Bucătăria moleculară și alte aplicații culinare

Un scurt ghid al principiilor

de Mark Gaston

• Cea mai mare parte a conținutului acestui ghid este informație ușor accesibilă, cu toate acestea, uneori este scrisă într-un mod care nu face întotdeauna citirea ușoară decât dacă se întâmplă să fiți familiarizați cu termenii utilizați.
• Mai jos, termeni importanți de sonicare, ar fi sonotrode, amplitudine etc. și efectele lor asupra aplicațiilor culinare sunt explicate.
• Acest ghid de mai jos încearcă să explice utilizarea omogenizatorului cu ultrasunete într-un mod mai puțin științific și mai mult culinar.

Undele cu ultrasunete și aplicarea lor la alimente

Omogenizatorul cu ultrasunete ca tehnică a fost în jur de mulți ani în diferite forme, dar este doar găsirea drumului său în aplicații culinare la scară mai mică. Omogenizatorul conține câteva electronice sofisticate care pot converti și controla puterea electrică în vibrații de înaltă frecvență ale vârfului metalic sau sonotrode.
Sonotrode se mișcă în principal în sus și în jos la o frecvență destul de mare peste intervalul audibil (de exemplu, 26000 ori pe secundă sau 26Khz cu UP200Ht). Cantitatea care sonotrode se deplasează în sus și în jos se numește amplitudine și de obicei pot fi ajustate între 9 și 240 μm (părul uman mediu este de aproximativ 100 μm grosime pentru referință). În termeni simpli, sonotrode se comportă ca un piston care se mișcă în sus și în jos în lichid.
Ca sonotrode se mișcă în sus și în jos în timp ce scufundat într-un lichid, creează zone de presiune ridicată și scăzută în lichidul din jurul sonotrodei, acest lucru, la rândul său, creează un fenomen cunoscut sub numele de cavitație. Vedem în bucătărie că scăderea presiunii (cum ar fi într-un dispozitiv de etanșare a camerei) face ca lichidele să fiarbă la temperaturi mai scăzute și creșterea presiunii (cum ar fi o oală sub presiune) determină fierberea lichidelor la o temperatură mai ridicată.
Pulsațiile de presiune fluctuante rapid la vârful sonotrodei provoacă formarea și apoi prăbușirea rapidă a bulelor în lichid. Toate acestea se întâmplă la o scară minusculă, dar creează forțe uriașe în lichid datorită vitezelor, temperaturilor și presiunilor generate de Cavitaţie. Aceste forțe uriașe pot fi transformate în avantajul nostru în bucătărie pentru extracția aromelor lângă ruperea celulelor sau descompunerea particulelor.

Cu toate acestea, una dintre provocările în utilizarea acestui echipament este de a valorifica și controla această putere într-un mod care îmbunătățește alimentele.
Modelul de omogenizare cu ultrasunete achiziționat UP200Ht dictează puterea maximă disponibilă utilizatorului, iar omogenizatorul în sine are o serie de variabile care pot fi utilizate pentru a-și regla performanța pentru a se potrivi aplicației. În sensul prezentului ghid, modelul utilizat a fost un 200 wați unitate.

Sonotrode Dimensiune

Dimensiunea Sonotrode Montat are un efect major asupra modului în care unitatea își livrează puterea.
În termeni foarte simpli, cu cât este mai mare suprafața sonotrodei, cu atât mai multă putere va fi necesară pentru ao conduce la orice amplitudine dată. Vâscozitatea fluidului va avea, de asemenea, o mare influență asupra puterii necesare pentru a conduce sonotroda la o anumită amplitudine.
Imaginați-vă sonotrodul ca un piston sau piston, dacă pistonul este deplasat în sus și în jos foarte repede într-o oală cu lichid subțire, cum ar fi apa, este relativ ușor să faceți acest lucru chiar și la viteze rezonabile, totuși umpleți vasul cu un sos gros și același lucru nu va fi adevărat, va necesita mult mai multă putere pentru a mișca pistonul rapid în sus și în jos în lichid datorită vâscozității crescute. Măriți dimensiunea pistonului sau pistonului și va necesita, de asemenea, mai mult efort pentru a-l deplasa în sus și în jos în lichid.
Același lucru este valabil și pentru sonotrode. Cu un sonotrode mare montat, unitatea va trebui să lucreze mult mai mult pentru a produce o amplitudine dată de oscilație în cazul în care lichidul are o vâscozitate ridicată decât cu un fluid cu vâscozitate scăzută.

La orice setare de putere dată, a Sonotrode mai mic datorită suprafeței sale va genera fluctuații de presiune mai mari și Superior Cavitaţie intensități la vârf decât un sonotrode mai mare (deoarece puterea este concentrată pe suprafața unui sonotrode mai mic).
Este posibil să nu fie posibil să conduceți un sonotrode mai mare la aceeași amplitudine, deoarece va fi necesară mult mai multă putere pentru a face acest lucru, ceea ce poate duce la oprirea unității din cauza supraîncărcării. În acest caz, dimensiunea sonotrodei trebuie redusă sau trebuie obținută o unitate de putere mai mare.
Intrarea Intensitatea ultrasunetelor (la orice setare de putere dată) scade cu creșterea suprafeței (sonotrode mai mari), în cazul în care intensitatea puterii cu ultrasunete crește cu scăderea suprafeței, sau să-l pună într-un alt mod, un sonotrode mai mic pune o mulțime de putere cu ultrasunete într-o zonă mică, în cazul în care ca un sonotrode mai mare răspândește puterea pe o suprafață mai mare.

Atunci când se utilizează omogenizatorul, lucrul mecanic total efectuat pe probă este o combinație a Putere de intrare omogenizator, volum din eșantion și Oră este expus. Pentru a obține rezultate reproductibile, trebuie să luăm în considerare toți cei trei parametri. Nu vă așteptați să puneți dispozitivul într-o ceașcă mică plină cu lichid timp de două minute și apoi să obțineți același rezultat într-un litru de lichid în aceeași perioadă de timp! De asemenea, amintiți-vă că, cu dimensiuni mici ale eșantionului și intrări mari de putere, temperatură din eșantion va crește rapid. Pentru probele sensibile la temperatură este mai bine să se utilizeze setări de putere mai mici pe perioade mai lungi, permițând disiparea energiei introduse de omogenizator sub formă de căldură.
Supraîncălzirea probei poate face ca unele dintre aromele pe care încercați să le capturați să scape din sistem.
Intrările de mare putere pot provoca, de asemenea, degradarea probei, așa cum se poate observa atunci când se utilizează anumite uleiuri. Uleiurile, atunci când sunt expuse la intrările mari de energie din vârful omogenizatorului, se pot descompune, rezultând un gust extrem de neplăcut, care poate fi descris doar ca gustul arderii electrice!
Pentru materialele sensibile la temperatură, răcirea probei va îmbunătăți rezultatele, de exemplu prin utilizarea unei băi de gheață sau prin includerea unor cantități de gheață carbonică în probă. Utilizarea intrărilor de putere mai mică pe o perioadă mai lungă ajută la dispersarea energiei eliberate în sistem, la fel ca și utilizarea unității în modul impuls, care permite o anumită răcire între fiecare explozie de ultrasunete.
În electronica omogenizatorului, utilizatorul poate alege să opereze unitatea în două moduri principale de control.

Controlul amplitudinii

În acest mod, utilizatorul alege % din amplitudinea maximă necesară pentru sonotrode. Electronica va încerca apoi să conducă sonotrode la acea amplitudine și va regla puterea de intrare a dispozitivului pentru a menține amplitudinea necesară la sonotrode. În cazul în care suprafața sonotrode este prea mare pentru a fi conduse la această amplitudine cu puterea disponibilă a unității, amplitudinea nu va atinge valoarea setată și se poate opri dacă se atinge o condiție de suprasarcină.

Controlul puterii de intrare

În acest mod, utilizatorul setează puterea de intrare necesară în wați, iar electronica va regla amplitudinea oscilațiilor pentru a regla puterea de intrare la setarea utilizatorului. Acest mod permite reglarea puterii transferate lichidului și, prin urmare, căldura generată în lichid este limitată, evitând deteriorarea probelor mai sensibile.

Modul puls

În plus față de cele două moduri de funcționare, există un mod puls, prin care electronica pornește și se oprește Cicluri, a cărui sincronizare este stabilită de utilizator de la a fi pornit 10% din timp și oprit 90% la 90% din timp și oprit 10%. Acest lucru oferă un efect pulsatoriu și este util atât pentru limitarea puterii totale de intrare a eșantionului, cât și pentru crearea unei agitări bune în eșantion, intrarea inițială fiind ridicată, pe măsură ce electronica se stabilizează în timpul fiecărui ciclu de funcționare.

Sugestii și trucuri generale

Atunci când se utilizează omogenizatorul pentru infuzia de arome, se obțin rezultate mai bune atunci când solidele au fost reduse în dimensiune înainte de omogenizare, ceea ce va crește suprafața expusă la Sonotrode. Același principiu se aplică atunci când se utilizează omogenizatorul pentru reducerea dimensiunii particulelor. Gândiți-vă la omogenizator ca la un instrument de finisare fin, nu ca la o râșniță de curs! În reducerea dimensiunilor particulelor, o mare parte din lucru se face prin coliziuni de mare viteză de particule accelerat forțele generate la sonotrode. Rezultate mult mai bune vor fi obținute dacă o parte din reducerea particulelor se face înainte de sonicare. Începând cu reducerea dimensiunii particulelor în vrac deja făcută înseamnă că o suprafață mai mare este expusă la sonicare și că particulele mai mici vor fi accelerate în lichid mai repede, rezultând coliziuni mai mari cu o forță de a descompune în continuare particulele. Mai puțină muncă va trebui, de asemenea, să fie făcută de omogenizator, permițând controlul mai bun al temperaturii.
Deoarece omogenizatorul funcționează la un nivel destul de localizat, este util atunci când este utilizat cu probe mai mari de, să zicem, câteva sute de mililitri sau mai mult pentru a oferi agitație suplimentară pentru a se asigura că volumul din jurul sonotrodei este reîmprospătat, asigurând sonicarea completă a probei. Acest lucru este valabil mai ales pentru mai mult vâscos Probe. Un agitator magnetic bun este o modalitate utilă de a realiza acest lucru. Agitația, de asemenea, ajută la asigurarea volumului de lichid în jurul sonotrode nu este supraîncălzit. Utilizarea unei băi de gheață sau a bucăților de gheață carbonică din probă va ajuta la eliminarea energiei transmise de sonificare. După cum s-a discutat deja, dacă materialul este sensibil la temperatură, utilizați setări de putere mai mici pe o perioadă mai mare de timp și sau utilizați modul impuls pentru a limita temperaturile generate în probă, permițând probei să se răcească între impulsurile sonice.

---

---

Literatură

• 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.

Fapte care merită știute

Omogenizatoare de țesut cu ultrasunete sunt adesea denumite sonda sonicator / sonificator, lizer sonic, disruptor cu ultrasunete, polizor cu ultrasunete, sono-ruptor, sonifier, dismembrator sonic, disruptor celular, dispersor cu ultrasunete, emulgator sau dizolvant. Termenii diferiți rezultă din diferitele aplicații care pot fi îndeplinite prin sonicare.