Cozinha Molecular e outras Aplicações Culinárias

Um Breve Guia para os Princípios

por Mark Gaston

• A maior parte do conteúdo deste guia é informação que está prontamente disponível, no entanto, às vezes é escrito de uma forma que nem sempre facilita a leitura, a menos que você esteja familiarizado com os termos usados.
• Abaixo, são explicados termos importantes de sonicação, como sonotrodo, amplitude, etc., e seus efeitos nas aplicações culinárias.
• Este guia abaixo tenta explicar o uso do homogeneizador ultrassônico de uma forma menos científica e mais culinária.

Ondas de ultrassom e sua aplicação aos alimentos

O homogeneizador ultrassônico como técnica existe há muitos anos em várias formas, mas está apenas encontrando seu caminho em aplicações culinárias de menor escala. O homogeneizador contém alguns componentes eletrônicos sofisticados que podem converter e controlar a energia elétrica em vibrações de alta frequência da ponta de metal ou sonotrodo.
O sonotrodo se move principalmente para cima e para baixo em frequência bastante alta acima da faixa audível (por exemplo, 26000 vezes por segundo ou 26Khz com o UP200Ht). A quantidade que o sonotrodo se move para cima e para baixo é chamada de amplitude e normalmente pode ser ajustada entre 9 e 240 μm (o cabelo humano médio tem cerca de 100 μm de espessura para referência). Em termos simples, o sonotrodo se comporta como um pistão se movendo para cima e para baixo no líquido.
À medida que o sonotrodo se move para cima e para baixo enquanto imerso em um líquido, ele cria áreas de alta e baixa pressão dentro do líquido ao redor do sonotrodo, o que, por sua vez, cria um fenômeno conhecido como cavitação. Vemos na cozinha que a redução da pressão (como em um selador de câmara) faz com que os líquidos fervam em temperaturas mais baixas e o aumento da pressão (como uma panela de pressão) faz com que os líquidos fervam a uma temperatura mais alta.
As pulsações de pressão que flutuam rapidamente na ponta do sonotrodo causam a formação e, em seguida, o rápido colapso de bolhas dentro do líquido. Tudo isso acontece em uma escala mínima, mas cria enormes forças dentro do líquido devido às velocidades, temperaturas e pressões geradas pelo cavitação. São essas enormes forças que podem ser usadas a nosso favor na cozinha para o Extração de aromas por células rompidas ou Quebra de partículas.

Um dos desafios no uso desse equipamento, no entanto, é aproveitar e controlar esse poder de forma a melhorar os alimentos.
O modelo de homogeneizador ultrassônico adquirido UP200Ht dita a potência máxima disponível para o usuário e o próprio homogeneizador possui uma série de variáveis que podem ser usadas para ajustar seu desempenho de acordo com a aplicação. Para efeitos do presente guia, o modelo utilizado foi um 200 watts unidade.

Tamanho do sonotrodo

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

Em qualquer configuração de energia, um sonotrodo menor devido à sua área de superfície gerará maiores flutuações de pressão e Maior cavitação intensidades na ponta do que um sonotrodo maior (já que a potência é focada na área de superfície de um sonotrodo menor).
Pode não ser possível acionar um sonotrodo maior na mesma amplitude, pois muito mais energia será necessária para fazê-lo, possivelmente resultando no desligamento da unidade devido à sobrecarga. Neste caso, o tamanho do sonotrodo deve ser reduzido ou uma unidade de potência mais alta deve ser obtida.
A entrada intensidade do ultrassom (em qualquer configuração de potência) diminui com o aumento da área de superfície (sonotrodos maiores), enquanto a intensidade da potência ultrassônica aumenta com a diminuição da área de superfície, ou dito de outra forma, um sonotrodo menor coloca muita potência ultrassônica em uma área pequena, enquanto um sonotrodo maior espalha a potência por uma área maior.

Quando o homogeneizador é utilizado, o trabalho total realizado na amostra é uma combinação do Entrada de energia do homogeneizador, o volume da amostra e do Hora está exposto. Para obter resultados reprodutíveis, devemos considerar todos os três parâmetros. Não espere colocar o dispositivo em um copo pequeno cheio de líquido por dois minutos e depois obter o mesmo resultado em um litro de líquido no mesmo período de tempo! Lembre-se igualmente de que, com tamanhos de amostra pequenos e entradas de alta potência, o temperatura da amostra aumentará rapidamente. Para amostras sensíveis à temperatura, é melhor usar configurações de potência mais baixas por períodos mais longos, permitindo que a energia inserida pelo homogeneizador como calor seja dissipada.
O superaquecimento da amostra pode fazer com que alguns dos aromas que você está tentando capturar escapem do sistema.
Entradas de alta potência também podem causar a degradação da amostra, como pode ser visto ao usar certos óleos. Os óleos, quando expostos às entradas de alta energia na ponta do homogeneizador, podem se decompor, resultando em um sabor altamente desagradável que só pode ser descrito como o sabor da queima elétrica!
Para materiais sensíveis à temperatura, o resfriamento da amostra melhorará os resultados, como o uso de um banho de gelo ou a inclusão de um pouco de gelo seco na amostra. O uso de entradas de energia mais baixas por um período mais longo ajuda a dispersar a energia liberada no sistema, assim como o uso da unidade no modo de pulso, que permite algum resfriamento entre cada rajada de ultrassom.
Dentro da eletrônica do homogeneizador, o usuário pode optar por operar a unidade em dois modos principais de controle.

Controle de amplitude

Neste modo, o usuário escolhe a % da amplitude máxima necessária para o sonotrodo. A eletrônica tentará então acionar o sonotrodo nessa amplitude e ajustará a potência de entrada do dispositivo para manter a amplitude necessária no sonotrodo. Se a área de superfície do sonotrodo for muito grande para ser conduzida nesta amplitude com a potência disponível da unidade, a amplitude não atingirá o valor definido e poderá desligar se uma condição de sobrecarga for atingida.

Controle de potência de entrada

Neste modo, o usuário define a entrada de energia necessária em watts e a eletrônica ajustará a amplitude das oscilações para regular a potência de entrada para a configuração do usuário. Este modo permite regular a potência transferida para o líquido e, portanto, limitar o calor gerado no líquido, evitando danos a amostras mais sensíveis.

modo de pulso

Além dos dois modos de operação, há um modo de pulso, pelo qual a eletrônica liga e desliga em Ciclos, cujo tempo é definido pelo usuário de estar ligado 10% do tempo e desligado 90% para ligado 90% do tempo e desligado 10%. Isso dá um efeito pulsante e é útil tanto para limitar a entrada de energia geral para a amostra quanto para criar uma boa agitação dentro da amostra para que a entrada inicial seja alta à medida que a eletrônica se estabiliza durante cada ciclo de trabalho.

Dicas e truques gerais

Ao usar o homogeneizador para a infusão de sabores, melhores resultados são obtidos quando os sólidos foram reduzidos em tamanho antes de serem homogeneizados, isso aumentará a área de superfície exposta ao sonotrodo. O mesmo princípio se aplica ao usar o homogeneizador para redução do tamanho das partículas. Pense no homogeneizador como uma ferramenta de acabamento fino, não como um moedor de curso! Na redução do tamanho das partículas, grande parte do trabalho é feito pelas colisões de partículas em alta velocidade aceleradas pelas forças geradas no sonotrodo. Resultados muito melhores serão obtidos se parte da redução de partículas for feita antes da sonicação. Começar com a redução do tamanho das partículas em massa já feita significa que uma área de superfície maior é exposta à sonicação e que as partículas menores serão aceleradas no líquido mais rapidamente, resultando em colisões mais altas com uma força para quebrar ainda mais as partículas. Menos trabalho também precisará ser feito pelo homogeneizador, permitindo que a temperatura seja melhor controlada.
Como o homogeneizador funciona em um nível bastante localizado, é útil quando usado com amostras maiores de, digamos, várias centenas de mililitros ou mais, para fornecer agitação adicional para garantir que o volume ao redor do sonotrodo seja atualizado, garantindo a sonicação completa da amostra. Isso é particularmente verdadeiro para mais viscoso Amostras. Um bom agitador magnético é uma maneira útil de conseguir isso. A agitação também ajuda a garantir que o volume de líquido ao redor do sonotrodo não seja superaquecido. Usar um banho de gelo ou pedaços de gelo seco na amostra ajudará a remover a energia transmitida pela sonificação. Como já discutido, se o material for sensível à temperatura, use configurações de potência mais baixas por um período maior de tempo e/ou use o modo de pulso para limitar as temperaturas geradas na amostra, permitindo que a amostra esfrie entre os pulsos sônicos.

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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.

Fatos, vale a pena conhecer

Os homogeneizadores de tecidos ultrassônicos são frequentemente chamados de sonificador / sonificador de sonda, lisador sônico, disruptor de ultrassom, moedor ultrassônico, sono-ruptor, sonificador, desmembranador sônico, disruptor de células, dispersor ultrassônico, emulsificante ou dissolvedor. Os diferentes termos resultam das várias aplicações que podem ser atendidas pela sonicação.