მოლეკულური სამზარეულო და სხვა კულინარიული აპლიკაციები

პრინციპების მოკლე გზამკვლევი

მარკ გასტონის მიერ

• ამ სახელმძღვანელოს შინაარსის უმეტესი ნაწილი არის ინფორმაცია, რომელიც ხელმისაწვდომია, თუმცა ზოგჯერ ის იწერება ისე, რომ ყოველთვის არ არის ადვილი წაკითხვა, თუ არ იცნობთ გამოყენებულ ტერმინებს.
• ქვემოთ, ახსნილია ისეთი მნიშვნელოვანი ტერმინები, როგორიცაა sonotrode, ამპლიტუდა და ა.შ. და მათი გავლენა კულინარიულ პროგრამებზე.
• ქვემოთ მოცემული სახელმძღვანელო ცდილობს ახსნას ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის გამოყენება ნაკლებად მეცნიერულად და უფრო კულინარიასთან დაკავშირებული გზით.

ულტრაბგერითი ტალღები და მათი გამოყენება საკვებში

ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი, როგორც ტექნიკა, მრავალი წელია არსებობს სხვადასხვა ფორმით, მაგრამ მხოლოდ ახლა ხვდება გზას უფრო მცირე მასშტაბის კულინარიულ აპლიკაციებში. ჰომოგენიზატორი შეიცავს რამდენიმე დახვეწილ ელექტრონიკას, რომელსაც შეუძლია ელექტროენერგიის გარდაქმნა და კონტროლი ლითონის წვერის ან სონოტროდის მაღალი სიხშირის ვიბრაციად.
სონოტროდი მოძრაობს ძირითადად მაღლა და ქვევით საკმაოდ მაღალი სიხშირით ხმამაღალი დიაპაზონის ზემოთ (მაგ. 26000 ჯერ წამში ან 26Khz სიხშირით UP200Ht). რაოდენობას, რომლითაც სონოტროდი მოძრაობს ზევით და ქვევით, ეწოდება ამპლიტუდა და ჩვეულებრივ შეიძლება დარეგულირდეს 9-დან 240 μm-მდე (საცნობარო ადამიანის თმის საშუალო სისქე დაახლოებით 100 მკმ-ია). მარტივი სიტყვებით, სონოტროდი იქცევა როგორც დგუში, რომელიც მოძრაობს სითხეში მაღლა და ქვევით.
როდესაც სონოტროდი მოძრაობს ზევით და ქვევით სითხეში ჩაძირვისას, ის ქმნის მაღალი და დაბალი წნევის უბნებს სითხეში სონოტროდის გარშემო, რაც თავის მხრივ ქმნის ფენომენს, რომელიც ცნობილია როგორც კავიტაცია. ჩვენ ვხედავთ სამზარეულოში, რომ წნევის დაწევა (როგორიცაა კამერის დალუქულში) იწვევს სითხეების ადუღებას დაბალ ტემპერატურაზე და წნევის ამაღლება (როგორიცაა წნევის გაზქურის) იწვევს სითხეების ადუღებას უფრო მაღალ ტემპერატურაზე.
სწრაფად მერყევი წნევის პულსაციები სონოტროდის წვერზე იწვევს ბუშტების წარმოქმნას და შემდეგ სწრაფ კოლაფსს სითხეში. ეს ყველაფერი ხდება წუთში, მაგრამ ქმნის უზარმაზარ ძალებს სითხეში სიჩქარის, ტემპერატურისა და წნევის გამო. კავიტაცია. ეს არის უზარმაზარი ძალები, რომლებიც შეიძლება ჩვენს სასარგებლოდ იქცეს სამზარეულოში არომატების მოპოვება მიერ უჯრედების რღვევა ან ნაწილაკების დაშლა.

თუმცა, ამ აღჭურვილობის გამოყენების ერთ-ერთი გამოწვევაა ამ ძალის გამოყენება და კონტროლი ისე, რომ გააძლიეროს საკვები.
შეძენილი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის მოდელი UP200Ht კარნახობს მომხმარებლისთვის ხელმისაწვდომ მაქსიმალურ სიმძლავრეს და თავად ჰომოგენიზატორს აქვს მთელი რიგი ცვლადები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მისი მუშაობის დასარეგულირებლად აპლიკაციის შესაბამისად. ამ სახელმძღვანელოს მიზნებისთვის გამოყენებული მოდელი იყო ა 200 ვატი ერთეული.

Sonotrode ზომა

ზომა სონოტროდე დამონტაჟება დიდ გავლენას ახდენს იმაზე, თუ როგორ აწვდის ერთეული თავის ძალას.
ძალიან მარტივი სიტყვებით, რაც უფრო დიდია სონოტროდის ზედაპირის ფართობი, მით მეტი სიმძლავრე დასჭირდება მას ნებისმიერ მოცემულ ამპლიტუდაზე მართვისთვის. სითხის სიბლანტე ასევე დიდ გავლენას მოახდენს სიმძლავრეზე, რომელიც საჭიროა მოცემული ამპლიტუდაზე სონოტროდის მართვისთვის.
წარმოიდგინეთ სონოტროდი, როგორც დგუში ან დგუში, თუ დგუში ძალიან სწრაფად მოძრაობს ზევით და ქვევით თხელ სითხის ქვაბში, როგორიცაა წყალი, ამის გაკეთება შედარებით ადვილია თუნდაც გონივრულ სიჩქარეზე, თუმცა შეავსეთ ქვაბი სქელი სოუსით და იგივე არ იქნება მართალი, გაზრდილი სიბლანტის გამო დგუშის სწრაფად ზევით და ქვევით გადაადგილება დასჭირდება ბევრად მეტ ძალას. გაზარდეთ დგუშის ან დგუშის ზომა და ასევე დასჭირდება მეტი ძალისხმევა სითხეში მაღლა და ქვევით გადაადგილებისთვის.
იგივე ითქმის სონოტროდზეც. დიდი სონოტროდის დაყენებით, ერთეულს მოუწევს ბევრად უფრო რთული მუშაობა რხევის მოცემული ამპლიტუდის შესაქმნელად, თუ სითხეს აქვს მაღალი სიბლანტე, ვიდრე დაბალი სიბლანტის სითხის შემთხვევაში.

ნებისმიერ მოცემულ სიმძლავრის პარამეტრზე a უფრო პატარა სონოტროდი მისი ზედაპირის ფართობის გამო გამოიწვევს წნევის უფრო დიდ რყევებს და უფრო მაღალი კავიტაცია ინტენსივობა წვერიზე, ვიდრე უფრო დიდი სონოტროდი (რადგან ძალა ფოკუსირებულია უფრო მცირე სონოტროდის ზედაპირის ფართობზე).
შესაძლოა შეუძლებელი იყოს უფრო დიდი სონოტროდის მართვა იმავე ამპლიტუდით, რადგან ამისთვის გაცილებით მეტი სიმძლავრე იქნება საჭირო, რამაც შესაძლოა გამოიწვიოს დანადგარის გამორთვა გადატვირთვის გამო. ამ შემთხვევაში სონოტროდის ზომა უნდა შემცირდეს ან მიიღოთ უფრო მაღალი სიმძლავრის ერთეული.
შეყვანა ულტრაბგერითი ინტენსივობა (ნებისმიერი მოცემული სიმძლავრის პარამეტრზე) მცირდება ზედაპირის ფართობის მატებასთან ერთად (დიდი სონოტროდები), სადაც ულტრაბგერითი სიმძლავრის ინტენსივობა იზრდება ზედაპირის ფართობის შემცირებით, ან სხვაგვარად რომ ვთქვათ, პატარა სონოტროდი დიდ ულტრაბგერით ენერგიას აყენებს მცირე ფართობზე. სადაც უფრო დიდი სონოტროდი ავრცელებს ძალას უფრო დიდ ფართობზე.

როდესაც გამოიყენება ჰომოგენიზატორი, ნიმუშზე შესრულებული სამუშაო მთლიანი კომბინაციაა შემავალი სიმძლავრე ჰომოგენიზატორის, მოცულობა ნიმუშისა და დრო ის გამოვლენილია. განმეორებადი შედეგების მისაღებად სამივე პარამეტრი უნდა გავითვალისწინოთ. ნუ ელოდებით, რომ მოწყობილობას სითხით სავსე პატარა ჭიქაში ორი წუთის განმავლობაში ჩადებთ და შემდეგ იგივე შედეგს მიიღებთ ერთ ლიტრ სითხეში იმავე დროის განმავლობაში! ასევე გახსოვდეთ, რომ მცირე ზომის ნიმუშით და მაღალი სიმძლავრის შეყვანით, ტემპერატურა ნიმუში სწრაფად გაიზრდება. ტემპერატურის მგრძნობიარე ნიმუშებისთვის უმჯობესია გამოიყენოთ დაბალი სიმძლავრის პარამეტრები უფრო ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში, რაც საშუალებას მისცემს ჰომოგენიზატორის მიერ სითბოს სახით შეყვანილი ენერგიის გაფანტვას.
ნიმუშის გადახურებამ შეიძლება გამოიწვიოს ზოგიერთი არომატი, რომლის დაჭერას ცდილობთ სისტემისგან თავის დაღწევისთვის.
მაღალი სიმძლავრის შეყვანამ ასევე შეიძლება გამოიწვიოს ნიმუშის დეგრადაცია, როგორც ეს ჩანს გარკვეული ზეთების გამოყენებისას. ზეთები, როდესაც ექვემდებარება მაღალი ენერგიის შეყვანას ჰომოგენიზატორის წვერზე, შეიძლება დაიშალოს და გამოიწვიოს ძალიან უსიამოვნო გემო, რომელიც შეიძლება შეფასდეს მხოლოდ როგორც ელექტრული წვის გემო!
ტემპერატურის მგრძნობიარე მასალებისთვის, ნიმუშის გაცივება გააუმჯობესებს შედეგებს, როგორიცაა ყინულის აბაზანის გამოყენება ან ზოგიერთი მშრალი ყინულის შეყვანა ნიმუშში. დაბალი სიმძლავრის შეყვანის გამოყენება უფრო ხანგრძლივ პერიოდში ეხმარება სისტემაში გამოთავისუფლებული ენერგიის დაშლას, ისევე როგორც მოწყობილობის გამოყენება პულსურ რეჟიმში, რაც საშუალებას აძლევს გარკვეულ გაგრილებას ულტრაბგერის თითოეულ პაკეტს შორის.
ჰომოგენიზატორის ელექტრონიკის ფარგლებში მომხმარებელს შეუძლია აირჩიოს განყოფილების მართვა ორი ძირითადი რეჟიმით.

ამპლიტუდის კონტროლი

ამ რეჟიმში მომხმარებელი ირჩევს სონოტროდისთვის საჭირო მაქსიმალური ამპლიტუდის %-ს. ელექტრონიკა შემდეგ შეეცდება მართოს სონოტროდი ამ ამპლიტუდაზე და დაარეგულიროს მოწყობილობის შეყვანის სიმძლავრე, რათა შეინარჩუნოს საჭირო ამპლიტუდა სონოტროდზე. თუ სონოტროდის ზედაპირის ფართობი ზედმეტად დიდია ამ ამპლიტუდაზე გადაადგილებისთვის დანაყოფის ხელმისაწვდომი სიმძლავრით, ამპლიტუდა ვერ მიაღწევს დადგენილ მნიშვნელობას და შეიძლება დაიხუროს გადატვირთვის მდგომარეობის მიღწევის შემთხვევაში.

შეყვანის დენის კონტროლი

ამ რეჟიმში მომხმარებელი ადგენს საჭირო სიმძლავრის შეყვანას ვატებში და ელექტრონიკა დაარეგულირებს რხევების ამპლიტუდას, რათა დაარეგულიროს შემავალი სიმძლავრე მომხმარებლის პარამეტრებში. ეს რეჟიმი იძლევა სითხეში გადაცემული სიმძლავრის რეგულირებას და, შესაბამისად, სითხეში წარმოქმნილი სითბო შეზღუდულია, რათა თავიდან აიცილოს უფრო მგრძნობიარე ნიმუშების დაზიანება.

პულსის რეჟიმი

მუშაობის ორი რეჟიმის გარდა, არსებობს პულსის რეჟიმი, რომლის დროსაც ელექტრონიკა ირთვება და გამორთულია. ციკლები, რომლის დრო დგინდება მომხმარებლის მიერ დროის 10%-დან და 90%-დან გამორთვადან 90%-მდე და გამორთული 10%-მდე. ეს იძლევა პულსირებულ ეფექტს და გამოსადეგია როგორც ნიმუშის მთლიანი სიმძლავრის შეზღუდვისთვის, ასევე ნიმუშის შიგნით კარგი აჟიოტაჟის შესაქმნელად საწყის შეყვანამდე, რომელიც მაღალია, რადგან ელექტრონიკა სტაბილიზდება ყოველი სამუშაო ციკლის განმავლობაში.

ზოგადი მინიშნებები და ხრიკები

ჰომოგენიზატორის გამოყენებისას არომატების შეწოვისას უკეთესი შედეგები მიიღწევა, როდესაც მყარი ნივთიერებები ჰომოგენიზებამდე შემცირდება ზომით, ეს გაზრდის ზედაპირის ფართობს. სონოტროდე. იგივე პრინციპი მოქმედებს ჰომოგენიზატორის გამოყენებისას ნაწილაკების ზომის შემცირება. წარმოიდგინეთ ჰომოგენიზატორი, როგორც დახვეწილი დასრულების ინსტრუმენტი და არა საფქვავი! ნაწილაკების ზომების შემცირებისას სამუშაოს დიდი ნაწილი ნაწილაკების მაღალი სიჩქარით შეჯახებით კეთდება, რაც აჩქარებს სონოტროდზე წარმოქმნილ ძალებს. ბევრად უკეთესი შედეგი მიიღება, თუ ნაწილაკების გარკვეული შემცირება მოხდება სონიკაციამდე. უკვე გაკეთებული ნაყარი ნაწილაკების ზომის შემცირებით დაწყებული ნიშნავს, რომ უფრო დიდი ზედაპირი ექვემდებარება ზემოქმედებას და რომ პატარა ნაწილაკები უფრო სწრაფად აჩქარდებიან სითხეში, რაც გამოიწვევს უფრო დიდ შეჯახებას ნაწილაკების შემდგომი დაშლის ძალით. ასევე ნაკლები სამუშაო იქნება ჰომოგენიზატორის მიერ, რაც საშუალებას მისცემს ტემპერატურის უკეთესად კონტროლს.
იმის გამო, რომ ჰომოგენიზატორი მუშაობს საკმაოდ ლოკალიზებულ დონეზე, სასარგებლოა, როდესაც გამოიყენება უფრო დიდი ნიმუშებით, ვთქვათ რამდენიმე ასეული მილილიტრი ან მეტი, რათა უზრუნველყოს დამატებითი აჟიოტაჟი სონოტროდის გარშემო მოცულობის განახლების უზრუნველსაყოფად, რაც უზრუნველყოფს ნიმუშის სრულ გაჟღერებას. ეს განსაკუთრებით ეხება უფრო მეტს ბლანტი ნიმუშები. კარგი მაგნიტური შემრევი ამის მისაღწევად სასარგებლო გზაა. აჟიოტაჟი ასევე ეხმარება იმის უზრუნველყოფას, რომ სონოტროდის გარშემო სითხის მოცულობა არ არის გადახურებული. ყინულის აბაზანის, ან მშრალი ყინულის ნაჭრების გამოყენება ნიმუშში დაგეხმარებათ ამოიღოთ სონიფიკაციის შედეგად მიღებული ენერგია. როგორც უკვე განვიხილეთ, თუ მასალა მგრძნობიარეა ტემპერატურის მიმართ, გამოიყენეთ დაბალი სიმძლავრის პარამეტრები დროის გაზრდილი პერიოდის განმავლობაში და ან გამოიყენეთ პულსის რეჟიმი, რათა შეზღუდოთ ნიმუშში წარმოქმნილი ტემპერატურა, რაც საშუალებას მისცემს ნიმუშს გაცივდეს ბგერის იმპულსებს შორის.

---

---

ლიტერატურა

• 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.

ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს

ულტრაბგერითი ქსოვილის ჰომოგენიზატორები ხშირად მოიხსენიება, როგორც ზონდის სონიფიკატორი/სონიფიკატორი, ბგერითი ლიზერი, ულტრაბგერითი დამრღვევი, ულტრაბგერითი საფქვავი, სონო გამანადგურებელი, სონიფიკატორი, ბგერითი დაშლა, უჯრედის დამრღვევი, ულტრაბგერითი დისპერსერი, ემულგატორი ან გამხსნელი. განსხვავებული ტერმინები წარმოიქმნება სხვადასხვა აპლიკაციებიდან, რომლებიც შეიძლება შესრულდეს სონიკით.