Molecular Cuisine and other Culinary Application(분자 요리 및 기타 요리 응용)

원리에 대한 간략한 안내서

작성자 : Mark Gaston

• 이 가이드의 내용은 대부분 쉽게 구할 수 있는 정보이지만, 사용된 용어에 익숙하지 않으면 항상 쉽게 읽을 수 없는 방식으로 작성되는 경우가 있습니다.
• 아래에서는 sonotrode, amplitude 등과 같은 sonitication의 중요한 용어와 요리 응용에 미치는 영향에 대해 설명합니다.
• 아래의 이 가이드는 덜 과학적이고 더 많은 요리 관련 방식으로 초음파 균질기의 사용을 설명하려고 시도합니다.

초음파와 식품에 대한 응용

기술로서의 초음파 균질화기는 다양한 형태로 수년 동안 사용되어 왔지만 소규모 요리 응용 분야에만 사용되고 있습니다. 균질화기에는 전력을 금속 팁 또는 sonotrode의 고주파 진동으로 변환하고 제어할 수 있는 정교한 전자 장치가 포함되어 있습니다.
sonotrode는 주로 가청 범위보다 높은 주파수에서 위아래로 움직입니다(예: 초당 26000회 또는 26Khz). UP200HT). sonotrode가 위아래로 움직이는 양을 진폭이라고하며 일반적으로 9에서 240 μm 사이에서 조정할 수 있습니다 (평균 인간의 머리카락은 참고로 약 100 μm 두께입니다). 간단히 말해서 sonotrode는 액체에서 위아래로 움직이는 피스톤처럼 동작합니다.
sonotrode가 액체에 담그는 동안 위아래로 움직이면 sonotrode 주변의 액체 내에 고압 및 저압 영역이 생성되어 캐비테이션으로 알려진 현상이 발생합니다. 부엌에서 압력을 낮추면(예: 챔버 실러에서) 액체가 더 낮은 온도에서 끓고 압력솥과 같이 압력을 높이면 액체가 더 높은 온도에서 끓는 것을 볼 수 있습니다.
sonotrode의 끝에서 빠르게 변동하는 압력 맥동은 액체 내에서 기포의 형성과 급격한 붕괴를 유발합니다. 이 모든 것은 미세한 규모로 발생하지만 액체에 의해 생성된 속도, 온도 및 압력으로 인해 액체 내에서 거대한 힘을 생성합니다. 공동 현상. 이 거대한 힘은 부엌에서 우리의 이점으로 바뀔 수 있습니다. 풍미 추출 곁에 세포 파열 또는 미립자 분해.

그러나 이 장비를 사용할 때 어려운 점 중 하나는 식품을 향상시키는 방식으로 이 힘을 활용하고 제어하는 것입니다.
구입 한 초음파 균질기 모델 UP200HT 사용자가 사용할 수 있는 최대 전력을 지시하며 균질기 자체에는 응용 분야에 맞게 성능을 조정하는 데 사용할 수 있는 여러 변수가 있습니다. 이 가이드의 목적을 위해 사용된 모델은 다음과 같습니다. 200 와트 단위.

Sonotrode 크기

의 크기 소노트로드 장착은 장치가 전력을 전달하는 방식에 큰 영향을 미칩니다.
아주 간단한 용어로, sonotrode의 표면적이 클수록 주어진 진폭에서 구동하는 데 더 많은 전력이 필요합니다. 유체의 점도는 또한 주어진 진폭에서 sonotrode를 구동하는 데 필요한 전력에 큰 영향을 미칩니다.
sonotrode를 피스톤 또는 플런저로 상상해보십시오, 피스톤이 물과 같은 얇은 액체의 냄비에서 매우 빠르게 위아래로 움직이면 합리적인 속도에서도 비교적 쉽게 할 수 있지만 냄비에 두꺼운 소스를 채우면 사실이 아니며 점도가 증가하여 액체에서 피스톤을 빠르게 위아래로 움직이려면 훨씬 더 많은 힘이 필요합니다. 피스톤 또는 플런저의 크기를 늘리면 액체에서 위아래로 움직이는 데 더 많은 노력이 필요합니다.
sonotrode의 경우에도 마찬가지입니다. 큰 sonotrode가 장착 된 경우, 액체의 점도가 낮은 유체보다 점도가 높은 경우 장치는 주어진 진동 진폭을 생성하기 위해 훨씬 더 열심히 일해야합니다.

주어진 전력 설정에서 더 작은 sonotrode 그것의 표면적 때문에 더 큰 압력 동요를 생성할 것입니다 높은 공동 현상 더 큰 sonotrode보다 팁의 강도(전력이 더 작은 sonotrode의 표면적에 집중됨에 따라).
동일한 진폭에서 더 큰 sonotrode를 구동하는 것이 불가능할 수 있으므로 훨씬 더 많은 전력이 필요하며, 이로 인해 과부하로 인해 장치가 종료될 수 있습니다. 이 경우 sonotrode의 크기를 줄이거나 더 높은 전력 장치를 얻어야합니다.
입력 초음파 강도 (주어진 전력 설정에서)는 표면적이 증가함에 따라 감소합니다 (더 큰 소노트로드), 표면적이 감소함에 따라 초음파 출력 강도가 증가함에 따라, 또는 다른 방식으로 말하면, 더 작은 소노트로드는 작은 영역에 많은 초음파 전력을 넣습니다.

균질화기를 사용할 때 샘플에 대해 수행되는 총 작업은 다음의 조합입니다. 전원 입력 균질화기의, 음량 샘플의와 시간 노출되어 있습니다. 재현 가능한 결과를 얻으려면 세 가지 매개변수를 모두 고려해야 합니다. 액체가 가득 찬 작은 컵에 장치를 2 분 동안 넣은 다음 같은 시간 동안 액체 리터에서 동일한 결과를 얻을 것으로 기대하지 마십시오! 마찬가지로 작은 표본 크기와 높은 전력 입력을 사용하면 온도 샘플이 빠르게 상승합니다. 온도에 민감한 샘플의 경우 더 낮은 전력 설정을 장기간에 걸쳐 사용하여 균질기가 열로 입력하는 에너지를 발산할 수 있도록 하는 것이 좋습니다.
샘플이 과열되면 캡처하려는 바로 그 향기 중 일부가 시스템을 빠져나갈 수 있습니다.
높은 전력 입력은 특정 오일을 사용할 때 볼 수 있듯이 샘플의 품질 저하를 유발할 수도 있습니다. 균질기 끝의 높은 에너지 입력에 노출되면 오일이 분해되어 매우 불쾌한 맛이 날 수 있으며, 이는 전기 연소의 맛으로만 설명할 수 있습니다!
온도에 민감한 물질의 경우 시료를 냉각하면 얼음 수조를 사용하거나 시료에 드라이아이스를 포함하는 등의 방법으로 결과를 개선할 수 있습니다. 더 낮은 전력 입력을 장기간에 걸쳐 사용하면 펄스 모드에서 장치를 사용하는 것과 같이 시스템으로 방출되는 에너지를 분산시키는 데 도움이 되며, 이는 각 초음파 버스트 사이에 약간의 냉각을 허용합니다.
균질기(homogeniser)의 전자 장치 내에서 사용자는 두 가지 주요 제어 모드에서 장치를 작동하도록 선택할 수 있습니다.

진폭 제어

이 모드에서 사용자는 sonotrode에 필요한 최대 진폭의 %를 선택합니다. 그런 다음 전자 장치는 해당 진폭에서 sonotrode를 구동하려고 시도하고 sonotrode에서 필요한 진폭을 유지하기 위해 장치의 입력 전력을 조정합니다. sonotrode 표면적이 너무 커서 장치의 사용 가능한 전력으로이 진폭에서 구동 할 수 없으면 진폭이 설정 값에 도달하지 않으며 과부하 조건에 도달하면 종료 될 수 있습니다.

입력 전력 제어

이 모드에서 사용자는 필요한 전원 입력을 와트 단위로 설정하고 전자 장치는 입력 전력을 사용자 설정에 맞게 조절하기 위해 진동의 진폭을 조정합니다. 이 모드를 사용하면 액체로 전달되는 전력을 조절할 수 있으므로 액체에서 생성되는 열이 제한되어 더 민감한 샘플의 손상을 방지할 수 있습니다.

펄스 모드

두 가지 작동 모드 외에도 펄스 모드가 있어 전자 장치가 켜지고 꺼집니다. 사이클, 타이밍은 사용자가 10%의 시간 동안 켜져 있고 90% 꺼져 있는 것에서 시간의 90%에 있고 10%가 꺼져 있는 것으로 설정합니다. 이는 맥동 효과를 제공하며 샘플에 대한 전체 전력 입력을 제한하고 각 듀티 사이클 동안 전자 장치가 안정화됨에 따라 초기 입력이 높아질 때까지 샘플 내에서 양호한 교반을 생성하는 데 유용합니다.

일반적인 힌트와 요령

풍미의 주입을 위해 균질화기를 사용할 때 고체가 균질화되기 전에 크기가 줄어들 때 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다, 이것은 에 노출된 표면적을 증가시킬 것입니다. 소노트로드. 균질기제를 사용할 때 동일한 원칙이 적용됩니다. 입자 크기 감소. 균질기(homogeniser)를 코스 그라인더가 아닌 정밀한 마무리 도구로 생각하십시오! 입자 크기를 줄일 때 대부분의 작업은 입자의 고속 충돌에 의해 수행되며 초음파 폭발에서 생성 된 힘을 가속화합니다. 입자 환원의 일부가 초음파 처리 전에 수행되면 훨씬 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 벌크 입자 크기 감소로 시작하여 이미 수행 된 것은 더 큰 표면적이 초음파 처리에 노출되고 더 작은 입자가 액체에서 더 빨리 가속되어 입자를 더 분해하는 힘으로 더 높은 충돌이 발생한다는 것을 의미합니다. 또한 균질화기로 수행해야 하는 작업이 줄어들어 온도를 더 잘 제어할 수 있습니다.
균질화기는 상당히 국부적 인 수준에서 작동하므로 수백 밀리 리터 이상의 더 큰 샘플과 함께 사용할 때 sonotrode 주변의 부피가 새로 고쳐지도록 추가 교반을 제공하여 샘플의 완전한 초음파 처리를 보장하는 데 유용합니다. 이것은 특히 더 많은 경우에 해당됩니다. 점성 샘플. 좋은 자기 교반기는 이를 달성하는 유용한 방법입니다. 교반은 또한 sonotrode 주변의 액체의 양이 과열되지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. 샘플에 얼음 목욕 또는 드라이 아이스 조각을 사용하면 초음파 화에 의해 전달되는 에너지를 제거하는 데 도움이됩니다. 이미 논의한 바와 같이 재료가 온도에 민감한 경우 더 낮은 전력 설정을 사용하여 더 많은 시간 동안 더 낮은 전력 설정을 사용하거나 펄스 모드를 사용하여 샘플에서 생성되는 온도를 제한하여 샘플이 음파 펄스 사이에서 냉각되도록 합니다.

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문학

• 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.

알아 둘 만한 가치가 있는 사실

초음파 조직 균질화기는 종종 프로브 초음파 발생기 / 초음파 분석기, 음파 용해기, 초음파 분열기, 초음파 분쇄기, 소노 파쇄기, 초음파 방출기, 세포 분열기, 초음파 분산기, 유화제 또는 용해기라고합니다. 다른 용어는 초음파 처리에 의해 충족 될 수있는 다양한 응용 프로그램의 결과입니다.