Cozinha molecular e outras aplicações culinárias

A sonicação está a transformar a forma como os chefs e os cientistas alimentares preparam alimentos e bebidas: a extração, a infusão, a emulsificação e a homogeneização ultrassónicas são aplicações fundamentais dos sonicadores nas criações culinárias. Desde extrações rápidas a emulsões mais sedosas e aromas intensificados, as ondas ultrassónicas desenvolvem sabores e texturas excecionais. Neste artigo, ficará a saber como os chefs e os tecnólogos alimentares utilizam a cavitação ultrassónica para recriar tudo, desde cocktails a consommés.

Um breve guia dos princípios

artigo convidado de Mark Gaston

• A maior parte do conteúdo deste guia consiste em informação facilmente acessível; no entanto, por vezes está escrita de uma forma que nem sempre facilita a leitura, a menos que esteja familiarizado com os termos utilizados.
• A seguir, são explicados termos importantes da sonicação, como sonotrodo, amplitude, etc., e os seus efeitos nas aplicações culinárias.
• O guia que se segue procura explicar a utilização do homogeneizador ultrassónico de uma forma menos científica e mais ligada à culinária.

Ondas ultrassónicas e a sua aplicação aos alimentos

A técnica de homogeneização com um homogeneizador ultrassónico existe há muitos anos sob várias formas, mas só agora começa a chegar às aplicações culinárias de menor escala. O homogeneizador contém componentes eletrónicos sofisticados que permitem converter a potência elétrica em vibrações de alta frequência da ponta metálica ou sonotrodo e controlar essas vibrações.
O sonotrodo move-se principalmente para cima e para baixo a uma frequência bastante elevada, acima da gama audível (por exemplo, 26 000 vezes por segundo ou 26Khz com o sonicador UP200Ht). A extensão do movimento do sonotrodo para cima e para baixo denomina-se amplitude e, normalmente, pode ser ajustada entre 9 e 240 µm (como referência, um 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 está imerso num líquido, cria zonas de alta e baixa pressão no líquido à sua volta, o que, por sua vez, gera um fenómeno conhecido como cavitação. Na cozinha, observamos que a redução da pressão (como numa máquina de embalagem a vácuo de câmara) faz com que os líquidos fervam a temperaturas mais baixas, enquanto o aumento da pressão (como numa panela de pressão) faz com que fervam a uma temperatura mais elevada.
As pulsações de pressão que oscilam rapidamente na ponta do sonotrodo provocam a formação e, em seguida, o colapso rápido de bolhas no líquido. Tudo isto acontece a uma escala minúscula, mas cria forças enormes no líquido devido às velocidades, temperaturas e pressões geradas pela cavitação. São estas forças enormes que podemos aproveitar na cozinha para a extração de sabores através da rutura celular, emulsificação, ou fragmentação de partículas.

 

Veja como o sonicador Hielscher UP200Ht transforma uma emulsão de chocolate de origem vegetal numa mousse de chocolate vegana, sedosa e estável. A cavitação ultrassónica assegura uma dispersão fina, maior estabilidade da emulsão e uma textura ideal – criando as condições para uma sobremesa perfeita, rica em chocolate e sem lacticínios. Ao criar uma emulsão estável de gorduras do chocolate e água com gotículas de dimensão submicrométrica, a sonicação contribui para um sabor intenso e uma sensação na boca suave e coesa. Além disso, os ultrassons desagregam aglomerados de amidos, proteínas e sólidos de cacau, proporcionando máxima cremosidade e um sabor mais intenso.

Saiba mais sobre a emulsificação ultrassónica de uma mousse de chocolate vegana!
 

Um dos desafios da utilização deste equipamento é, no entanto, aproveitar e controlar esta potência de uma forma que melhore os alimentos.
O homogeneizador ultrassónico modelo UP200Ht adquirido determina a potência máxima disponível para o utilizador, e o próprio homogeneizador possui várias variáveis que podem ser utilizadas para ajustar o seu desempenho à aplicação. Para efeitos deste guia, o modelo utilizado foi o sonicador Hielscher de 200 watts.

Dimensão do sonotrodo

A dimensão do sonotrodo instalado tem um efeito importante na forma como a unidade transmite a sua potência.
Em termos muito simples, quanto maior for a área superficial do sonotrodo, maior será a potência necessária para o fazer funcionar a uma determinada amplitude. A viscosidade do fluido também terá uma grande influência na potência necessária para fazer funcionar 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 num recipiente com um líquido pouco viscoso, como a água, é relativamente fácil fazê-lo, mesmo a velocidades razoáveis. No entanto, se encher o recipiente com um molho espesso, o mesmo já não se verifica: será necessária muito mais potência para mover rapidamente o pistão para cima e para baixo no líquido devido ao aumento da viscosidade. Se aumentar a dimensão do pistão ou êmbolo, também será necessário mais esforço para o mover para cima e para baixo no líquido.
O mesmo se aplica ao sonotrodo. Com um sonotrodo grande instalado, a unidade terá de trabalhar muito mais para produzir uma determinada amplitude de oscilação se o líquido tiver uma viscosidade elevada do que se tiver uma viscosidade baixa.
 

 

Para qualquer definição de potência, um sonotrodo mais pequeno, devido à sua área superficial, gerará maiores flutuações de pressão e intensidades de cavitação mais elevadas na ponta do que um sonotrodo maior (uma vez que a potência se concentra na área superficial de um sonotrodo mais pequeno).
Pode não ser possível fazer funcionar um sonotrodo maior à mesma amplitude, uma vez que será necessária muito mais potência para o fazer, o que poderá provocar a paragem da unidade por sobrecarga. Neste caso, é necessário reduzir a dimensão do sonotrodo ou obter uma unidade de maior potência.
A intensidade dos ultrassons (para qualquer definição de potência) diminui com o aumento da área superficial (sonotrodos maiores), enquanto a intensidade da potência ultrassónica aumenta com a diminuição da área superficial. Por outras palavras, um sonotrodo mais pequeno concentra muita potência ultrassónica numa área pequena, enquanto um sonotrodo maior distribui a potência por uma área maior.

Quando se utiliza o homogeneizador, o trabalho total realizado sobre a amostra resulta de uma combinação da potência de entrada do homogeneizador, do volume da amostra e do tempo de exposição. Para obter resultados reprodutíveis, temos de considerar os três parâmetros. Não espere colocar o dispositivo numa pequena chávena cheia de líquido durante dois minutos e depois obter o mesmo resultado num litro de líquido durante o mesmo período! Lembre-se também de que, com amostras pequenas e potências de entrada elevadas, a temperatura da amostra aumentará rapidamente. Para amostras sensíveis à temperatura, é preferível utilizar definições de potência mais baixas durante períodos mais longos, permitindo dissipar a energia introduzida pelo homogeneizador sob a forma de calor.
O sobreaquecimento da amostra pode muito bem fazer com que alguns dos aromas que está a tentar captar escapem do sistema.
Potências de entrada elevadas também podem provocar a degradação da amostra, como se pode observar ao utilizar determinados óleos. Quando expostos aos elevados aportes de energia na ponta do homogeneizador, os óleos podem degradar-se, dando origem a um sabor extremamente desagradável que só pode ser descrito como um sabor a queimado elétrico!
Para materiais sensíveis à temperatura, o arrefecimento da amostra melhorará os resultados, por exemplo, através da utilização de um banho de gelo ou da introdução de algum gelo seco na amostra. A utilização de potências de entrada mais baixas durante um período mais longo ajuda a dispersar a energia libertada no sistema, tal como a utilização da unidade em modo pulsado, que permite algum arrefecimento entre cada emissão de ultrassons.
Através da eletrónica do homogeneizador, o utilizador pode optar por operar a unidade em dois modos principais de controlo.

Controlo da amplitude

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

Pretende produzir os seus próprios extratos de especiarias ou molhos? Seja para a cozinha de um restaurante, para um subchefe de cozinha exigente ou para fabricantes comerciais, os equipamentos ultrassónicos Hielscher permitem produzir extratos e molhos de elevada qualidade em pouco tempo. Prepare os seus próprios extratos biológicos! Elimine os conservantes! Utilize apenas os ingredientes que selecionar!

Controlo da potência de entrada

Neste modo, o utilizador define a potência de entrada necessária em watts, e a eletrónica ajustará a amplitude das oscilações para 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 nas amostras mais sensíveis.

Modo pulsado

Além dos dois modos de funcionamento, existe um modo pulsado, em que a eletrónica liga e desliga em ciclos, cujos tempos são definidos pelo utilizador, desde ligada durante 10% do tempo e desligada durante 90% até ligada durante 90% do tempo e desligada durante 10%. Isto produz um efeito pulsante e é útil tanto para limitar a potência de entrada global na amostra como para criar uma boa agitação na amostra, com um aporte inicial elevado enquanto a eletrónica estabiliza durante cada ciclo de funcionamento.

Conselhos e dicas gerais

Ao utilizar o homogeneizador para a infusão de sabores, obtêm-se melhores resultados quando os sólidos são reduzidos em dimensão antes da homogeneização, pois isto aumenta a área superficial exposta ao sonotrodo. O mesmo princípio aplica-se quando se utiliza o homogeneizador para a redução do tamanho das partículas. Pense no homogeneizador como uma ferramenta de acabamento fino e não como um moinho para moagem grosseira! Na redução do tamanho das partículas, grande parte do trabalho é realizada pelas colisões a alta velocidade de partículas aceleradas pelas forças geradas no sonotrodo. Obter-se-ão resultados muito melhores se parte da redução das partículas for efetuada antes da sonicação. Começar com a redução inicial do tamanho das partículas já efetuada significa que uma maior área superficial fica exposta à sonicação e que as partículas mais pequenas serão aceleradas mais rapidamente no líquido, dando origem a colisões mais intensas, com força para fragmentar ainda mais as partículas. O homogeneizador também terá de realizar menos trabalho, permitindo um melhor controlo da temperatura.
Como o homogeneizador atua de forma bastante localizada, ao utilizá-lo com amostras maiores, por exemplo, de várias centenas de mililitros ou mais, é útil proporcionar agitação adicional para garantir a renovação do volume em torno do sonotrodo, assegurando a sonicação completa da amostra. Isto é particularmente relevante para 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 em torno do sonotrodo não sobreaquece. A utilização de um banho de gelo ou de pedaços de gelo seco na amostra ajudará a remover a energia transmitida pela sonicação. Como já referido, se o material for sensível à temperatura, utilize definições de potência mais baixas durante um período mais longo e/ou utilize o modo pulsado para limitar as temperaturas geradas na amostra, permitindo que esta arrefeça entre os impulsos ultrassónicos.

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Bibliografia

• 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 aromatizar rapidamente água com cogumelos frescos – uma técnica inovadora utilizada na culinária e na gastronomia molecular. Os ultrassons intensificam a extração de sabores e incorporam compostos aromáticos delicados na fase aquosa em segundos, permitindo um processamento sem calor e sem aditivos para obter caldos, infusões ou bases de sabor requintados. Ideal para chefs e profissionais da inovação alimentar que procuram precisão e intensidade no desenvolvimento de sabores naturais.