に正確さと強度を求めるシェフやフードイノベーターに最適です。

超音波アロマセラピー：Hielscher UP200Htで風味豊かなきのこブロスを作る

 

知っておくべき事実

超音波組織ホモジナイザーは、プローブソニケーター/ソニフィケーター、ソニックライザー、超音波ディスラプター、超音波グラインダー、ソノラプター、ソニファイヤー、ソニックディスメンブレーター、セルディスラプター、超音波分散器、乳化器、またはディゾルバーと呼ばれることが多い。異なる用語は、超音波処理によって実現される様々な用途に起因する。