Cozinha molecular e outras aplicações culinárias

A sonicação está a transformar a forma como os chefes de cozinha e os cientistas alimentares preparam alimentos e bebidas: a extração, infusão, emulsificação e homogeneização por ultra-sons são aplicações-chave dos sonicadores para criações culinárias. Desde extracções rápidas a emulsões mais sedosas e aromas intensificados, as ondas de ultra-sons desenvolvem sabores e texturas excepcionais. Neste artigo, ficará a saber como os chefes e os técnicos alimentares utilizam a cavitação ultra-sónica para recriar tudo, desde cocktails a consommés.

Um breve guia para os princípios

artigo de Mark Gaston

• A maior parte do conteúdo deste guia é informação que está facilmente disponível, no entanto, por vezes está escrito de uma forma que nem sempre facilita a leitura, a menos que esteja familiarizado com os termos utilizados.
• Em seguida, são explicados termos importantes da sonicação, tais como sonotrodo, amplitude, etc., e os seus efeitos nas aplicações culinárias.
• Este guia tenta explicar a utilização do homogeneizador de ultra-sons de uma forma menos científica e mais relacionada com a culinária.

Ondas de ultrassom e sua aplicação aos alimentos

O homogeneizador ultrassónico como técnica existe há muitos anos sob várias formas, mas só agora está a encontrar o seu caminho para aplicações culinárias de menor escala. O homogeneizador contém alguns componentes electrónicos sofisticados que podem converter e controlar a energia eléctrica em vibrações de alta frequência da ponta metálica ou sonotrodo.
O sonotrodo move-se principalmente para cima e para baixo a uma frequência bastante elevada acima da gama audível (por exemplo, 26000 vezes por segundo ou 26Khz com o sonicador UP200Ht). A quantidade que o sonotrodo se move para cima e para baixo é designada por amplitude e, normalmente, pode ser ajustada entre 9 e 240 µm (para referência, o cabelo humano médio tem cerca de 100 µm de espessura). Em termos simples, o sonotrodo comporta-se como um pistão que se move para cima e para baixo no líquido.
À medida que o sonotrodo se move para cima e para baixo enquanto imerso num líquido, cria áreas de alta e baixa pressão no líquido à volta do sonotrodo, o que, por sua vez, cria um fenómeno conhecido como cavitação. Vemos na cozinha que baixar a pressão (como numa seladora de câmara) faz com que os líquidos fervam a temperaturas mais baixas e aumentar a pressão (como numa panela de pressão) faz com que os líquidos fervam a uma temperatura mais elevada.
As pulsações de pressão que flutuam rapidamente na ponta do sonotrodo causam a formação e depois o rápido colapso de bolhas dentro do líquido. Tudo isto acontece numa escala minúscula, mas cria forças enormes dentro do líquido devido às velocidades, temperaturas e pressões geradas pela cavitação. São estas forças enormes que podem ser utilizadas em nosso benefício na cozinha para extração de aromas por células em rutura, Emulsificação, ou decomposição de partículas.

 

Saiba mais sobre a emulsificação ultra-sônica de uma mousse au chocolat vegan!
 

Um dos desafios na utilização deste equipamento é, no entanto, aproveitar e controlar esta potência de forma a melhorar os alimentos.
O comprado homogeneizador ultrassónico modelo UP200Ht dita a potência máxima disponível para o utilizador e o próprio homogeneizador tem uma série de variáveis que podem ser utilizadas para ajustar o seu desempenho de acordo com a aplicação. Para efeitos deste guia, o modelo utilizado foi o sonicador Hielscher de 200 watts.

Tamanho do sonotrodo

O tamanho do sonotrodo instalado tem um efeito importante na forma como a unidade fornece a sua potência.
Em termos muito simples, quanto maior for a área de superfície do sonotrodo, mais potência será necessária para o acionar a uma determinada amplitude. A viscosidade do fluido também terá uma grande influência na potência necessária para acionar o sonotrodo a uma determinada amplitude.
Imagine o sonotrodo como um pistão ou êmbolo, se o pistão for movido para cima e para baixo muito rapidamente numa panela com um líquido fino, como a água, é relativamente fácil fazê-lo mesmo a velocidades razoáveis, no entanto, encha a panela com um molho espesso e o mesmo não será verdade, será necessária muito mais potência para mover o pistão rapidamente para cima e para baixo no líquido devido ao aumento da viscosidade. Aumente o tamanho do pistão ou do êmbolo e também será necessário mais esforço para o mover para cima e para baixo no líquido.
O mesmo acontece com o sonotrodo. Com um sonotrodo grande instalado, a unidade terá de trabalhar muito mais para produzir uma dada amplitude de oscilação se o líquido tiver uma viscosidade elevada do que com um fluido de baixa viscosidade.
 

 

Em qualquer configuração de potência dada, um sonotrodo menor, devido à sua área de superfície, gerará flutuações de pressão maiores e intensidades de cavitação mais altas na ponta do que um sonotrodo maior (já que a potência é focada na área de superfície de um sonotrodo menor).
Poderá não ser possível acionar um sonotrodo maior com a mesma amplitude, uma vez que será necessária muito mais potência para o fazer, resultando possivelmente no encerramento da unidade devido a sobrecarga. Neste caso, o tamanho do sonotrodo tem de ser reduzido ou tem de ser obtida uma unidade de maior potência.
A intensidade dos ultra-sons (em qualquer definição de potência) diminui com o aumento da área de superfície (sonotrodos maiores), ao passo que a intensidade da potência ultra-sónica aumenta com a diminuição da área de superfície ou, por outras palavras, um sonotrodo mais pequeno coloca muita potência ultra-sónica numa área pequena, ao passo que um sonotrodo maior espalha a potência por uma área maior.

Quando o homogeneizador é utilizado, o trabalho total realizado na amostra é uma combinação dos entrada de energia do homogeneizador, o volume da amostra e o tempo de exposição. Para obter resultados reprodutíveis, é necessário ter em conta os três parâmetros. Não espere colocar o dispositivo num pequeno copo cheio de líquido durante dois minutos e depois obter o mesmo resultado num litro de líquido durante o mesmo período de tempo! Lembre-se igualmente que, com amostras pequenas e potências elevadas, a temperatura da amostra aumentará rapidamente. Para amostras sensíveis à temperatura, é melhor utilizar definições de potência mais baixas durante períodos mais longos, permitindo que a energia introduzida pelo homogeneizador como calor seja dissipada.
O sobreaquecimento da amostra pode muito bem fazer com que alguns dos aromas que está a tentar captar saiam do sistema.
As entradas de energia elevadas também podem causar a degradação da amostra, como se pode observar quando se utilizam determinados óleos. Os óleos, quando expostos às elevadas entradas de energia na ponta do homogeneizador, podem decompor-se, resultando num sabor altamente desagradável que só pode ser descrito como o sabor de queimado elétrico!
No caso de materiais sensíveis à temperatura, o arrefecimento da amostra melhorará os resultados, por exemplo, através da utilização de um banho de gelo ou da inclusão de algum gelo seco na amostra. A utilização de potências mais baixas durante um período mais longo ajuda a dispersar a energia libertada no sistema, tal como a utilização da unidade no modo de impulsos, que permite algum arrefecimento entre cada impulso de ultra-sons.
No sistema eletrónico do homogeneizador, o utilizador pode optar por operar a unidade em dois modos principais de controlo.

controlo de amplitude

Neste modo, o utilizador escolhe a % da amplitude máxima necessária para o sonotrodo. A eletrónica tentará então acionar o sonotrodo a essa amplitude e ajustará a potência de entrada do dispositivo para manter a amplitude necessária no sonotrodo. Se a área de superfície do sonotrodo for demasiado grande para ser acionada a esta amplitude com a potência disponível da unidade, a amplitude não atingirá o valor definido e poderá desligar-se se for atingida uma condição de sobrecarga.

Controlo da potência de entrada

Neste modo, o utilizador define a potência de entrada necessária em watts e o sistema eletrónico ajusta a amplitude das oscilações de modo a regular a potência de entrada de acordo com a definição do utilizador. Este modo permite regular a potência transferida para o líquido e, por conseguinte, limitar o calor gerado no líquido, evitando danos em amostras mais sensíveis.

modo de impulso

Para além dos dois modos de funcionamento, existe um modo de impulsos, através do qual os componentes electrónicos se ligam e desligam em ciclos, cuja temporização é definida pelo utilizador, desde estar ligado 10% do tempo e desligado 90% até estar ligado 90% do tempo e desligado 10%. Isto dá um efeito de pulsação e é útil tanto para limitar a entrada global de energia na amostra como para criar uma boa agitação dentro da amostra, uma vez que a entrada inicial é elevada e a eletrónica estabiliza durante cada ciclo de funcionamento.

Dicas e truques gerais

Quando se utiliza o homogeneizador para a infusão de aromas, obtêm-se melhores resultados se os sólidos tiverem sido reduzidos em tamanho antes de serem homogeneizados, o que aumentará a área de superfície exposta ao sonotrodo. O mesmo princípio aplica-se quando se utiliza o homogeneizador para Redução do tamanho das partículas. Pense no homogeneizador como uma ferramenta de acabamento fino e não como um moedor de curso! Na redução dos tamanhos das partículas, muito do trabalho é feito pelas colisões de alta velocidade das partículas aceleradas pelas forças geradas no sonotrodo. Serão obtidos resultados muito melhores se alguma da redução de partículas for feita antes da sonicação. Começar com a redução do tamanho das partículas já feita significa que uma maior área de superfície é exposta à sonicação e que as partículas mais pequenas serão aceleradas no líquido mais rapidamente, resultando em colisões mais elevadas com uma força para quebrar ainda mais as partículas. O homogeneizador também terá de trabalhar menos, permitindo um melhor controlo da temperatura.
Uma vez que o homogeneizador funciona a um nível bastante localizado, é útil, quando utilizado com amostras maiores de, digamos, várias centenas de mililitros ou mais, fornecer agitação adicional para assegurar que o volume à volta do sonotrodo é renovado, garantindo a sonicação completa da amostra. Isto é particularmente verdade no caso de amostras mais viscosas. Um bom agitador magnético é uma forma útil de o conseguir. A agitação também ajuda a garantir que o volume de líquido à volta do sonotrodo não é sobreaquecido. A utilização de um banho de gelo ou de pedaços de gelo seco na amostra ajudará a remover a energia transmitida pela sonificação. Como já foi referido, se o material for sensível à temperatura, utilize definições de potência mais baixas durante um período de tempo maior e ou utilize o modo de impulsos para limitar as temperaturas geradas na amostra, permitindo que a amostra arrefeça entre impulsos sónicos.

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Literatura

• 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.

 

Neste vídeo, Simon da GuerillaChefs.de demonstra a utilização do sonicador portátil Hielscher UP200Ht para a aromatização rápida de água com cogumelos frescos - uma técnica inovadora utilizada na culinária e na gastronomia molecular. A ultrassonografia melhora a extração do sabor e infunde compostos aromáticos delicados na fase aquosa em segundos, permitindo um processamento limpo e sem calor para caldos refinados, infusões ou bases de sabor. Ideal para chefs e inovadores alimentares que procuram precisão e intensidade no desenvolvimento de sabores naturais.

Aromatização ultra-sónica: Criar um caldo de cogumelos com sabor intenso usando o Hielscher UP200Ht

 

Fatos, vale a pena conhecer

Os homogeneizadores de tecidos por ultra-sons são frequentemente designados por sonicador/sonicador de sonda, lisador sónico, disruptor de ultra-sons, triturador ultrassónico, sono-ruptor, sonificador, desmembrador sónico, disruptor de células, dispersor ultrassónico, emulsionador ou dissolvente. Os diferentes termos resultam das várias aplicações que podem ser realizadas pela sonicação.