Молекуларна кухиња и друге кулинарске примене

Соникација мења начин на који кувари и научници у области хране припремају храну и напитке: ултразвучна екстракција, инфузија, емулговање и хомогенизација кључне су примене соникатора у стварању кулинарских креација. Од брзих екстракција до свиленкастијих емулзија и појачаних арома, ултразвучни таласи развијају изузетне укусе и текстуре. У овом чланку сазнаћете како кувари и прехрамбени технолози користе ултразвучну кавитацију да поново осмисле све, од коктела до консомеа.

Кратак водич кроз основне принципе

гостујући чланак аутора Марка Гастона

• Већину садржаја овог водича чине лако доступне информације, али су оне понекад написане на начин који није увек лак за читање, осим ако сте већ упознати са употребљеним терминима.
• У наставку су објашњени важни термини везани за соникацију, као што су сонотрода, амплитуда итд., и њихов утицај на кулинарске примене.
• Овај водич настоји да објасни употребу ултразвучног хомогенизатора на мање научан начин, више повезан са кулинарством.

Ултразвучни таласи и њихова примена на храну

Ултразвучни хомогенизатор као техника постоји већ дуги низ година у различитим облицима, али тек сада налази пут до кулинарских примена мањег обима. Хомогенизатор садржи софистицирану електронику која може да претвара електричну снагу у високофреквентне вибрације металног врха, односно сонотроде, и да управља тим претварањем.
Сонотрода се креће првенствено горе-доле на прилично високој фреквенцији изнад чујног опсега (нпр. 26.000 пута у секунди или 26Khz са соникатором UP200Ht). Величина померања сонотроде горе-доле назива се амплитуда и обично се може подешавати између 9 и 240 µm (поређења ради, просечна људска длака дебела је око 100 µm). Једноставно речено, сонотрода се понаша као клип који се креће горе-доле у течности.
Док се сонотрода креће горе-доле уроњена у течност, она у течности око себе ствара области високог и ниског притиска, што заузврат доводи до појаве познате као кавитација. У кухињи видимо да снижавање притиска (на пример, у коморној машини за вакуумско паковање) доводи до кључања течности на нижим температурама, док повећавање притиска (на пример, у експрес-лонцу) доводи до кључања течности на вишој температури.
Пулсације притиска које се брзо мењају на врху сонотроде изазивају настанак, а затим и брзо урушавање мехурића у течности. Све се то одвија на веома ситној скали, али ствара огромне силе у течности услед брзина, температура и притисака насталих кавитацијом. Управо те огромне силе можемо искористити у кухињи за екстракцију арома путем разарања ћелија, емулговање, или уситњавање честица.

 

Погледајте како соникатор Hielscher UP200Ht претвара чоколадну емулзију на биљној бази у свиленкаст, стабилан вегански чоколадни мус. Ултразвучна кавитација обезбеђује фино дисперговање, већу стабилност емулзије и оптималну текстуру – стварајући услове за савршен десерт богат чоколадом, без млечних производа. Стварањем стабилне емулзије чоколадних масти и воде са капљицама субмикронске величине, соникација доприноси интензивном укусу и глатком, уједначеном осећају у устима. Поред тога, ултразвучна обрада разбија агломерате скроба, протеина и чврстих честица какаоа, чиме се постижу врхунска кремастост и израженији укус.

Сазнајте више о ултразвучном емулговању веганског чоколадног муса!
 

Један од изазова при употреби ове опреме ипак је искористити ту снагу и управљати њоме тако да се побољшају својства хране.
Купљени ултразвучни хомогенизатор модела UP200Ht одређује максималну снагу доступну кориснику, а сам хомогенизатор има низ променљивих параметара помоћу којих се његов рад може прилагодити примени. За потребе овог водича коришћен је Hielscher соникатор снаге 200 вати.

Величина сонотроде

Величина постављене сонотроде има велики утицај на то како уређај преноси своју снагу.
Једноставно речено, што је површина сонотроде већа, то је више снаге потребно да би она осциловала при било којој датој амплитуди. Вискозност течности такође има велики утицај на снагу потребну за покретање сонотроде при датој амплитуди.
Замислите сонотроду као клип или потискивач: ако се клип веома брзо помера горе-доле у посуди са ретком течношћу попут воде, то је релативно лако чак и при прилично великим брзинама. Међутим, ако посуду напуните густим сосом, то више неће бити тако: због повећане вискозности биће потребно много више снаге за брзо померање клипа горе-доле у течности. Ако повећате величину клипа или потискивача, такође ће бити потребно више напора за његово померање горе-доле у течности.
Исто важи и за сонотроду. Када је постављена велика сонотрода, уређај ће морати да ради знатно интензивније да би постигао дату амплитуду осциловања ако течност има високу вискозност него ако има ниску вискозност.
 

 

При било којој датој поставци снаге, мања сонотрода ће, због своје површине, стварати веће флуктуације притиска и веће интензитете кавитације на врху него већа сонотрода (јер је снага усредсређена на мању површину сонотроде).
Можда неће бити могуће покретати већу сонотроду при истој амплитуди јер ће за то бити потребно знатно више снаге, што може довести до искључивања уређаја услед преоптерећења. У том случају потребно је смањити величину сонотроде или набавити уређај веће снаге.
Интензитет ултразвука (при било којој датој поставци снаге) опада са повећањем површине (веће сонотроде), док се интензитет ултразвучне снаге повећава са смањењем површине. Другим речима, мања сонотрода преноси велику ултразвучну снагу на малу површину, док већа сонотрода распоређује снагу на већу површину.

При употреби хомогенизатора, укупан рад извршен на узорку одређен је комбинацијом улазне снаге хомогенизатора, запремине узорка и времена излагања. Да бисмо добили поновљиве резултате, морамо узети у обзир сва три параметра. Немојте очекивати да уређај ставите у малу шољу пуну течности на два минута, а затим добијете исти резултат у литру течности током истог временског периода! Такође имајте на уму да ће код малих узорака и велике улазне снаге температура узорка брзо расти. За узорке осетљиве на температуру боље је користити ниже поставке снаге током дужих периода, како би енергија коју хомогенизатор уноси у виду топлоте могла да се расипа.
Прегревање узорка заиста може довести до тога да неке од арома које покушавате да издвојите напусте систем.
Велика улазна снага такође може довести до разградње узорка, што се може уочити при употреби одређених уља. Када су изложена великом уносу енергије на врху хомогенизатора, уља се могу разградити, што доводи до изузетно непријатног укуса који се може описати једино као укус прегорелих електричних инсталација!
Код материјала осетљивих на температуру, хлађење узорка побољшаће резултате, на пример употребом леденог купатила или додавањем мало сувог леда у узорак. Употреба мање улазне снаге током дужег периода помаже у распршивању енергије ослобођене у систему, као и употреба уређаја у пулсном режиму, који омогућава извесно хлађење између узастопних ултразвучних импулса.
Преко електронике хомогенизатора, корисник може да изабере рад уређаја у два главна режима управљања.

Контрола амплитуде

У овом режиму корисник бира потребан % максималне амплитуде сонотроде. Електроника ће затим покушати да покреће сонотроду при тој амплитуди и подешаваће улазну снагу уређаја како би одржала потребну амплитуду на сонотроди. Ако је површина сонотроде превелика да би се она покретала при тој амплитуди уз расположиву снагу уређаја, амплитуда неће достићи задату вредност, а уређај се може искључити ако дође до преоптерећења.

Желите ли да производите сопствене екстракте зачина или сосове? Било да је реч о ресторанској кухињи, амбициозном заменику шефа кухиње или комерцијалним произвођачима, ултразвучна опрема Hielscher омогућава производњу висококвалитетних екстраката и сосова за кратко време. Направите сами органске екстракте! Избаците конзервансе! Користите само састојке које сами одаберете!

Контрола улазне снаге

У овом режиму корисник задаје потребну улазну снагу у ватима, а електроника подешава амплитуду осцилација како би улазну снагу регулисала према задатој вредности. Овај режим омогућава регулисање снаге која се преноси у течност, а тиме и ограничавање топлоте која се у њој ствара, чиме се избегава оштећење осетљивијих узорака.

Пулсни режим

Поред два режима рада, постоји и пулсни режим, у којем се електроника укључује и искључује у циклусима чије трајање подешава корисник: од укључености током 10% времена и искључености током 90% времена до укључености током 90% времена и искључености током 10% времена. Тиме се постиже пулсирајуће дејство, које је корисно и за ограничавање укупног уноса снаге у узорак и за добро мешање узорка, захваљујући високом почетном уносу снаге док се електроника стабилизује током сваког радног циклуса.

Општи савети и трикови

При употреби хомогенизатора за уношење укуса инфузијом, бољи резултати се добијају ако се чврсте материје уситне пре хомогенизације, јер се тиме повећава површина изложена дејству сонотроде. Исти принцип важи и када се хомогенизатор користи за смањење величине честица. Замислите хомогенизатор као алат за фину завршну обраду, а не као млин за грубо млевење! При смањењу величине честица велики део рада обављају судари честица при великим брзинама, које убрзавају силе настале на сонотроди. Много бољи резултати добиће се ако се део уситњавања честица обави пре соникације. Ако је главни део уситњавања честица већ обављен на почетку, већа површина је изложена соникацији, а мање честице се брже убрзавају у течности, што доводи до снажнијих судара који додатно уситњавају честице. Хомогенизатор ће такође морати да обави мање рада, што омогућава бољу контролу температуре.
Пошто хомогенизатор делује прилично локално, при раду са већим узорцима, рецимо од неколико стотина милилитара или више, корисно је обезбедити додатно мешање како би се течност око сонотроде обнављала и тиме осигурала потпуна соникација узорка. То нарочито важи за вискозније узорке. Добра магнетна мешалица је корисно средство за постизање тог циља. Мешање такође помаже да се течност око сонотроде не прегреје. Употреба леденог купатила или комадића сувог леда у узорку помоћи ће да се одведе енергија унета соникацијом. Као што је већ објашњено, ако је материјал осетљив на температуру, користите ниже поставке снаге током дужег периода и/или користите пулсни режим да бисте ограничили температуре које се развијају у узорку, омогућавајући му да се хлади између ултразвучних импулса.

---

---

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.

 

У овом видео-снимку Симон са сајта GuerillaChefs.de приказује употребу ручног соникатора Hielscher UP200Ht за брзу ароматизацију воде свежим печуркама – иновативну технику која се користи у кулинарству и молекуларној гастрономији. Ултразвучна обрада побољшава екстракцију укуса и уноси деликатна ароматична једињења у водену фазу за свега неколико секунди, омогућавајући обраду без загревања и адитива за фине бујоне, инфузије или ароматичне основе. Идеална је за куваре и иноваторе у прехрамбеној индустрији који траже прецизност и интензитет у развоју природних укуса.