Molekularna kuhinja in druge kulinarične aplikacije

Sonikacija spreminja način priprave hrane in pijač, ki ga uporabljajo kuharji in živilski znanstveniki: ultrazvočna ekstrakcija, infuzija, emulgiranje in homogenizacija so ključne aplikacije sonikatorjev za kulinarične kreacije. Ultrazvočni valovi razvijajo izjemne okuse in teksture, od hitrih ekstrakcij do bolj svilnatih emulzij in intenzivnejših arom. V tem članku boste izvedeli, kako kuharji in živilski tehnologi uporabljajo ultrazvočno kavitacijo za poustvarjanje vsega, od koktajlov do konsumov.

Kratek vodnik po načelih

gostujoči članek Marka Gastona

• Večina vsebine tega priročnika so informacije, ki so na voljo, vendar so včasih napisane na način, ki ne omogoča vedno enostavnega branja, razen če ste slučajno seznanjeni z uporabljenimi izrazi.
• V nadaljevanju so razloženi pomembni izrazi ultrazvočnega razbijanja, kot so sonotroda, amplituda itd. in njihovi učinki na kulinarično uporabo.
• Ta priročnik spodaj poskuša razložiti uporabo ultrazvočnega homogenizatorja na manj znanstven in bolj kulinarični način.

Ultrazvočni valovi in njihova uporaba v hrani

Ultrazvočni homogenizator kot tehnika obstaja že vrsto let v različnih oblikah, vendar šele najde pot v manjše kulinarične aplikacije. Homogenizator vsebuje nekaj sofisticirane elektronike, ki lahko pretvori in nadzoruje električno energijo v visokofrekvenčne vibracije kovinske konice ali sonotroda.
Sonotrode se premika predvsem navzgor in navzdol pri precej visoki frekvenci nad slišnim območjem (npr. 26000-krat na sekundo ali 26 kHz z Sonikator UP200Ht). Količina, ki jo sonotroda premika navzgor in navzdol, se imenuje amplituda in se običajno lahko prilagodi med 9 in 240 μm (povprečni človeški las je debel okoli 100 μm za referenco). Preprosto povedano, sonotroda se obnaša kot bat, ki se giblje gor in dol v tekočini.
Ko se sonotroda premika navzgor in navzdol, medtem ko je potopljena v tekočino, ustvarja območja visokega in nizkega tlaka v tekočini okoli sonotrode, kar ustvarja pojav, znan kot kavitacija. V kuhinji vidimo, da znižanje tlaka (na primer v tesnilu komore) povzroči, da tekočine zavrejo pri nižjih temperaturah, zvišanje tlaka (kot je lonec pod pritiskom) pa povzroči, da tekočine zavrejo pri višji temperaturi.
Hitro nihajoči tlačni pulzi na konici sonotrode povzročijo nastanek in nato hitro razpadanje mehurčkov v tekočini. Vse to se dogaja v majhnem obsegu, vendar zaradi hitrosti, temperatur in tlakov, ki jih povzroča kavitacija, v tekočini nastanejo velike sile. Prav te ogromne sile lahko v kuhinji izkoristimo za ekstrakcija arom avtor raztrgane celice, emulgiranjeali razgradnja delcev.

 

Preberite več o emulgiranju veganskega mousse au chocolat z ultrazvokom!
 

Eden od izzivov pri uporabi te opreme pa je izkoristiti in nadzorovati to moč na način, ki izboljšuje hrano.
Kupljeni ultrazvočni homogenizator model UP200Ht določa največjo moč, ki je na voljo uporabniku, homogenizator pa ima številne spremenljivke, s katerimi je mogoče prilagoditi njegovo zmogljivost glede na uporabo. V tem priročniku je bil uporabljen Hielscherjev 200-vatni sonikator.

Velikost Sonotrode

Velikost nameščene sonotrode pomembno vpliva na to, kako enota zagotavlja svojo moč.
Zelo preprosto povedano, večja kot je površina sonotrode, več moči bo potrebno za pogon pri kateri koli amplitudi. Viskoznost tekočine bo imela tudi velik vpliv na moč, ki je potrebna za pogon sonotrode pri dani amplitudi.
Predstavljajte si sonotrode kot bat ali bat, če se bat zelo hitro premika navzgor in navzdol v loncu z tanko tekočino, kot je voda, je to razmeroma enostavno storiti tudi pri razumnih hitrostih, vendar napolnite lonec z gosto omako in enako ne bo veljalo, potrebno bo veliko več moči za hitro premikanje bata navzgor in navzdol v tekočini zaradi povečane viskoznosti. Povečajte velikost bata ali bata, prav tako pa bo potrebno več napora, da ga premaknete navzgor in navzdol v tekočini.
Enako velja za sonotrodo. Z nameščeno veliko sonotrodo bo morala enota delati veliko težje, da bi ustvarila dano amplitudo nihanja, če ima tekočina visoko viskoznost kot pri tekočini z nizko viskoznostjo.
 

 

Manjša sonotroda bo pri dani nastavitvi moči zaradi svoje površine povzročila večja nihanja tlaka in večjo intenzivnost kavitacije na konici kot večja sonotroda (ker je moč usmerjena na manjšo površino sonotrode).
Morda ne bo mogoče voziti večjega sonotrode z enako amplitudo, saj bo za to potrebno veliko več moči, kar lahko povzroči zaustavitev enote zaradi preobremenitve. V tem primeru je treba velikost sonotrode zmanjšati ali pridobiti večjo pogonsko enoto.
Intenzivnost ultrazvoka (pri kateri koli nastavitvi moči) se zmanjšuje s povečanjem površine (večje sonotrode), kjer se intenzivnost ultrazvočne moči povečuje z zmanjševanjem površine ali drugače povedano, manjši sonotrode daje veliko ultrazvočne moči na majhno območje, kjer kot večji sonotrode razširi moč na večje območje.

Kadar se uporablja homogenizator, je celotno delo, opravljeno na vzorcu, kombinacija Vhodna moč homogenizatorja, prostornino vzorca in čas, ko je izpostavljen. Da bi dobili ponovljive rezultate, moramo upoštevati vse tri parametre. Ne pričakujte, da boste napravo dali v majhno skodelico polno tekočine za dve minuti in nato dobili enak rezultat v litru tekočine v istem časovnem obdobju! Prav tako ne pozabite, da se bo z majhnimi velikostmi vzorcev in visokimi vhodnimi močmi temperatura vzorca hitro dvignila. Za temperaturno občutljive vzorce je bolje uporabiti nižje nastavitve moči v daljših obdobjih, kar omogoča, da se energija, ki jo homogenizator vnese kot toplota, razprši.
Pregrevanje vzorca lahko povzroči, da nekatere arome, ki jih poskušate ujeti, pobegnejo iz sistema.
Visoka vhodna moč lahko povzroči tudi razgradnjo vzorca, kot je razvidno iz uporabe nekaterih olj. Olja, ko so izpostavljena visokim energetskim vložkom na konici homogenizatorja, se lahko razgradijo, kar povzroči zelo neprijeten okus, ki ga lahko opišemo le kot okus električnega gorenja!
Pri temperaturno občutljivih materialih bo hlajenje vzorca izboljšalo rezultate, na primer z uporabo ledene kopeli ali vključitvijo suhega ledu v vzorec. Uporaba nižjih vhodov moči v daljšem obdobju pomaga razpršiti energijo, ki se sprosti v sistem, kot tudi uporaba enote v impulznem načinu, ki omogoča nekaj hlajenja med vsakim izbruhom ultrazvoka.
V elektroniki homogenizatorja lahko uporabnik izbere delovanje enote v dveh glavnih načinih nadzora.

Nadzor amplitude

V tem načinu uporabnik izbere % največje amplitude, ki je potrebna za sonotrodo. Elektronika bo nato poskušala poganjati sonotrodo pri tej amplitudi in prilagodila vhodno moč naprave, da ohrani zahtevano amplitudo na sonotrodi. Če je površina sonotrode prevelika, da bi jo lahko vozili s to amplitudo z razpoložljivo močjo enote, amplituda ne bo dosegla nastavljene vrednosti in se lahko izklopi, če je doseženo stanje preobremenitve.

Nadzor vhodne moči

V tem načinu uporabnik nastavi zahtevano vhodno moč v vatih, elektronika pa bo prilagodila amplitudo nihanja, da bi uravnavala vhodno moč na uporabniško nastavitev. Ta način omogoča uravnavanje moči, ki se prenaša na tekočino, in zato je toplota, ki nastane v tekočini, omejena, da bi se izognili poškodbam občutljivejših vzorcev.

Impulzni način

Poleg dveh načinov delovanja obstaja tudi impulzni način, pri katerem se elektronika vklopi in izklopi v ciklih, katerega čas uporabnik nastavi tako, da je vklopljen 10% časa in izklopljen 90% na 90% časa in izklopljen 10%. To daje utripajoč učinek in je uporabno tako za omejevanje celotne vhodne moči vzorca kot za ustvarjanje dobrega mešanja v vzorcu, pri čemer je začetni vhod visok, ko se elektronika stabilizira med vsakim delovnim ciklom.

Splošni namigi in triki

Pri uporabi homogenizatorja za infundiranje arom se dosežejo boljši rezultati, ko se trdne snovi pred homogenizacijo zmanjšajo, s čimer se poveča površina, izpostavljena Sonotrode. Enako načelo velja pri uporabi homogenizatorja za zmanjšanje velikosti delcev. Homogenizator si predstavljajte kot fino orodje za končno obdelavo, ne kot mlinček za tečaje! Pri zmanjševanju velikosti delcev je velik del dela opravljen z visokimi hitrostmi trkov delcev, pospešenih sil, ki nastanejo na sonotrodi. Veliko boljši rezultati bodo doseženi, če se nekaj zmanjšanja delcev opravi pred ultrazvočnim razbijanjem. Začetek z že opravljenim zmanjšanjem velikosti delcev pomeni, da je večja površina izpostavljena ultrazvočnemu razbijanju in da se bodo manjši delci hitreje pospešili v tekočini, kar bo povzročilo večje trke s silo za nadaljnjo razgradnjo delcev. Manj dela bo moral opraviti tudi homogenizator, kar bo omogočilo boljši nadzor temperature.
Ker homogenizator deluje na precej lokalizirani ravni, je koristno, kadar se uporablja z večjimi vzorci, recimo več sto mililitrov ali več, da se zagotovi dodatno mešanje, da se zagotovi osvežitev prostornine okoli sonotrode, kar zagotavlja popolno ultrazvočno razbijanje vzorca. To še posebej velja za bolj viskozne vzorce. Dober magnetni mešalnik je koristen način za dosego tega. Mešanje pomaga tudi pri zagotavljanju, da se količina tekočine okoli sonotrode ne pregreje. Uporaba ledene kopeli ali suhih kosov ledu v vzorcu bo pomagala odstraniti energijo, ki jo daje sonifikacija. Kot smo že omenili, če je material občutljiv na temperaturo, uporabite nižje nastavitve moči v daljšem časovnem obdobju in ali uporabite impulzni način, da omejite temperature, ki nastanejo v vzorcu, kar omogoča, da se vzorec ohladi med zvočnimi impulzi.

---

---

Književnost

• 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 tem videoposnetku Simon iz GuerillaChefs.de predstavi uporabo ročnega sonikatorja Hielscher UP200Ht za hitro aromatiziranje vode s svežimi gobami - inovativno tehniko, ki se uporablja v kulinariki in molekularni gastronomiji. Ultrazvok izboljša ekstrakcijo okusa in v nekaj sekundah vnese občutljive aromatične spojine v vodno fazo, kar omogoča čisto obdelavo brez toplote za rafinirane juhe, infuzije ali aromatične osnove. Idealno za kuharje in živilske inovatorje, ki iščejo natančnost in intenzivnost pri razvoju naravnih okusov.

Ultrazvočna aromatizacija: Ustvarite okusno gobovo juho z uporabo Hielscher UP200Ht

 

Dejstva, ki jih je vredno vedeti

Ultrazvočni homogenizatorji tkiva se pogosto imenujejo sondni sonikator / sonifikator, zvočni lizator, ultrazvočni motilec, ultrazvočni mlinček, sono-ruptor, sodonosnik, zvočni dismembrator, motilec celic, ultrazvočni dispergator, emulgator ali raztapljač. Različni izrazi izhajajo iz različnih aplikacij, ki jih je mogoče izpolniti z ultrazvočnim razbijanjem.