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

초음파 처리는 요리사와 식품 과학자가 음식과 음료를 준비하는 방식을 변화시키고 있습니다. 초음파 추출, 주입, 유화 및 균질화는 요리 창작을 위한 초음파 처리기의 주요 응용 분야입니다. 빠른 추출부터 부드러운 에멀젼과 강화된 아로마에 이르기까지 초음파는 뛰어난 맛과 질감을 개발합니다. 이 글에서는 셰프와 식품 기술자가 초음파 캐비테이션을 활용하여 칵테일부터 콩소메까지 모든 것을 재창조하는 방법을 알아봅니다.

원리에 대한 간략한 안내서

마크 개스톤의 게스트 글

• 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.
• 아래 가이드는 초음파 균질기의 사용을 덜 과학적이고 요리와 관련된 방식으로 설명하려고 시도합니다.

초음파와 식품에 대한 응용

기술로서의 초음파 균질화기는 다양한 형태로 수년 동안 사용되어 왔지만 소규모 요리 응용 분야에만 그 길을 찾고 있습니다. 균질화기는 금속 끝 sonotrode의 고주파 진동으로 전력을 개조하고 통제할 수 있는 몇몇 정교한 전자공학을 포함한다.
sonotrode는 주로 가청 범위보다 높은 주파수에서 위아래로 움직입니다(예: 초당 26000회 또는 26Khz). 초음파 발생기 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.
소노트로드 끝에서 빠르게 변동하는 압력 맥동은 액체 내에서 기포의 형성과 빠른 붕괴를 일으킵니다. 이 모든 것은 미세한 규모로 발생하지만 캐비테이션에 의해 생성된 속도, 온도 및 압력으로 인해 액체 내에 거대한 힘을 생성합니다. 이러한 거대한 힘을 주방에서 유리하게 활용할 수 있는 것은 다음과 같습니다. 풍미 추출 곁에 세포 파열, 유화또는 미립자 분해.

 

비건 무스 오 쇼콜라의 초음파 유화에 대해 자세히 알아보세요!
 

그러나 이 장비를 사용할 때 어려운 점 중 하나는 식품을 향상시키는 방식으로 이 힘을 활용하고 제어하는 것입니다.
구매한 초음파 균질화기 모델 UP200Ht 에 따라 사용자가 사용할 수 있는 최대 출력이 결정되며, 균질화기 자체에는 용도에 맞게 성능을 조정하는 데 사용할 수 있는 여러 가지 변수가 있습니다. 이 가이드의 목적에 따라 사용된 모델은 Hielscher 200와트 소닉레이터입니다.

Sonotrode 크기

장착된 소노트로드의 크기는 유닛이 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 파워 설정에서 표면적 때문에 작은 소노트로드는 큰 소노트로드보다 팁에서 더 큰 압력 변동과 더 높은 캐비테이션 강도를 생성합니다(파워가 작은 소노트로드의 표면적에 집중되기 때문에).
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.
초음파 강도 (주어진 전력 설정에서)는 표면적이 감소함에 따라 초음파 전력 강도가 증가하거나 다른 방식으로 말하면 표면적이 증가함에 따라 감소하며, 더 작은 sonotrode는 더 큰 sonotrode가 더 큰 영역에 전력을 퍼뜨리는 작은 영역에 많은 초음파 전력을 넣습니다.

균질화기가 사용될 때, 표본에 행해진 총 일은 의 조합입니다 전원 입력 균질화기, 샘플의 부피 및 노출되는 시간. 재현 가능한 결과를 얻으려면 세 가지 매개변수를 모두 고려해야 합니다. 액체가 가득 찬 작은 컵에 장치를 2분 동안 넣은 다음 같은 시간 동안 1리터의 액체에서 동일한 결과를 얻을 것으로 기대하지 마십시오! 마찬가지로 작은 샘플 크기와 높은 전력 입력으로 샘플의 온도가 빠르게 상승한다는 점을 기억하십시오. 온도에 민감한 샘플의 경우 장기간에 걸쳐 더 낮은 전력 설정을 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 또한 특정 오일을 사용할 때 볼 수 있듯이 샘플의 저하를 유발할 수 있습니다. 균질화기 끝의 높은 에너지 입력에 노출되면 오일이 분해되어 전기 연소 맛으로만 설명할 수 있는 매우 불쾌한 맛이 날 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.
균질화기의 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 있으며, 전자 장치는 주기적으로 켜고 끄며, 그 타이밍은 사용자가 10%의 시간 동안 켜져 있고 90% 꺼지는 상태에서 10%의 시간 동안 켜져 있고 10% 꺼지는 것으로 설정됩니다. 이는 맥동 효과를 제공하며 샘플에 대한 전체 전력 입력을 제한하고 각 듀티 사이클 동안 전자 장치가 안정화됨에 따라 초기 입력이 높을 때까지 샘플 내에서 우수한 교반을 생성하는 데 유용합니다.

일반적인 힌트와 요령

풍미의 주입을 위해 균질화기를 사용할 때 더 나은 결과는 고체가 균질화되기 전에 크기가 감소할 때 얻어집니다, 이것은 에 노출된 표면적을 증가시킬 것입니다 소노트로드. 균질화기를 사용할 때도 동일한 원리가 적용됩니다. 입자 크기 감소. 균질화기는 코스 그라인더가 아닌 고급 마감 도구로 생각하십시오! 입자 크기의 감소에서는, 일의 많은 것은 입자의 고속 충돌에 의해 가속되고, sonotrode에 생성된 힘에 의해 행해진다. 초음파 처리 전에 입자 감소의 일부가 수행되면 훨씬 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 벌크 입자 크기 감소가 이미 수행된 것부터 시작하여 더 큰 표면적이 초음파 처리에 노출되고 더 작은 입자가 액체에서 더 빨리 가속되어 입자를 더 분해하는 힘과 더 높은 충돌이 발생한다는 것을 의미합니다. 균질화기가 수행해야 하는 작업도 줄여 온도를 더 잘 제어할 수 있습니다.
균질화기는 상당히 국부적 인 수준에서 작동하기 때문에 수백 밀리리터 이상의 더 큰 샘플과 함께 사용할 때 유용하여 sonotrode 주변의 부피가 새로 고쳐지고 샘플의 완전한 초음파 처리를 보장하기 위해 추가 교반을 제공합니다. 이것은 특히 점성이 더 높은 샘플에 해당됩니다. 좋은 자기 교반기는 이를 달성하는 데 유용한 방법입니다. 교반은 또한 sonotrode 주변의 액체의 부피가 과열되지 않도록하는 데 도움이됩니다. 얼음 목욕을 사용하거나 샘플에 드라이 아이스 조각을 사용하면 음파화에 의해 전달되는 에너지를 제거하는 데 도움이됩니다. 이미 논의한 바와 같이 재료가 온도에 민감한 경우 증가된 기간 동안 더 낮은 전력 설정을 사용하거나 펄스 모드를 사용하여 샘플에서 생성된 온도를 제한하여 샘플이 음파 펄스 사이에서 냉각될 수 있도록 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.
• 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.

 

이 비디오에서는 GuerillaChefs.de의 Simon이 요리 및 분자 요리법에 사용되는 혁신적인 기술인 신선한 버섯으로 물을 빠르게 향기화하기 위해 Hielscher UP200Ht 휴대용 초음파 처리기를 사용하는 방법을 시연합니다. 초음파 처리는 풍미 추출을 향상시키고 섬세한 향기 화합물을 수초 내에 수성 상에 주입하여 정제된 육수, 인퓨전 또는 향료 베이스에 대한 클린 라벨, 무열 처리를 가능하게 합니다. 자연스러운 풍미 개발의 정밀도와 강도를 원하는 셰프와 식품 혁신가에게 이상적입니다.

초음파 방향성 : Hielscher UP200HT를 사용하여 풍미가 강한 버섯 국물을 만드십시오.

 

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.