Molekulárna kuchyňa a iné kulinárske aplikácie

Sonikácia mení spôsob, akým šéfkuchári a potravinárski vedci pripravujú potraviny a nápoje: ultrazvuková extrakcia, infúzia, emulgácia a homogenizácia sú kľúčovými aplikáciami sonikátorov pri kulinárskych výtvoroch. Ultrazvukové vlny rozvíjajú výnimočné chute a textúry - od rýchlej extrakcie po hodvábnejšie emulzie a intenzívnejšie arómy. V tomto článku sa dozviete, ako šéfkuchári a potravinárski technológovia využívajú ultrazvukovú kavitáciu na vytváranie všetkého od koktailov až po consomé.

Stručný sprievodca zásadami

článok hosťa Marka Gastona

• Väčšina obsahu tejto príručky sú informácie, ktoré sú ľahko dostupné, ale niekedy sú napísané spôsobom, ktorý nie vždy uľahčuje čítanie, pokiaľ náhodou nepoznáte použité pojmy.
• Nižšie sú vysvetlené dôležité pojmy sonikácie, ako je sonotróda, amplitúda atď., a ich účinky na kulinárske aplikácie.
• Táto príručka nižšie sa pokúša vysvetliť použitie ultrazvukového homogenizátora menej vedeckým a viac kulinárskym spôsobom.

Ultrazvukové vlny a ich aplikácia na potraviny

Ultrazvukový homogenizátor ako technika existuje už mnoho rokov v rôznych formách, ale do kulinárskych aplikácií v menšom meradle si len nachádza cestu. Homogenizátor obsahuje sofistikovanú elektroniku, ktorá dokáže premieňať a riadiť elektrickú energiu na vysokofrekvenčné vibrácie kovového hrotu alebo sonotrody.
Sonotroda sa pohybuje primárne hore a dole pri pomerne vysokej frekvencii nad počuteľným rozsahom (napr. 26000-krát za sekundu alebo 26 kHz s Sonikátor UP200Ht). Miera, v ktorej sa sonotróda pohybuje hore a dole, sa nazýva amplitúda a zvyčajne sa dá nastaviť medzi 9 a 240 μm (priemerný ľudský vlas má hrúbku okolo 100 μm pre referenciu). Zjednodušene povedané, sonotroda sa správa ako piest pohybujúci sa hore a dole v kvapaline.
Keď sa sonotróda pohybuje hore a dole, keď je ponorená do kvapaliny, vytvára v kvapaline okolo sonotródy oblasti vysokého a nízkeho tlaku, čo zase vytvára jav známy ako kavitácia. V kuchyni vidíme, že zníženie tlaku (napríklad v komorovom tmeli) spôsobuje varenie tekutín pri nižších teplotách a zvýšenie tlaku (napríklad tlakový hrniec) spôsobí, že tekutiny vrú pri vyššej teplote.
Rýchlo kolísajúce tlakové pulzácie na hrote sonotródy spôsobujú vznik a následný rýchly kolaps bublín v kvapaline. To všetko sa deje v nepatrnom rozsahu, ale v dôsledku rýchlostí, teplôt a tlakov vznikajúcich pri kavitácii vznikajú v kvapaline obrovské sily. Práve tieto obrovské sily môžeme využiť v kuchyni na extrakcia príchutí od praskajúce bunky, emulgáciaalebo Rozklad častíc.

 

Zistite viac o ultrazvukovej emulgácii vegánskej peny au chocolat!
 

Jednou z výziev pri používaní tohto zariadenia je však využiť a ovládať túto silu spôsobom, ktorý zlepšuje potraviny.
Zakúpené ultrazvukový homogenizátor model UP200Ht určuje maximálny výkon, ktorý má používateľ k dispozícii, a samotný homogenizátor má množstvo premenných, ktorými možno upraviť jeho výkon tak, aby vyhovoval aplikácii. Na účely tejto príručky bol použitý model 200-wattového sonikátora Hielscher.

Veľkosť Sonotrode

Veľkosť nasadenej sonotródy má zásadný vplyv na to, ako jednotka dodáva svoj výkon.
Veľmi jednoducho povedané, čím väčšia je plocha sonotródy, tým viac energie bude potrebná na jej pohon v akejkoľvek danej amplitúde. Viskozita kvapaliny bude mať tiež veľký vplyv na výkon potrebný na pohon sonotródy pri danej amplitúde.
Predstavte si sonotrodu ako piest alebo piest, ak sa piest pohybuje hore a dole veľmi rýchlo v hrnci s riedkou tekutinou, ako je voda, je to relatívne jednoduché aj pri rozumných rýchlostiach, avšak naplňte hrniec hustou omáčkou a to isté nebude platiť, bude to vyžadovať oveľa viac energie na rýchly pohyb piestu hore a dole v kvapaline kvôli zvýšenej viskozite. Zväčšite veľkosť piestu alebo piestu a bude to vyžadovať aj väčšie úsilie na jeho pohyb hore a dole v kvapaline.
To isté platí o sonotrode. S namontovanou veľkou sonotródou bude musieť jednotka pracovať oveľa tvrdšie, aby vytvorila danú amplitúdu oscilácie, ak má kvapalina vysokú viskozitu ako pri kvapaline s nízkou viskozitou.
 

 

Pri danom nastavení výkonu bude menšia sonotróda vzhľadom na svoj povrch generovať väčšie výkyvy tlaku a vyššiu intenzitu kavitácie na hrote ako väčšia sonotróda (keďže výkon sa sústreďuje na menšiu plochu povrchu sonotródy).
Nemusí byť možné riadiť väčšiu sonotródu s rovnakou amplitúdou, pretože na to bude potrebný oveľa väčší výkon, čo môže mať za následok vypnutie jednotky v dôsledku preťaženia. V tomto prípade je potrebné zmenšiť veľkosť sonotródy alebo získať jednotku s vyšším výkonom.
Intenzita ultrazvuku (pri akomkoľvek danom nastavení výkonu) klesá so zvyšujúcou sa plochou povrchu (väčšie sonotrody), kde ako sa intenzita ultrazvukového výkonu zvyšuje so zmenšujúcou sa plochou, alebo inak povedané, menšia sonotróda dáva veľa ultrazvukovej energie do malej plochy, kde ako väčšia sonotróda rozširuje silu na väčšiu plochu.

Keď sa použije homogenizátor, celková práca vykonaná na vzorke je kombináciou Príkon homogenizátora, objem vzorky a čas, počas ktorého je vystavená. Aby sme dosiahli reprodukovateľné výsledky, musíme zvážiť všetky tri parametre. Nečakajte, že zariadenie vložíte na dve minúty do malej šálky plnej tekutiny a potom dosiahnete rovnaký výsledok v litri tekutiny za rovnaké časové obdobie! Rovnako nezabudnite, že pri malých veľkostiach vzoriek a vysokom príkone teplota vzorky rýchlo stúpne. Pre vzorky citlivé na teplotu je lepšie používať nižšie nastavenia výkonu počas dlhších období, čo umožňuje rozptýlenie energie dodávanej homogenizátorom ako tepla.
Prehriatie vzorky môže spôsobiť, že niektoré z vôní, ktoré sa snažíte zachytiť, uniknú zo systému.
Vysoký príkon môže tiež spôsobiť degradáciu vzorky, ako je možné vidieť pri použití určitých olejov. Oleje, ktoré sú vystavené vysokým energetickým vstupom na špičke homogenizátora, sa môžu rozpadnúť, čo má za následok veľmi nepríjemnú chuť, ktorú možno opísať len ako chuť elektrického horenia!
V prípade materiálov citlivých na teplotu chladenie vzorky zlepší výsledky, napríklad použitím ľadového kúpeľa alebo vložením suchého ľadu do vzorky. Používanie nižších výkonových vstupov počas dlhšieho obdobia pomáha rozptýliť energiu uvoľnenú do systému, rovnako ako používanie jednotky v pulznom režime, ktorý umožňuje určité ochladenie medzi každým zábleskom ultrazvuku.
V rámci elektroniky homogenizátora si užívateľ môže zvoliť prevádzku jednotky v dvoch hlavných režimoch ovládania.

Ovládanie amplitúdy

V tomto režime si používateľ zvolí % maximálnej amplitúdy potrebnej pre sonotrodu. Elektronika sa potom pokúsi poháňať sonotródu na tejto amplitúda a upraví vstupný výkon zariadenia tak, aby sa udržala požadovaná amplitúda na sonotrode. Ak je povrchová plocha sonotródy príliš veľká na to, aby sa dala poháňať pri tejto amplitúda s dostupným výkonom jednotky, amplitúda nedosiahne nastavenú hodnotu a môže sa vypnúť, ak sa dosiahne stav preťaženia.

Ovládanie vstupného výkonu

V tomto režime používateľ nastaví požadovaný príkon vo wattoch a elektronika upraví amplitúdu oscilácií, aby regulovala príkon podľa nastavenia používateľa. Tento režim umožňuje regulovať výkon prenášaný na kvapalinu, a preto sa teplo generované v kvapaline obmedzuje, čím sa zabráni poškodeniu citlivejších vzoriek.

pulzný režim

Okrem dvoch prevádzkových režimov existuje pulzný režim, pri ktorom sa elektronika zapína a vypína v cykloch, ktorých načasovanie nastavuje používateľ z 10 % času zapnutého a vypnutého 90 % na 90 % času a vypnutého 10 %. To poskytuje pulzujúci efekt a je užitočné ako na obmedzenie celkového príkonu vzorky, tak aj na vytvorenie dobrého miešania vo vzorke, pričom počiatočný vstup je vysoký, keď sa elektronika stabilizuje počas každého pracovného cyklu.

Všeobecné rady a triky

Pri použití homogenizátora na infúziu príchutí sa dosiahnu lepšie výsledky, keď sa pevné látky pred homogenizáciou zmenšia, čím sa zväčší povrch vystavený Sonotrode. Rovnaký princíp platí aj pri použití homogenizátora na zmenšenie veľkosti častíc. Predstavte si homogenizátor ako jemný dokončovací nástroj, nie ako mlynček na kurzy! Pri redukcii veľkosti častíc sa veľká časť práce vykonáva vysokorýchlostnými zrážkami častíc urýchlených silami generovanými na sonotrode. Oveľa lepšie výsledky sa dosiahnu, ak sa časť redukcie častíc vykoná pred sonikáciou. Začať s už vykonaným zmenšením veľkosti objemových častíc znamená, že väčšia povrchová plocha je vystavená sonikácii a že menšie častice sa v kvapaline urýchlia rýchlejšie, čo má za následok vyššie zrážky so silou na ďalší rozklad častíc. Homogenizátor bude musieť vykonať aj menej práce, čo umožní lepšiu reguláciu teploty.
Keďže homogenizátor pracuje na pomerne lokalizovanej úrovni, je užitočné, keď sa používa s väčšími vzorkami s objemom povedzme niekoľko stoviek mililitrov alebo viac, aby sa zabezpečilo dodatočné miešanie, aby sa zabezpečilo osvieženie objemu okolo sonotródy, čím sa zabezpečí úplná sonikácia vzorky. To platí najmä pre viskóznejšie vzorky. Dobré magnetické miešadlo je užitočný spôsob, ako to dosiahnuť. Miešanie tiež pomáha zabezpečiť, aby sa objem kvapaliny okolo sonotródy neprehrial. Použitie ľadového kúpeľa alebo suchých kúskov ľadu vo vzorke pomôže odstrániť energiu dodanú sonifikáciou. Ako už bolo uvedené, ak je materiál citlivý na teplotu, použite nižšie nastavenia výkonu počas dlhšieho časového obdobia a alebo použite pulzný režim na obmedzenie teplôt generovaných v sample čo umožňuje sample ochladiť medzi zvukovými impulzmi.

---

---

Literatúra

• 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.

 

V tomto videu Simon z GuerillaChefs.de predvádza použitie ručného sonikátora Hielscher UP200Ht na rýchlu aromatizáciu vody s čerstvými hubami - inovatívnu techniku používanú v kulinárstve a molekulárnej gastronómii. Ultrazvuk zlepšuje extrakciu chuti a v priebehu niekoľkých sekúnd vnáša do vodnej fázy jemné aromatické zlúčeniny, čo umožňuje čisté spracovanie bez tepelnej úpravy rafinovaných vývarov, nálevov alebo chuťových báz. Ideálne pre šéfkuchárov a potravinových inovátorov, ktorí hľadajú presnosť a intenzitu pri vývoji prirodzených chutí.

Ultrazvuková aromatizácia: Vytvorte hubový vývar s intenzívnou chuťou pomocou Hielscher UP200Ht

 

Fakty, ktoré stoja za to vedieť

Ultrazvukové homogenizátory tkanív sa často označujú ako sondový sonikátor / sonifikátor, zvukový lyzér, ultrazvukový disruptor, ultrazvuková brúska, sono-ruptor, sonifikátor, zvukový dismembrator, narušiteľ buniek, ultrazvukový dispergátor, emulgátor alebo rozpúšťač. Rôzne pojmy vyplývajú z rôznych aplikácií, ktoré môžu byť splnené sonikáciou.