Bucătăria moleculară și alte aplicații culinare

Sonicarea transformă modul în care bucătarii și specialiștii în știința alimentelor prepară alimentele și băuturile: extracția, infuzarea, emulsionarea și omogenizarea cu ultrasunete sunt aplicații esențiale ale sonicatoarelor pentru creațiile culinare. De la extracții rapide la emulsii mai mătăsoase și arome intensificate, undele ultrasonice dezvoltă gusturi și texturi remarcabile. În acest articol veți afla cum folosesc bucătarii și tehnologii alimentari cavitația ultrasonică pentru a recrea totul, de la cocktailuri la consommé-uri.

Scurt ghid al principiilor

articol invitat de Mark Gaston

• Majoritatea conținutului acestui ghid constă în informații ușor accesibile, însă uneori acestea sunt redactate într-un mod care nu este întotdeauna ușor de citit, cu excepția cazului în care sunteți familiarizat cu termenii utilizați.
• Mai jos sunt explicați termeni importanți ai sonicării, precum sonotrodă, amplitudine etc., și efectele acestora asupra aplicațiilor culinare.
• Ghidul de mai jos încearcă să explice utilizarea omogenizatorului cu ultrasunete într-un mod mai puțin științific și mai apropiat de domeniul culinar.

Undele ultrasonice și aplicarea lor în domeniul alimentar

Omogenizatorul cu ultrasunete, ca tehnică, există de mulți ani sub diverse forme, dar abia acum își face loc în aplicațiile culinare la scară mai mică. Omogenizatorul conține o electronică sofisticată care poate converti și controla energia electrică, transformând-o în vibrații de înaltă frecvență ale vârfului metalic, adică ale sonotrodei.
Sonotroda se mișcă în principal în sus și în jos, la o frecvență destul de înaltă, peste domeniul audibil (de ex. de 26.000 de ori pe secundă sau 26Khz în cazul sonicatorului UP200Ht). Distanța pe care sonotroda o parcurge în sus și în jos se numește amplitudine și poate fi reglată de regulă între 9 și 240 µm (ca termen de comparație, firul de păr uman mediu are o grosime de aproximativ 100 µm). În termeni simpli, sonotroda se comportă ca un piston care se mișcă în sus și în jos în lichid.
Pe măsură ce sonotroda se mișcă în sus și în jos fiind imersată într-un lichid, ea creează zone de presiune înaltă și joasă în lichidul din jurul sonotrodei, iar aceasta generează, la rândul ei, un fenomen cunoscut sub numele de cavitație. Observăm în bucătărie că scăderea presiunii (de exemplu, într-un aparat de vidat cu cameră) face ca lichidele să fiarbă la temperaturi mai scăzute, iar creșterea presiunii (de exemplu, într-o oală sub presiune) face ca lichidele să fiarbă la o temperatură mai ridicată.
Pulsațiile de presiune care fluctuează rapid la vârful sonotrodei provoacă formarea și apoi colapsul rapid al bulelor din lichid. Toate acestea se petrec la o scară foarte mică, dar creează forțe uriașe în lichid datorită vitezelor, temperaturilor și presiunilor generate de cavitație. Tocmai aceste forțe uriașe pot fi folosite în avantajul nostru în bucătărie pentru extracția aromelor prin ruperea celulelor, emulsionarea, sau descompunerea particulelor.

 

Urmăriți cum sonicatorul Hielscher UP200Ht transformă o emulsie de ciocolată pe bază de ingrediente vegetale într-un mousse de ciocolată vegan, fin și stabil. Cavitația ultrasonică asigură o dispersie fină, o stabilitate sporită a emulsiei și o textură optimă – premisele unui desert perfect, bogat în ciocolată și fără lactate. Prin crearea unei emulsii stabile de grăsimi din ciocolată și apă, cu picături de dimensiuni submicronice, sonicarea contribuie la un gust intens și la o senzație fină și omogenă în gură. În plus, tratamentul cu ultrasunete dezaglomerează amidonul, proteinele și particulele solide de cacao, pentru o cremozitate maximă și un gust mai intens.

Aflați mai multe despre emulsionarea cu ultrasunete a unui mousse au chocolat vegan!

Una dintre provocările utilizării acestui echipament este însă valorificarea și controlul acestei puteri într-un mod care îmbunătățește alimentele.
Modelul achiziționat de omogenizator cu ultrasunete UP200Ht determină puterea maximă disponibilă pentru utilizator, iar omogenizatorul în sine are o serie de variabile care pot fi folosite pentru a-i ajusta performanța în funcție de aplicație. În scopul acestui ghid, modelul utilizat a fost sonicatorul Hielscher de 200 de wați.

Dimensiunea sonotrodei

Dimensiunea sonotrodei montate are un efect major asupra modului în care unitatea își transmite puterea.
În termeni foarte simpli, cu cât suprafața sonotrodei este mai mare, cu atât va fi nevoie de mai multă putere pentru a o acționa la o anumită amplitudine. Vâscozitatea fluidului va avea, de asemenea, o influență mare asupra puterii necesare pentru a acționa sonotroda la o anumită amplitudine.
Imaginați-vă sonotroda ca pe un piston sau un plonjor: dacă pistonul este mișcat foarte rapid în sus și în jos într-o oală cu un lichid fluid, cum ar fi apa, acest lucru este relativ ușor de realizat chiar și la viteze rezonabile; însă, dacă umpleți oala cu un sos gros, nu va mai fi la fel – va fi nevoie de mult mai multă putere pentru a mișca rapid pistonul în sus și în jos în lichid, din cauza vâscozității crescute. Măriți dimensiunea pistonului sau a plonjorului și va fi, de asemenea, nevoie de mai mult efort pentru a-l mișca în sus și în jos în lichid.
Același lucru este valabil și pentru sonotrodă. Cu o sonotrodă mare montată, unitatea va trebui să lucreze mult mai intens pentru a produce o anumită amplitudine de oscilație dacă lichidul are o vâscozitate ridicată decât în cazul unui fluid cu vâscozitate scăzută.

La orice setare de putere dată, o sonotrodă mai mică va genera, datorită suprafeței sale, fluctuații de presiune mai mari și intensități de cavitație mai ridicate la vârf decât o sonotrodă mai mare (deoarece puterea este concentrată pe suprafața mai mică a sonotrodei).
Este posibil ca o sonotrodă mai mare să nu poată fi acționată la aceeași amplitudine, deoarece pentru aceasta ar fi necesară mult mai multă putere, ceea ce ar putea duce la oprirea unității din cauza suprasarcinii. În acest caz, dimensiunea sonotrodei trebuie redusă sau trebuie achiziționată o unitate de putere mai mare.
Intensitatea ultrasunetelor (la orice setare de putere dată) scade odată cu creșterea suprafeței (sonotrode mai mari), în timp ce intensitatea puterii ultrasonice crește odată cu scăderea suprafeței; altfel spus, o sonotrodă mai mică introduce o putere ultrasonică mare într-o zonă mică, în timp ce o sonotrodă mai mare distribuie puterea pe o suprafață mai mare.

Atunci când este utilizat omogenizatorul, lucrul mecanic total efectuat asupra probei este o combinație între puterea introdusă a omogenizatorului, volumul probei și durata expunerii acesteia. Pentru a obține rezultate reproductibile, trebuie să luăm în considerare toți cei trei parametri. Nu vă așteptați să introduceți 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, rețineți că, în cazul probelor de dimensiuni mici și al puterilor introduse ridicate, temperatura probei va crește rapid. Pentru probele sensibile la temperatură este mai bine să utilizați setări de putere mai scăzute pe perioade mai lungi, permițând disiparea energiei introduse de omogenizator sub formă de căldură.
Supraîncălzirea probei poate foarte bine să facă tocmai unele dintre aromele pe care încercați să le captați să scape din sistem.
Puterile introduse ridicate pot provoca, de asemenea, degradarea probei, după cum se poate observa la utilizarea anumitor uleiuri. Uleiurile expuse aportului ridicat de energie de la vârful omogenizatorului se pot descompune, rezultând un gust extrem de neplăcut, care poate fi descris doar ca un gust de ars electric!
Pentru materialele sensibile la temperatură, răcirea probei va îmbunătăți rezultatele, de exemplu prin utilizarea unei băi de gheață sau prin adăugarea unei cantități de gheață carbonică în probă. Utilizarea unor puteri introduse mai scăzute pe o perioadă mai lungă ajută la dispersarea energiei eliberate în sistem, la fel ca și utilizarea unității în modul puls, care permite o anumită răcire între fiecare impuls de ultrasunete.
În cadrul electronicii omogenizatorului, utilizatorul poate alege să opereze unitatea în două moduri principale de control.

Controlul amplitudinii

În acest mod, utilizatorul alege procentul (%) din amplitudinea maximă necesar pentru sonotrodă. Electronica va încerca apoi să acționeze sonotroda la amplitudinea respectivă și va ajusta puterea de intrare a dispozitivului pentru a menține amplitudinea necesară la sonotrodă. Dacă suprafața sonotrodei este prea mare pentru a putea fi acționată la această amplitudine cu puterea disponibilă a unității, amplitudinea nu va atinge valoarea setată, iar unitatea se poate opri dacă se ajunge la o stare de suprasarcină.

Doriți să vă produceți propriile extracte de condimente sau sosuri? Fie că este vorba despre bucătăria unui restaurant, despre un sous-chef ambițios sau despre producători comerciali, cu echipamentele ultrasonice Hielscher puteți produce extracte și sosuri de înaltă calitate într-un timp scurt. Preparați propriile extracte ecologice! Eliminați conservanții! Folosiți doar ingredientele pe care le alegeți!

Controlul puterii de intrare

În acest mod, utilizatorul setează puterea de intrare necesară în wați, iar electronica va ajusta amplitudinea oscilațiilor pentru a regla puterea de intrare la valoarea setată de utilizator. Acest mod permite reglarea puterii transferate în lichid și, prin urmare, limitarea căldurii generate în lichid, evitând deteriorarea probelor mai sensibile.

Modul puls

Pe lângă cele două moduri de funcționare, există un mod puls, în care electronica pornește și se oprește ciclic, temporizarea fiind setată de utilizator de la 10% din timp pornit și 90% oprit până la 90% din timp pornit și 10% oprit. Acest lucru produce un efect pulsatoriu și este util atât pentru limitarea puterii totale introduse în probă, cât și pentru crearea unei bune agitări în probă, pe fondul aportului inițial ridicat în timp ce electronica se stabilizează în fiecare ciclu de funcționare.

Sfaturi și trucuri generale

Atunci când utilizați omogenizatorul pentru infuzarea aromelor, se obțin rezultate mai bune dacă dimensiunea solidelor a fost redusă înainte de omogenizare; acest lucru va mări suprafața expusă la sonotrodă. Același principiu se aplică atunci când utilizați omogenizatorul pentru reducerea dimensiunii particulelor. Gândiți-vă la omogenizator ca la un instrument de finisare fină, nu ca la o râșniță grosieră! La reducerea dimensiunii particulelor, o mare parte din muncă este realizată de coliziunile de mare viteză ale particulelor accelerate de forțele generate la sonotrodă. Se vor obține rezultate mult mai bune dacă o parte din reducerea particulelor este realizată înainte de sonicare. Dacă se pornește cu reducerea grosieră a dimensiunii particulelor deja efectuată, o suprafață mai mare este expusă sonicării, iar particulele mai mici vor fi accelerate mai rapid în lichid, ceea ce duce la coliziuni mai intense, cu o forță care descompune în continuare particulele. De asemenea, omogenizatorul va trebui să efectueze mai puțină muncă, ceea ce permite un control mai bun al temperaturii.
Deoarece omogenizatorul acționează la un nivel destul de localizat, atunci când este utilizat cu probe mai mari, de exemplu de câteva sute de mililitri sau mai mult, este util să se asigure o agitare suplimentară pentru ca volumul din jurul sonotrodei să fie reînnoit, asigurând sonicarea completă a probei. Acest lucru este valabil în special pentru probele mai vâscoase. Un agitator magnetic bun este o modalitate utilă de a realiza acest lucru. Agitarea ajută, de asemenea, la evitarea supraîncălzirii volumului de lichid din jurul sonotrodei. Utilizarea unei băi de gheață sau a unor bucăți de gheață carbonică în probă va ajuta la eliminarea energiei transmise prin sonicare. După cum s-a discutat deja, dacă materialul este sensibil la temperatură, utilizați setări de putere mai scăzute pe o perioadă mai lungă și/sau utilizați modul puls pentru a limita temperaturile generate în probă, permițând răcirea probei între impulsurile sonice.

---

---

Bibliografie

• 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.

 

În acest videoclip, Simon de la GuerillaChefs.de demonstrează utilizarea sonicatorului portabil Hielscher UP200Ht pentru aromatizarea rapidă a apei cu ciuperci proaspete – o tehnică inovatoare utilizată în arta culinară și gastronomia moleculară. Sonicarea intensifică extracția aromelor și transferă compușii aromatici delicați în faza apoasă în câteva secunde, permițând procesarea fără încălzire și fără aditivi pentru obținerea unor supe rafinate, infuzii sau baze aromatice. Ideală pentru bucătarii și inovatorii din domeniul alimentar care urmăresc precizie și intensitate în dezvoltarea aromelor naturale.