Молекулярная кухня и другие кулинарные приложения

Ультразвуковое воздействие меняет способы приготовления продуктов и напитков: ультразвуковая экстракция, инфузия, эмульгирование и гомогенизация - ключевые области применения ультразвуковых приборов для создания кулинарных творений. От быстрой экстракции до шелковистых эмульсий и усиления ароматов - ультразвуковые волны создают выдающиеся вкусы и текстуры. В этой статье вы узнаете, как шеф-повара и технологи пищевой промышленности используют ультразвуковую кавитацию для воссоздания всего - от коктейлей до консоме.

Краткое руководство по принципам

Гостевая статья Марка Гастона

• Большая часть содержания этого руководства – это легкодоступная информация, однако иногда она написана таким образом, что не всегда облегчает чтение, если вы не знакомы с используемыми терминами.
• Ниже объясняются важные термины ультразвука, такие как сонотрод, амплитуда и т.д., и их влияние на кулинарное применение.
• В этом руководстве ниже предпринята попытка объяснить использование ультразвукового гомогенизатора менее научным и более кулинарным способом.

Ультразвуковые волны и их применение в пищевых продуктах

Ультразвуковой гомогенизатор как метод существует уже много лет в различных формах, но только начинает находить свое применение в кулинарии небольших масштабов. Гомогенизатор содержит сложную электронику, которая может преобразовывать и управлять электрической энергией в высокочастотные колебания металлического наконечника или сонотрода.
Сонотрод движется в основном вверх и вниз на довольно высокой частоте выше слышимого диапазона (например, 26000 раз в секунду или 26 кГц с помощью Ультразвуковая аппарат UP200Ht). Величина, на которую сонотрод движется вверх и вниз, называется амплитудой и обычно может регулироваться в диапазоне от 9 до 240 мкм (средняя толщина человеческого волоса составляет около 100 мкм для справки). Говоря простым языком, сонотрод ведет себя как поршень, движущийся вверх и вниз в жидкости.
Когда сонотрод движется вверх и вниз во время погружения в жидкость, он создает области высокого и низкого давления внутри жидкости вокруг сонотрода, что, в свою очередь, создает явление, известное как кавитация. На кухне мы видим, что понижение давления (например, в камерном герметике) приводит к тому, что жидкости закипают при более низких температурах, а повышение давления (например, в скороварке) приводит к тому, что жидкости закипают при более высокой температуре.
Быстро меняющиеся пульсации давления на кончике сонотрода вызывают образование, а затем быстрое схлопывание пузырьков в жидкости. Все это происходит в мельчайших масштабах, но создает огромные силы внутри жидкости благодаря скоростям, температурам и давлениям, возникающим в результате кавитации. Именно эти огромные силы можно использовать в наших интересах на кухне для Экстракция ароматизаторов около Разрывные клетки, эмульгированиеили Разложение твердых частиц.

 

Узнайте больше об ультразвуковом эмульгировании веганского мусса au chocolat!
 

Однако одна из проблем при использовании этого оборудования заключается в том, чтобы использовать и контролировать эту силу таким образом, чтобы улучшить продукты питания.
Приобретенный Ультразвуковой гомогенизатор модель UP200Ht диктует максимальную мощность, доступную пользователю, а сам гомогенизатор имеет ряд переменных, которые можно использовать для настройки его производительности в соответствии с условиями применения. Для целей данного руководства была использована модель 200-ваттного соникатора Hielscher.

Размер сонотрода

Размер установленного сонотрода оказывает большое влияние на мощность аппарата.
Проще говоря, чем больше площадь поверхности сонотрода, тем больше энергии потребуется для его приведения в движение с любой заданной амплитудой. Вязкость жидкости также будет оказывать большое влияние на мощность, необходимую для приведения сонотрода в движение с заданной амплитудой.
Представьте себе сонотрод в виде поршня или поршня, если поршень перемещается вверх и вниз очень быстро в кастрюле с жидкой жидкостью, такой как вода, это относительно легко сделать даже с разумной скоростью, однако наполните кастрюлю густым соусом и то же не будет правдой, потребуется гораздо больше мощности для быстрого перемещения поршня вверх и вниз в жидкости из-за повышенной вязкости. Увеличьте размер поршня или поршня, и вам также потребуется больше усилий, чтобы перемещать его вверх и вниз в жидкости.
То же самое относится и к сонотроду. При установке большого сонотрода устройству придется работать гораздо усерднее, чтобы создать заданную амплитуду колебаний, если жидкость имеет высокую вязкость, чем при жидкости с низкой вязкостью.
 

 

При любой заданной мощности меньший сонотрод за счет своей площади поверхности будет генерировать большие колебания давления и более высокую интенсивность кавитации на кончике, чем больший сонотрод (так как мощность фокусируется на меньшей площади поверхности сонотрода).
Возможно, будет невозможно управлять большим сонотродом с той же амплитудой, так как для этого потребуется гораздо больше энергии, что может привести к отключению устройства из-за перегрузки. В этом случае приходится уменьшать размер сонотрода или получать агрегат большей мощности.
Интенсивность ультразвука (при любой заданной мощности питания) уменьшается с увеличением площади поверхности (большие сонотроды), в то время как по мере увеличения интенсивности ультразвуковой мощности с уменьшением площади поверхности, или, другими словами, меньший сонотрод вкладывает большую ультразвуковую мощность в небольшую область, в то время как больший сонотрод распространяет мощность на большую площадь.

При использовании гомогенизатора общая работа, выполняемая над образцом, представляет собой комбинацию подводимая мощность гомогенизатора, объем образца и время его воздействия. Для того, чтобы получить воспроизводимые результаты, мы должны учитывать все три параметра. Не ожидайте, что вы поместите устройство в маленькую чашку, полную жидкости, на две минуты, а затем получите тот же результат в литре жидкости за тот же период времени! Также помните, что при небольших размерах образца и высокой потребляемой мощности температура образца будет быстро повышаться. Для чувствительных к температуре образцов лучше использовать более низкие настройки мощности в течение более длительных периодов времени, что позволяет рассеивать энергию, поступающую от гомогенизатора в виде тепла.
Перегрев образца вполне может привести к тому, что некоторые из тех самых ароматов, которые вы пытаетесь уловить, выйдут из системы.
Высокая потребляемая мощность также может привести к ухудшению качества образца, что можно заметить при использовании некоторых масел. Масла при воздействии высоких энергетических ресурсов на кончике гомогенизатора могут разрушиться, что приведет к крайне неприятному вкусу, который можно описать только как вкус электрического горения!
Для чувствительных к температуре материалов охлаждение образца улучшит результаты, например, с помощью ледяной бани или добавления в образец небольшого количества сухого льда. Использование более низкой потребляемой мощности в течение более длительного периода времени помогает рассеять энергию, высвобождаемую в системе, как и использование устройства в импульсном режиме, что позволяет некоторое охлаждение между каждым всплеском ультразвука.
В электронике гомогенизатора пользователь может выбрать работу установки в двух основных режимах управления.

Регулировка амплитуды

В этом режиме пользователь выбирает % от максимальной амплитуды, необходимой для сонотрода. Затем электроника попытается управлять сонотродом с этой амплитудой и отрегулирует входную мощность устройства для поддержания требуемой амплитуды на сонотроде. Если площадь поверхности сонотрода слишком велика для движения с такой амплитудой с доступной мощностью устройства, амплитуда не достигнет заданного значения и может отключиться при достижении условия перегрузки.

Управление входной мощностью

В этом режиме пользователь устанавливает требуемую входную мощность в ваттах, а электроника регулирует амплитуду колебаний, чтобы регулировать входную мощность в соответствии с пользовательской настройкой. Этот режим позволяет регулировать мощность, передаваемую жидкости, и, следовательно, ограничивать тепло, выделяемое в жидкости, что позволяет избежать повреждения более чувствительных образцов.

импульсный режим

В дополнение к двум режимам работы, существует импульсный режим, при котором электроника включается и выключается циклами, время работы которых устанавливается пользователем от включенного 10% времени и выключенного 90% до включенного 90% времени и выключенного 10%. Это дает пульсирующий эффект и полезно как для ограничения общей потребляемой мощности на образце, так и для создания хорошего перемешивания внутри образца до начального напряжения, которое должно быть высоким, поскольку электроника стабилизируется во время каждого рабочего цикла.

Общие советы и хитрости

При использовании гомогенизатора для инфузии ароматизаторов лучшие результаты достигаются, когда твердые вещества были уменьшены в размерах до гомогенизации, что приведет к увеличению площади поверхности, подверженной воздействию ароматизатора. Сонотрод. Тот же принцип применим и при использовании гомогенизатора для уменьшение размера частиц. Думайте о гомогенизаторе как о прекрасном отделочном инструменте, а не как о шлифовальной машине! При уменьшении размеров частиц большая часть работы выполняется за счет высокоскоростных столкновений частиц, ускоренных силами, возникающими на сонотроде. Гораздо лучшие результаты будут получены, если часть редукции частиц будет выполнена перед ультразвуковой обработкой. Начиная с уже выполненного уменьшения размера объемных частиц, большая площадь поверхности подвергается воздействию ультразвука и что более мелкие частицы будут ускоряться в жидкости быстрее, что приведет к более высоким столкновениям с силой дальнейшего разрушения частиц. Кроме того, гомогенизатору потребуется выполнять меньше работы, что позволит лучше контролировать температуру.
Поскольку гомогенизатор работает на довольно локализованном уровне, он полезен при использовании с большими образцами, скажем, в несколько сотен миллилитров или более, для обеспечения дополнительного перемешивания, чтобы гарантировать обновление объема вокруг сонотрода, обеспечивая полную ультразвуковую обработку образца. Особенно это касается более вязких образцов. Хорошая магнитная мешалка — полезный способ добиться этого. Перемешивание также помогает предотвратить перегрев объема жидкости вокруг сонотрода. Использование ледяной ванны или кусочков сухого льда в образце поможет удалить энергию, передаваемую сонификацией. Как уже говорилось, если материал чувствителен к температуре, используйте более низкие настройки мощности в течение увеличенного периода времени и/или используйте импульсный режим для ограничения температуры, генерируемой в образце, позволяя образцу охлаждаться между звуковыми импульсами.

---

---

Литература

• 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.

 

В этом видео Саймон из GuerillaChefs.de демонстрирует использование ручного ультразвукового аппарата Hielscher UP200Ht для быстрой ароматизации воды со свежими грибами - инновационной техники, применяемой в кулинарии и молекулярной гастрономии. Ультразвук усиливает экстракцию аромата и вводит тонкие ароматические соединения в водную фазу в течение нескольких секунд, что позволяет использовать чистую, не требующую нагревания обработку для приготовления изысканных бульонов, настоев или вкусовых основ. Идеально подходит для шеф-поваров и новаторов в области пищевой промышленности, стремящихся к точности и интенсивности в разработке натуральных вкусов.

Ультразвуковая ароматизация: создание грибного бульона с интенсивным вкусом с помощью Hielscher UP200Ht

 

Факты, которые стоит знать

Ультразвуковые тканевые гомогенизаторы часто называют зондовым ультразвуковым аппаратом, звуковым лизером, ультразвуковым разрушителем, ультразвуковым измельчителем, соноразрывом, сонификатором, звуковым дисмембраном, клеточным разрушителем, ультразвуковым диспергатором, эмульгатором или растворителем. Различные термины являются результатом различных применений, которые могут быть выполнены с помощью ультразвуковой обработки.