Molekulārā virtuve un citi kulinārie pielietojumi

Apstrāde ar ultraskaņu pārveido veidu, kā pavāri un pārtikas zinātnieki gatavo ēdienus un dzērienus: ekstrakcija, garšas vielu ievadīšana, emulģēšana un homogenizācija ar ultraskaņu ir galvenie ultraskaņas apstrādes ierīču pielietojumi kulināro izstrādājumu radīšanā. No ātras ekstrakcijas līdz zīdainākām emulsijām un izteiktākiem aromātiem – ultraskaņas viļņi rada izcilas garšas un tekstūras. Šajā rakstā uzzināsiet, kā pavāri un pārtikas tehnologi izmanto ultraskaņas kavitāciju, lai no jauna radītu visu – no kokteiļiem līdz konsomē.

Īss pamatprincipu ceļvedis

viesautora Mark Gaston raksts

• Lielākā daļa šī ceļveža satura ir viegli pieejama informācija, tomēr dažkārt tā ir uzrakstīta tā, ka to ne vienmēr ir viegli lasīt, ja vien nepārzināt izmantotos terminus.
• Tālāk ir izskaidroti svarīgi ar apstrādi ar ultraskaņu saistīti termini, piemēram, sonotrode, amplitūda u. c., un to ietekme kulinārajos pielietojumos.
• Šajā ceļvedī mēģināts izskaidrot ultraskaņas homogenizatora izmantošanu mazāk zinātniskā un vairāk ar kulināriju saistītā veidā.

Ultraskaņas viļņi un to izmantošana pārtikas apstrādē

Ultraskaņas homogenizācija kā metode dažādos veidos pastāv jau daudzus gadus, taču tikai tagad tā sāk ienākt mazāka mēroga kulinārajos pielietojumos. Homogenizatorā ir sarežģīta elektronika, kas ļauj pārveidot elektrisko jaudu metāla uzgaļa jeb sonotrodes augstfrekvences svārstībās un tās kontrolēt.
Sonotrode galvenokārt kustas augšup un lejup ar diezgan augstu frekvenci, kas pārsniedz dzirdamības diapazonu (piemēram, 26 000 reižu sekundē jeb 26Khz, izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīci UP200Ht). Sonotrodes kustības lielumu augšup un lejup sauc par amplitūdu, un to parasti var regulēt no 9 līdz 240 µm (salīdzinājumam – cilvēka mata vidējais biezums ir aptuveni 100 µm). Vienkārši sakot, sonotrode darbojas kā virzulis, kas šķidrumā kustas augšup un lejup.
Kad šķidrumā iegremdēta sonotrode kustas augšup un lejup, tā šķidrumā ap sevi rada augsta un zema spiediena zonas, kas savukārt izraisa parādību, ko sauc par kavitāciju. Virtuvē varam novērot, ka spiediena pazemināšana (piemēram, kameras tipa vakuuma iepakotājā) liek šķidrumiem vārīties zemākā temperatūrā, savukārt spiediena paaugstināšana (piemēram, spiediena katlā) liek šķidrumiem vārīties augstākā temperatūrā.
Strauji mainīgās spiediena pulsācijas sonotrodes galā izraisa burbuļu veidošanos šķidrumā un pēc tam to strauju sabrukšanu. Tas viss notiek ļoti mazā mērogā, taču kavitācijas radīto ātrumu, temperatūru un spiedienu dēļ šķidrumā rodas milzīgi spēki. Tieši šos milzīgos spēkus virtuvē varam lietderīgi izmantot garšas vielu ekstrakcijai ar šūnu sagraušanu, emulģēšanai, vai daļiņu sasmalcināšanai.

 

Skatieties, kā Hielscher UP200Ht sonikators pārvērš augu izcelsmes šokolādes emulsiju zīdainās, stabilās vegāniskās šokolādes putās. Ultraskaņas kavitācija nodrošina smalku dispersiju, uzlabotu emulsijas stabilitāti un optimālu tekstūru – pamatu nevainojamam desertam bez piena produktiem ar bagātīgu šokolādes garšu. Veidojot stabilu šokolādes tauku un ūdens emulsiju ar pilienu izmēru zem viena mikrometra, apstrāde ar ultraskaņu palīdz iegūt intensīvu garšu un viendabīgu, maigu konsistenci mutē. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu sašķeļ cietes, olbaltumvielu un kakao cieto daļiņu aglomerātus, nodrošinot izcilu krēmīgumu un izteiktāku garšu.

Uzziniet vairāk par vegāniska šokolādes musa emulģēšanu ar ultraskaņu!
 

Tomēr viens no izaicinājumiem šīs iekārtas izmantošanā ir izmantot un kontrolēt šo jaudu tā, lai uzlabotu pārtikas produktus.
Iegādātais ultraskaņas homogenizatora modelis UP200Ht nosaka lietotājam pieejamo maksimālo jaudu, un pašam homogenizatoram ir vairāki maināmi parametri, ar kuriem tā darbību var pielāgot konkrētajam pielietojumam. Šajā ceļvedī tika izmantota Hielscher 200 vatu ultraskaņas apstrādes ierīce.

Sonotrodes izmērs

Uzstādītās sonotrodes izmērs būtiski ietekmē to, kā ierīce nodod savu jaudu.
Pavisam vienkārši runājot, jo lielāks ir sonotrodes virsmas laukums, jo lielāka jauda būs nepieciešama, lai to darbinātu ar jebkuru noteiktu amplitūdu. Arī šķidruma viskozitāte būtiski ietekmēs jaudu, kas nepieciešama sonotrodes darbināšanai ar noteiktu amplitūdu.
Iztēlojieties sonotrodi kā virzuli vai plunžeri: ja virzuli ļoti ātri pārvieto augšup un lejup katlā ar mazviskozu šķidrumu, piemēram, ūdeni, to ir samērā viegli izdarīt pat ar visai lielu ātrumu. Taču, piepildot katlu ar biezu mērci, situācija mainās – palielinātās viskozitātes dēļ būs nepieciešama daudz lielāka jauda, lai virzuli šķidrumā strauji pārvietotu augšup un lejup. Palielinot virzuļa vai plunžera izmēru, arī būs nepieciešama lielāka piepūle, lai to šķidrumā pārvietotu augšup un lejup.
Tas pats attiecas uz sonotrodi. Ja ir uzstādīta liela sonotrode, ierīcei būs jādarbojas ar daudz lielāku slodzi, lai radītu noteiktu svārstību amplitūdu šķidrumā ar augstu viskozitāti nekā šķidrumā ar zemu viskozitāti.
 

 

Pie jebkura noteikta jaudas iestatījuma mazāka sonotrode sava virsmas laukuma dēļ galā radīs lielākas spiediena svārstības un augstāku kavitācijas intensitāti nekā lielāka sonotrode (jo jauda tiek koncentrēta uz mazākas sonotrodes virsmas laukuma).
Lielāku sonotrodi var nebūt iespējams darbināt ar tādu pašu amplitūdu, jo tam būs nepieciešama daudz lielāka jauda, un pārslodzes dēļ ierīce var izslēgties. Šādā gadījumā ir jāsamazina sonotrodes izmērs vai jāiegādājas jaudīgāka ierīce.
Ultraskaņas intensitāte (pie jebkura noteikta jaudas iestatījuma) samazinās, palielinoties virsmas laukumam (lielākām sonotrodēm), savukārt ultraskaņas jaudas intensitāte palielinās, samazinoties virsmas laukumam. Citiem vārdiem sakot, mazāka sonotrode ievada lielu ultraskaņas jaudu nelielā laukumā, bet lielāka sonotrode sadala jaudu pa lielāku laukumu.

Izmantojot homogenizatoru, kopējo ar paraugu veikto darbu nosaka homogenizatora ievadītā jauda , parauga tilpums un tā apstrādes ilgums. Lai iegūtu reproducējamus rezultātus, jāņem vērā visi trīs parametri. Negaidiet, ka, ievietojot ierīci nelielā ar šķidrumu piepildītā krūzītē uz divām minūtēm, iegūsiet tādu pašu rezultātu kā litrā šķidruma tādā pašā laika posmā! Tāpat atcerieties, ka nelielu paraugu un lielas ievadītās jaudas gadījumā parauga temperatūra strauji paaugstināsies. Pret temperatūru jutīgiem paraugiem labāk izmantot zemākus jaudas iestatījumus ilgāku laiku, ļaujot homogenizatora ievadītajai enerģijai izkliedēties siltuma veidā.
Parauga pārkaršana var izraisīt tieši to aromātu daļas izzušanu no sistēmas, kurus cenšaties iegūt.
Liela ievadītā jauda var arī izraisīt parauga noārdīšanos, kā to var novērot, izmantojot noteiktas eļļas. Pakļaujot eļļas lielam enerģijas pievadam homogenizatora galā, tās var noārdīties, radot ārkārtīgi nepatīkamu garšu, ko var raksturot vienīgi kā degošas elektroinstalācijas garšu!
Pret temperatūru jutīgiem materiāliem parauga dzesēšana uzlabos rezultātus, piemēram, izmantojot ledus vannu vai pievienojot paraugam nedaudz sausā ledus. Mazākas jaudas ievadīšana ilgāku laiku palīdz izkliedēt sistēmā izdalīto enerģiju, tāpat kā ierīces izmantošana impulsu režīmā, kas ļauj paraugam nedaudz atdzist starp ultraskaņas impulsiem.
Izmantojot homogenizatora elektronisko vadību, lietotājs var izvēlēties divus galvenos ierīces vadības režīmus.

Amplitūdas vadība

Šajā režīmā lietotājs izvēlas sonotrodei nepieciešamo amplitūdu, kas izteikta % no maksimālās amplitūdas. Pēc tam elektronika mēģina darbināt sonotrodi ar šo amplitūdu un pielāgo ierīces ieejas jaudu, lai uzturētu nepieciešamo sonotrodes amplitūdu. Ja sonotrodes virsmas laukums ir pārāk liels, lai ar ierīces pieejamo jaudu to darbinātu ar šo amplitūdu, amplitūda nesasniegs iestatīto vērtību un pārslodzes gadījumā ierīce var izslēgties.

Vai vēlaties paši gatavot garšvielu ekstraktus vai mērces? Gan restorānu virtuvēs un ambiciozu šefpavāru palīgu darbā, gan komerciālā ražošanā Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj īsā laikā iegūt augstas kvalitātes ekstraktus un mērces. Gatavojiet bioloģiskus ekstraktus paši! Atsakieties no konservantiem! Izmantojiet tikai pašu izvēlētas sastāvdaļas!

Ieejas jaudas regulēšana

Šajā režīmā lietotājs iestata nepieciešamo ieejas jaudu vatos, un elektronika pielāgo svārstību amplitūdu, lai regulētu ieejas jaudu atbilstoši lietotāja iestatījumam. Šis režīms ļauj regulēt šķidrumam nodoto jaudu un tādējādi ierobežot šķidrumā radīto siltumu, novēršot jutīgāku paraugu bojājumus.

Impulsu režīms

Papildus abiem darbības režīmiem ir pieejams impulsu režīms, kurā elektronika cikliski ieslēdzas un izslēdzas. Lietotājs iestata ieslēgta un izslēgta stāvokļa ilgumu robežās no 10% laika ieslēgtā un 90% izslēgtā stāvoklī līdz 90% laika ieslēgtā un 10% izslēgtā stāvoklī. Tas rada pulsējošu iedarbību un ir noderīgi gan paraugā ievadītās kopējās jaudas ierobežošanai, gan labai parauga maisīšanai, jo katra darba cikla sākumā, kamēr elektronika stabilizējas, ievadītā jauda ir liela.

Vispārīgi padomi un paņēmieni

Izmantojot homogenizatoru aromatizēšanai ar ievilkšanās metodi, labākus rezultātus iegūst, ja cietās sastāvdaļas pirms homogenizēšanas ir sasmalcinātas, jo tas palielina virsmas laukumu, kas pakļauts sonotrodes iedarbībai. Tas pats princips attiecas uz homogenizatora izmantošanu daļiņu izmēra samazināšanai. Uztveriet homogenizatoru kā smalkas galīgās apstrādes instrumentu, nevis rupjas malšanas dzirnavas! Daļiņu izmēra samazināšanā lielu daļu darba veic daļiņu sadursmes lielā ātrumā; daļiņas paātrina sonotrodes radītie spēki. Daudz labākus rezultātus iegūsiet, ja daļu sasmalcināšanas veiksiet pirms apstrādes ar ultraskaņu. Ja galvenā daļiņu izmēra samazināšana jau ir veikta, ultraskaņas iedarbībai tiek pakļauts lielāks virsmas laukums, un mazākās daļiņas šķidrumā tiek paātrinātas straujāk, radot spēcīgākas sadursmes, kuru spēks vēl vairāk sasmalcina daļiņas. Arī homogenizatoram būs jāveic mazāk darba, ļaujot labāk kontrolēt temperatūru.
Tā kā homogenizators darbojas samērā lokāli, apstrādājot lielākus paraugus, piemēram, vairāku simtu mililitru vai lielāka tilpuma paraugus, ir lietderīgi nodrošināt papildu maisīšanu, lai šķidrums ap sonotrodi nepārtraukti nomainītos un viss paraugs tiktu pilnībā apstrādāts ar ultraskaņu. Tas ir īpaši būtiski viskozākiem paraugiem. Labs magnētiskais maisītājs ir noderīgs līdzeklis šā mērķa sasniegšanai. Maisīšana palīdz arī nodrošināt, ka šķidrums ap sonotrodi nepārkarst. Ledus vannas izmantošana vai sausā ledus gabaliņu pievienošana paraugam palīdzēs aizvadīt apstrādē ar ultraskaņu pievadīto enerģiju. Kā jau minēts, ja materiāls ir jutīgs pret temperatūru, izmantojiet zemākus jaudas iestatījumus ilgākā laika periodā un/vai impulsu režīmu, lai ierobežotu parauga temperatūru, ļaujot paraugam atdzist starp ultraskaņas impulsiem.

---

---

Literatūra

• 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.

 

Šajā video Simon no GuerillaChefs.de demonstrē Hielscher rokas sonikatora UP200Ht izmantošanu ātrai ūdens aromatizēšanai ar svaigām sēnēm – inovatīvu metodi kulinārijā un molekulārajā gastronomijā. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo garšas vielu ekstrakciju un dažu sekunžu laikā ievada smalkus aromātiskos savienojumus ūdens fāzē, ļaujot bez karsēšanas pagatavot izsmalcinātus buljonus, uzlējumus vai garšas bāzes ar vienkāršu sastāvu bez nevajadzīgām piedevām. Ideāli piemērota šefpavāriem un pārtikas inovāciju izstrādātājiem, kuri tiecas pēc precizitātes un intensitātes dabiskas garšas veidošanā.