Kuzhina molekulare dhe aplikime të tjera të kuzhinës

Një udhëzues i shkurtër për parimet

nga Mark Gaston

• Pjesa më e madhe e përmbajtjes së këtij udhëzuesi është informacion që është lehtësisht i disponueshëm, megjithatë ndonjëherë shkruhet në një mënyrë që nuk e bën gjithmonë të lehtë leximin, përveç rastit kur jeni të njohur me termat e përdorur.
• Më poshtë, janë shpjeguar termat e rëndësishëm të sonication si sonotrode, amplituda etj. dhe efektet e tyre në aplikimet e kuzhinës.
• Ky udhëzues më poshtë përpiqet të shpjegojë përdorimin e homogjenizuesit tejzanor në një mënyrë më pak shkencore dhe më të lidhur me kuzhinën.

Valët me ultratinguj dhe aplikimi i tyre në ushqim

Homogjenizuesi tejzanor si një teknikë ka ekzistuar për shumë vite në forma të ndryshme, por vetëm sa po e gjen rrugën e tij në aplikime të kuzhinës në shkallë më të vogël. Homogjenizuesi përmban disa pajisje elektronike të sofistikuara të cilat mund të konvertojnë dhe kontrollojnë energjinë elektrike në vibrime me frekuencë të lartë të majës metalike ose sonotrode.
Sonotrode lëviz kryesisht lart e poshtë me frekuencë mjaft të lartë mbi diapazonin e dëgjueshëm (p.sh. 26000 herë në sekondë ose 26 Khz me UP200Ht). Sasia që sonotrode lëviz lart e poshtë quhet amplitudë dhe zakonisht mund të rregullohet midis 9 dhe 240 μm (për referencë, flokët mesatarë të njeriut janë rreth 100 μm të trashë). Me fjalë të thjeshta sonotrode sillet si një piston që lëviz lart e poshtë në lëng.
Ndërsa sonotrode lëviz lart e poshtë ndërsa është i zhytur në një lëng, ai krijon zona me presion të lartë dhe të ulët brenda lëngut rreth sonotrode, kjo nga ana tjetër krijon një fenomen të njohur si kavitacion. Ne shohim në kuzhinë se ulja e presionit (si p.sh. në një mbyllës të dhomës) bën që lëngjet të vlojnë në temperatura më të ulëta dhe rritja e presionit (si p.sh. një tenxhere me presion) bën që lëngjet të vlojnë në një temperaturë më të lartë.
Pulsimet e shpejta të luhatshme të presionit në majë të sonotrodës shkaktojnë formimin dhe më pas kolapsin e shpejtë të flluskave brenda lëngut. E gjithë kjo ndodh në një shkallë minutë, por krijon forca të mëdha brenda lëngut për shkak të shpejtësive, temperaturave dhe presioneve të krijuara nga kavitacion. Janë këto forca të mëdha që mund të kthehen në avantazhin tonë në kuzhinë për nxjerrja e shijeve nga qelizat që shpërthejnë ose zbërthimi i grimcave.

Megjithatë, një nga sfidat në përdorimin e kësaj pajisjeje është shfrytëzimi dhe kontrolli i kësaj fuqie në një mënyrë që përmirëson ushqimet.
Modeli i blerë i homogjenizuesit tejzanor UP200Ht dikton fuqinë maksimale të disponueshme për përdoruesin dhe vetë homogjenizuesi ka një numër variablash që mund të përdoren për të rregulluar performancën e tij për t'iu përshtatur aplikacionit. Për qëllimin e këtij udhëzuesi, modeli i përdorur ishte a 200 vat njësi.

Madhësia Sonotrode

Madhësia e sonotrode i pajisur ka një efekt të madh në mënyrën se si njësia jep fuqinë e saj.
Me fjalë shumë të thjeshta, sa më e madhe të jetë sipërfaqja e sonotrodës, aq më shumë fuqi do të kërkojë për ta drejtuar atë në çdo amplitudë të caktuar. Viskoziteti i lëngut do të ketë gjithashtu një ndikim të madh në fuqinë e nevojshme për të drejtuar sonotrode në një amplitudë të caktuar.
Imagjinoni sonotrode si një piston ose piston, nëse pistoni lëvizet lart e poshtë shumë shpejt në një tenxhere me lëng të hollë si uji, është relativisht e lehtë për ta bërë këtë edhe me shpejtësi të arsyeshme, megjithatë mbusheni tenxheren me një salcë të trashë dhe e njëjta gjë nuk do të jetë e vërtetë, do të kërkojë shumë më tepër fuqi për të lëvizur pistonin me shpejtësi lart e poshtë në lëng për shkak të viskozitetit të rritur. Rritni madhësinë e pistonit ose pistonit dhe gjithashtu do të kërkojë më shumë përpjekje për ta lëvizur atë lart e poshtë në lëng.
E njëjta gjë është e vërtetë për sonotrode. Me një sonotrode të madhe të pajisur, njësia do të duhet të punojë shumë më shumë për të prodhuar një amplitudë të caktuar lëkundjeje nëse lëngu ka një viskozitet të lartë sesa me një lëng me viskozitet të ulët.

Në çdo cilësim të caktuar të fuqisë a sonotrode më të vogla për shkak të sipërfaqes së saj do të gjenerojë luhatje më të mëdha të presionit dhe më të larta kavitacion intensitetet në majë sesa një sonotrode më e madhe (pasi fuqia fokusohet në sipërfaqen e një sonotrode më të vogël).
Mund të mos jetë e mundur të drejtoni një sonotrode më të madhe në të njëjtën amplitudë pasi do të kërkohet shumë më shumë fuqi për ta bërë këtë, duke rezultuar ndoshta në mbylljen e njësisë për shkak të mbingarkesës. Në këtë rast, madhësia e sonotrodës duhet të zvogëlohet ose të merret një njësi fuqie më e lartë.
Hyrja intensiteti i ultrazërit (në çdo cilësim të caktuar të fuqisë) zvogëlohet me rritjen e sipërfaqes (sonotrode më të mëdha), ku ndërsa intensiteti i fuqisë tejzanor rritet me zvogëlimin e sipërfaqes, ose për ta thënë ndryshe, një sonotrode më i vogël vendos shumë fuqi tejzanor në një zonë të vogël, ku si një sonotrode më i madh shpërndan fuqinë në një zonë më të madhe.

Kur përdoret homogjenizuesi, puna totale e bërë në kampion është një kombinim i fuqia hyrëse të homogjenizuesit, të vëllimi të mostrës dhe të Koha është ekspozuar. Për të marrë rezultate të riprodhueshme, duhet të marrim parasysh të tre parametrat. Mos prisni ta vendosni pajisjen në një filxhan të vogël plot me lëng për dy minuta dhe më pas të merrni të njëjtin rezultat në një litër lëng për të njëjtën periudhë kohore! Gjithashtu mbani mend se me madhësi të vogla të mostrës dhe inpute me fuqi të lartë, temperatura e mostrës do të rritet shpejt. Për mostrat e ndjeshme ndaj temperaturës është më mirë të përdoren cilësime më të ulëta të fuqisë për periudha më të gjata, duke lejuar që energjia e futur nga homogjenizuesi si nxehtësi të shpërndahet.
Mbinxehja e mostrës mund të shkaktojë fare mirë disa nga aromat që po përpiqeni të kapni për t'i shpëtuar sistemit.
Fuqia e lartë e hyrjes mund të shkaktojë gjithashtu degradimin e kampionit, siç mund të shihet kur përdorni vajra të caktuar. Vajrat kur ekspozohen ndaj hyrjeve të larta të energjisë në majë të homogjenizuesit mund të prishen duke rezultuar në një shije shumë të pakëndshme e cila mund të përshkruhet vetëm si shija e djegies elektrike!
Për materialet e ndjeshme ndaj temperaturës, ftohja e kampionit do të përmirësojë rezultatet, si p.sh. duke përdorur një banjë akulli ose përfshirjen e një pjese të akullit të thatë në kampion. Përdorimi i hyrjeve më të ulëta të fuqisë për një periudhë më të gjatë ndihmon në shpërndarjen e energjisë së lëshuar në sistem, siç bën përdorimi i njësisë në modalitetin e pulsit, i cili lejon një ftohje midis çdo shpërthimi të ultrazërit.
Brenda elektronikës së homogjenizuesit, përdoruesi mund të zgjedhë të përdorë njësinë në dy mënyra kryesore të kontrollit.

Kontrolli i amplitudës

Në këtë mënyrë, përdoruesi zgjedh përqindjen e amplitudës maksimale të kërkuar për sonotrode. Elektronika më pas do të përpiqet të drejtojë sonotrode në atë amplitudë dhe do të rregullojë fuqinë hyrëse të pajisjes për të ruajtur amplituda e kërkuar në sonotrode. Nëse sipërfaqja e sonotrodës është shumë e madhe për t'u drejtuar në këtë amplitudë me fuqinë e disponueshme të njësisë, amplituda nuk do të arrijë vlerën e caktuar dhe mund të mbyllet nëse arrihet një gjendje e mbingarkesës.

Kontrolli i fuqisë hyrëse

Në këtë modalitet, përdoruesi vendos fuqinë hyrëse të kërkuar në vat dhe elektronika do të rregullojë amplituda e lëkundjeve në mënyrë që të rregullojë fuqinë hyrëse në cilësimin e përdoruesit. Kjo mënyrë lejon që fuqia e transferuar në lëng të rregullohet dhe për këtë arsye nxehtësia e gjeneruar në lëng kufizohet duke shmangur dëmtimin e mostrave më të ndjeshme.

modaliteti i pulsit

Përveç dy mënyrave të funksionimit, ekziston një modalitet pulsi, ku elektronika ndizet dhe fiket në cikle, koha e së cilës caktohet nga përdoruesi nga aktivizimi në 10% të rasteve dhe 90% në 90% në 90% dhe 10% i fikur. Kjo jep një efekt pulsues dhe është i dobishëm si për kufizimin e fuqisë së përgjithshme të hyrjes në kampion dhe për krijimin e trazimit të mirë brenda kampionit ndaj hyrjes fillestare që është e lartë pasi elektronika stabilizohet gjatë çdo cikli pune.

Këshilla dhe truket e përgjithshme

Kur përdoret homogjenizuesi për infuzionin e shijeve, arrihen rezultate më të mira kur lëndët e ngurta janë zvogëluar në madhësi përpara se të homogjenizohen, kjo do të rrisë sipërfaqen e ekspozuar ndaj sonotrode. I njëjti parim zbatohet kur përdoret homogjenizuesi për zvogëlimi i madhësisë së grimcave. Mendoni për homogjenizuesin si një mjet të mirë përfundimi dhe jo si një mulli! Në zvogëlimin e madhësive të grimcave, pjesa më e madhe e punës bëhet nga përplasjet me shpejtësi të lartë të grimcave që përshpejtuan forcat e krijuara në sonotrode. Rezultate shumë më të mira do të arrihen nëse një pjesë e reduktimit të grimcave bëhet para sonikimit. Duke filluar me zvogëlimin e madhësisë së grimcave të bëra tashmë do të thotë që një sipërfaqe më e madhe ekspozohet ndaj sonikimit dhe se grimcat më të vogla do të përshpejtohen në lëng më shpejt, duke rezultuar në përplasje më të larta me një forcë për të thyer më tej grimcat. Më pak punë do të duhet gjithashtu të bëhet nga homogjenizuesi, duke lejuar që temperatura të kontrollohet më mirë.
Meqenëse homogjenizuesi funksionon në një nivel mjaft të lokalizuar, është i dobishëm kur përdoret me mostra më të mëdha, të themi disa qindra mililitra ose më shumë, për të siguruar agjitacion shtesë për të siguruar që vëllimi rreth sonotrode të rifreskohet, duke siguruar sonikim të plotë të kampionit. Kjo është veçanërisht e vërtetë për më shumë viskoze mostrat. Një përzierës i mirë magnetik është një mënyrë e dobishme për ta arritur këtë. Agjitacioni gjithashtu ndihmon për të siguruar që vëllimi i lëngut rreth sonotrode të mos mbinxehet. Përdorimi i një banjë akulli ose copa akulli të thatë në mostër do të ndihmojë në heqjen e energjisë së dhënë nga sonifikimi. Siç u diskutua tashmë nëse materiali është i ndjeshëm ndaj temperaturës, përdorni cilësime më të ulëta të fuqisë gjatë një periudhe të shtuar kohore dhe ose përdorni modalitetin e pulsit për të kufizuar temperaturat e krijuara në mostër duke lejuar që kampioni të ftohet midis pulseve zanore.

---

---

Letërsia

• 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.

Fakte që ia vlen të dihen

Homogjenizuesit tejzanor të indeve shpesh quhen si sonikator/sonfikues i sondës, liser zanor, ndërprerës i ultrazërit, mulli tejzanor, sono-ruptor, sonifier, dismembrator zanor, ndërprerës qelizash, shpërndarës tejzanor, emulsifikues ose tretës. Termat e ndryshëm rezultojnë nga aplikacionet e ndryshme që mund të përmbushen nga sonication.