Molekularna kuhinja in druge kulinarične uporabe

Sonikacija spreminja način, kako kuharski mojstri in strokovnjaki za živilsko znanost pripravljajo hrano in pijače: ultrazvočna ekstrakcija, infuzija, emulgiranje in homogenizacija so ključne uporabe sonikatorjev pri ustvarjanju kulinaričnih kreacij. Od hitrih ekstrakcij do bolj svilnatih emulzij in izrazitejših arom – ultrazvočni valovi razvijajo izjemne okuse in teksture. V tem članku boste izvedeli, kako kuharski mojstri in živilski tehnologi uporabljajo ultrazvočno kavitacijo za poustvarjanje vsega, od koktajlov do bistrih juh.

Kratek vodnik po načelih

gostujoči članek avtorja Marka Gastona

• Večino vsebine tega vodnika sestavljajo zlahka dostopne informacije, vendar so včasih zapisane tako, da jih ni vedno lahko brati, razen če poznate uporabljene izraze.
• V nadaljevanju so pojasnjeni pomembni izrazi s področja sonikacije, kot so sonotroda, amplituda itd., in njihovi vplivi na kulinarične uporabe.
• Spodnji vodnik skuša uporabo ultrazvočnega homogenizatorja pojasniti na manj znanstven in bolj s kulinariko povezan način.

Ultrazvočni valovi in njihova uporaba pri živilih

Ultrazvočna homogenizacija kot tehnika v različnih oblikah obstaja že vrsto let, vendar šele zdaj prodira v kulinarične uporabe v manjšem obsegu. Homogenizator vsebuje napredno elektroniko, ki lahko električno moč pretvarja v visokofrekvenčna nihanja kovinske konice oziroma sonotrode in jih uravnava.
Sonotroda se premika predvsem navzgor in navzdol s precej visoko frekvenco nad slišnim območjem (npr. 26.000-krat na sekundo oziroma 26Khz pri uporabi sonikatorja UP200Ht). Velikost premika sonotrode navzgor in navzdol se imenuje amplituda in jo je običajno mogoče nastavljati med 9 in 240 µm (za primerjavo: povprečen človeški las je debel približno 100 µm). Preprosto povedano, sonotroda deluje kot bat, ki se v tekočini premika navzgor in navzdol.
Ko se sonotroda, potopljena v tekočino, premika navzgor in navzdol, v tekočini okoli sebe ustvarja območja visokega in nizkega tlaka, kar povzroča pojav, imenovan kavitacija. V kuhinji lahko opazimo, da znižanje tlaka (na primer v komornem vakuumskem varilniku) povzroči vrenje tekočin pri nižjih temperaturah, zvišanje tlaka (na primer v loncu na zvišan tlak) pa povzroči vrenje tekočin pri višji temperaturi.
Hitro spreminjajoči se tlačni impulzi na konici sonotrode povzročajo nastanek in nato hitro sesedanje mehurčkov v tekočini. Vse to se dogaja v zelo majhnem merilu, vendar zaradi hitrosti, temperatur in tlakov, ki jih povzroča kavitacija, v tekočini nastajajo ogromne sile. Prav te ogromne sile lahko v kuhinji s pridom izkoristimo pri ekstrakciji arom z razgradnjo celic, emulgiranju, ali razbijanju delcev.

 

Oglejte si, kako sonikator Hielscher UP200Ht rastlinsko čokoladno emulzijo spremeni v svilnat, stabilen veganski čokoladni mousse. Ultrazvočna kavitacija zagotavlja fino disperzijo, večjo stabilnost emulzije in optimalno teksturo – s tem ustvari osnovo za popolno sladico z bogatim čokoladnim okusom brez mlečnih izdelkov. Ultrazvočna obdelava z ustvarjanjem stabilne emulzije čokoladnih maščob in vode s submikrometrsko velikostjo kapljic prispeva k intenzivnemu okusu ter gladkemu, enotnemu občutku v ustih. Poleg tega razgrajuje aglomerate škroba, beljakovin in trdnih delcev kakava za izjemno kremnost in intenzivnejši okus.

Izvedite več o ultrazvočnem emulgiranju veganskega čokoladnega moussa!
 

Eden od izzivov pri uporabi te opreme pa je izkoristiti in nadzorovati to moč tako, da izboljša živila.
Kupljeni ultrazvočni homogenizator modela UP200Ht določa največjo moč, ki je uporabniku na voljo, sam homogenizator pa ima več spremenljivk, s katerimi je mogoče njegovo delovanje prilagoditi posamezni uporabi. Za namene tega vodnika je bil uporabljen sonikator podjetja Hielscher z močjo 200 vatov.

Velikost sonotrode

Velikost nameščene sonotrode močno vpliva na način, kako naprava prenaša svojo moč.
Povsem preprosto povedano: večja kot je površina sonotrode, več moči je potrebno za njeno poganjanje pri kateri koli določeni amplitudi. Tudi viskoznost tekočine močno vpliva na moč, potrebno za poganjanje sonotrode pri določeni amplitudi.
Predstavljajte si sonotrodo kot bat ali potisni bat: če bat v loncu redke tekočine, kot je voda, zelo hitro premikate navzgor in navzdol, je to razmeroma preprosto tudi pri zmernih hitrostih. Če pa lonec napolnite z gosto omako, to ne bo več veljalo; zaradi povečane viskoznosti bo za hitro premikanje bata navzgor in navzdol v tekočini potrebne precej več moči. Če povečate velikost bata ali potisnega bata, bo za njegovo premikanje navzgor in navzdol v tekočini prav tako potrebnega več napora.
Enako velja za sonotrodo. Če je nameščena velika sonotroda, mora naprava za doseganje določene amplitude nihanja pri tekočini z visoko viskoznostjo delovati precej intenzivneje kot pri tekočini z nizko viskoznostjo.
 

 

Pri kateri koli določeni nastavitvi moči bo manjša sonotroda zaradi svoje površine na konici ustvarjala večja nihanja tlaka in večjo intenzivnost kavitacije kot večja sonotroda (saj je moč osredotočena na manjšo površino sonotrode).
Večje sonotrode morda ne bo mogoče poganjati pri enaki amplitudi, saj bo za to potrebne precej več moči, kar lahko povzroči izklop naprave zaradi preobremenitve. V tem primeru je treba zmanjšati velikost sonotrode ali pridobiti napravo z večjo močjo.
Intenzivnost ultrazvoka (pri kateri koli določeni nastavitvi moči) se zmanjšuje z večanjem površine (večje sonotrode), medtem ko se intenzivnost ultrazvočne moči povečuje z zmanjševanjem površine. Povedano drugače: manjša sonotroda usmeri veliko ultrazvočne moči na majhno območje, večja sonotroda pa moč razporedi po večjem območju.

Pri uporabi homogenizatorja je skupno delo, opravljeno na vzorcu, kombinacija vhodne moči homogenizatorja, prostornine vzorca in časa njegove izpostavljenosti. Za pridobitev ponovljivih rezultatov moramo upoštevati vse tri parametre. Ne pričakujte, da boste napravo za dve minuti postavili v majhno skodelico, polno tekočine, nato pa v enakem času dosegli enak rezultat v litru tekočine! Prav tako ne pozabite, da se pri majhnih vzorcih in veliki vhodni moči temperatura vzorca hitro zviša. Pri temperaturno občutljivih vzorcih je bolje uporabljati nižje nastavitve moči dalj časa, da se lahko energija, ki jo homogenizator vnese v obliki toplote, odvaja.
Pregrevanje vzorca lahko povzroči, da nekatere od prav tistih arom, ki jih poskušate zajeti, uidejo iz sistema.
Velika vhodna moč lahko povzroči tudi razgradnjo vzorca, kar je mogoče opaziti pri uporabi nekaterih olj. Olja se lahko ob izpostavljenosti velikemu vnosu energije na konici homogenizatorja razgradijo, kar povzroči zelo neprijeten okus, ki ga je mogoče opisati le kot okus po zažgani električni napeljavi!
Pri temperaturno občutljivih materialih hlajenje vzorca izboljša rezultate, na primer z uporabo ledene kopeli ali dodajanjem nekaj suhega ledu v vzorec. Uporaba manjše vhodne moči dalj časa pomaga razpršiti energijo, sproščeno v sistem, prav tako pa tudi uporaba naprave v pulznem načinu, ki omogoča nekaj hlajenja med posameznimi sunki ultrazvoka.
Z elektroniko homogenizatorja lahko uporabnik izbere delovanje naprave v dveh glavnih načinih krmiljenja.

Krmiljenje amplitude

V tem načinu uporabnik izbere potrebni % največje amplitude sonotrode. Elektronika bo nato poskušala poganjati sonotrodo pri tej amplitudi in bo prilagajala vhodno moč naprave, da ohrani zahtevano amplitudo sonotrode. Če je površina sonotrode prevelika, da bi jo bilo z razpoložljivo močjo naprave mogoče poganjati pri tej amplitudi, amplituda ne bo dosegla nastavljene vrednosti, ob preobremenitvi pa se naprava lahko izklopi.

Želite izdelovati lastne izvlečke začimb ali omake? Z ultrazvočno opremo Hielscher lahko v kratkem času pripravite visokokakovostne izvlečke in omake, naj gre za restavracijsko kuhinjo, ambicioznega pomočnika glavnega kuharja ali komercialne proizvajalce. Sami izdelajte ekološke izvlečke! Opustite konzervanse! Uporabljajte samo sestavine, ki jih izberete sami!

Krmiljenje vhodne moči

V tem načinu uporabnik nastavi zahtevano vhodno moč v vatih, elektronika pa prilagaja amplitudo nihanj, da vhodno moč uravnava glede na uporabnikovo nastavitev. Ta način omogoča uravnavanje moči, ki se prenese v tekočino, in s tem omejevanje toplote, ki nastaja v tekočini, kar preprečuje poškodbe občutljivejših vzorcev.

Pulzni način

Poleg dveh načinov delovanja je na voljo tudi pulzni način, pri katerem se elektronika ciklično vklaplja in izklaplja. Časovni potek ciklov nastavi uporabnik, in sicer od vklopa 10% časa in izklopa 90% časa do vklopa 90% časa in izklopa 10% časa. To ustvari pulzirajoč učinek in je uporabno tako za omejevanje skupne vhodne moči v vzorec kot za dobro mešanje v vzorcu ob visokem začetnem vnosu, ko se elektronika med vsakim delovnim ciklom stabilizira.

Splošni nasveti in triki

Pri uporabi homogenizatorja za infuzijo arom so rezultati boljši, če trdne snovi pred homogenizacijo zmanjšamo, saj se s tem poveča površina, izpostavljena sonotrodi. Enako načelo velja pri uporabi homogenizatorja za zmanjševanje velikosti delcev. Homogenizator si predstavljajte kot orodje za fino končno obdelavo, ne kot mlin za grobo mletje! Pri zmanjševanju velikosti delcev velik del dela opravijo trki delcev pri visokih hitrostih; delce pospešujejo sile, ki nastajajo pri sonotrodi. Precej boljše rezultate boste dosegli, če boste del zmanjševanja delcev opravili pred sonikacijo. Če je večji del zmanjševanja velikosti delcev opravljen že na začetku, je sonikaciji izpostavljena večja površina, manjši delci pa se v tekočini hitreje pospešujejo, kar povzroči intenzivnejše trke s silo, ki delce dodatno razbija. Tudi homogenizator bo moral opraviti manj dela, kar omogoča boljši nadzor temperature.
Ker homogenizator deluje precej lokalno, je pri uporabi z večjimi vzorci, denimo z več sto mililitri ali več, koristno zagotoviti dodatno mešanje, da se vsebina okoli sonotrode obnavlja in je tako zagotovljena popolna sonikacija vzorca. To velja zlasti za bolj viskozne vzorce. Dober magnetni mešalnik je koristen način za doseganje tega. Mešanje pomaga tudi preprečevati pregrevanje tekočine okoli sonotrode. Uporaba ledene kopeli ali koščkov suhega ledu v vzorcu pomaga odvajati energijo, vneseno s sonikacijo. Kot smo že omenili, pri temperaturno občutljivem materialu uporabljajte nižje nastavitve moči dalj časa in/ali pulzni način, da omejite temperature, ki nastajajo v vzorcu, in omogočite hlajenje vzorca med ultrazvočnimi impulzi.

---

---

Literatura

• 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 prikazuje uporabo ročnega sonikatorja Hielscher UP200Ht za hitro aromatizacijo vode s svežimi gobami – inovativno tehniko v kulinariki in molekularni gastronomiji. Ultrazvočna obdelava izboljša ekstrakcijo okusov in v nekaj sekundah prenese občutljive aromatične spojine v vodno fazo, kar omogoča obdelavo brez segrevanja in dodatkov za pripravo prefinjenih jušnih osnov, poparkov ali aromatičnih osnov. Idealno za kuharske mojstre in inovatorje v živilstvu, ki si pri razvijanju naravnih okusov prizadevajo za natančnost in intenzivnost.