Молекуларна кухиња и друге кулинарске примене

Кратак водич кроз принципе

од Марка Гастона

• Већина садржаја овог водича су информације које су лако доступне, међутим понекад је написан на начин који не олакшава увек читање осим ако случајно нисте упознати са коришћеним терминима.
• У наставку су објашњени важни термини соникације као што су сонотрода, амплитуда итд. и њихови ефекти на кулинарске примене.
• Ovaj vodič u nastavku pokušava da objasni upotrebu ultrazvučnog homogenizatora na manje naučni i više kulinarski način.

Ултразвучни таласи и њихова примена на храну

Ultrazvučni homogenizator kao tehnika postoji već dugi niz godina u različitim oblicima, ali tek pronalazi svoj put u manjim kulinarskim aplikacijama. Homogenizator sadrži neke sofisticirane elektronike koja može pretvoriti i kontrolisati električnu energiju u visokofrekventne vibracije metalnog vrha ili sonotrode.
Сонотрода се првенствено креће горе-доле на прилично високој фреквенцији изнад чујног опсега (нпр. 26000 пута у секунди или 26Кхз са УП200Хт). Количина којом се сонотрода помера горе-доле назива се амплитуда и обично се може подесити између 9 и 240 µм (просечна људска коса је дебела око 100 µм за референцу). Једноставно речено, сонотрода се понаша као клип који се креће горе-доле у течности.
Како се сонотрода креће горе-доле док је уроњена у течност, она ствара области високог и ниског притиска унутар течности око сонотроде, што заузврат ствара феномен познат као кавитација. У кухињи видимо да снижавање притиска (као у заптивачу коморе) узрокује кључање течности на нижим температурама, а повећање притиска (као што је лонац под притиском) узрокује да течности кључају на вишој температури.
Брзо флуктуирајуће пулсације притиска на врху сонотроде изазивају формирање, а затим и брзо колапс мехурића унутар течности. Све се ово дешава у малој скали, али ствара огромне силе унутар течности услед брзина, температура и притисака које ствара кавитација. Управо те огромне снаге могу се окренути у нашу корист у кухињи за екстракција укуса од стране пуцање ћелија или разлагање честица.

 

 

Међутим, један од изазова у коришћењу ове опреме је искористити и контролисати ову моћ на начин који побољшава храну.
Kupljeni ultrazvučni model homogenizatora УП200Хт diktira maksimalnu snagu dostupnu korisniku, a sama homogenizator ima niz varijabli koje se mogu koristiti za prilagođavanje njegovih performansi kako bi odgovarale aplikaciji. Za potrebe ovog vodiča, model koji se koristi je bio 200 вати јединица.

Сонотроде Сизе

Величина сонотроде уграђен има велики утицај на то како јединица испоручује своју снагу.
Врло једноставно речено, што је већа површина сонотроде, то ће јој требати више снаге да би се покренуо при било којој датој амплитуди. Вискозност течности ће такође имати велики утицај на снагу потребну за покретање сонотроде при датој амплитуди.
Замислите сонотроду као клип или клип, ако се клип помера горе-доле веома брзо у лонцу са танком течношћу као што је вода, то је релативно лако учинити чак и при разумним брзинама, међутим напуните лонац густим сосом и исто неће бити тачно, биће потребно много више снаге да се клип брзо помера горе-доле у течности због повећаног вискозитета. Повећајте величину клипа или клипа и такође ће бити потребно више напора да се помера горе-доле у течности.
Исто важи и за сонотроду. Са уграђеном великом сонотродом, јединица ће морати да ради много више да би произвела дату амплитуду осциловања ако течност има висок вискозитет него са течношћу ниског вискозитета.

У било којој поставци снаге а мањи сонотрода због своје површине ствараће веће флуктуације притиска и виши кавитација intensities at the tip than a larger sonotrode (as the power is focused on a smaller sonotrode’s surface area).
Можда неће бити могуће покретати већу сонотроду при истој амплитуди јер ће за то бити потребна далеко већа снага, што може довести до гашења јединице због преоптерећења. У овом случају, величина сонотроде се мора смањити или се добити јединица веће снаге.
Intenzitet ultrazvuka (u bilo kom podešavanju snage) opada sa povećanjem površine (veći sonotrodes), gde kao ultrazvučni intenzitet snage povećava sa smanjenjem površine, ili da to kažem na drugi način, manji sonotrode stavlja mnogo ultrazvučne snage u malom prostoru, gde kao veći sonotrode širi moć na većoj površini.

Kada se koristi homogenizator, ukupan posao obavljen na uzorku je kombinacija улазна снага homogenizatora, zapremine uzorka i vremena kada je izložen. Da bismo dobili ponovljive rezultate, moramo uzeti u obzir sva tri parametra. Ne očekujte da stavite uređaj u malu šolju punu tečnosti dva minuta, a zatim dobijete isti rezultat u litru tečnosti u istom vremenskom periodu! Isto tako zapamtite da sa malim veličinama uzorka i velikim ulazima snage, temperatura uzorka će brzo porasti. Za uzorke osetljive na temperaturu bolje je koristiti niže postavke snage tokom dužeg perioda, omogućavajući energiju unosi homogenizator kao toplotu da se rasipa.
Прегревање узорка може довести до тога да неке од арома које покушавате да ухватите побегну из система.
Ulazi velike snage takođe mogu izazvati degradaciju uzorka, kao što se može videti kada se koriste određena ulja. Ulja kada su izložena visokim energetskim ulazima na vrhu homogenizatora može da se pokvari što dovodi do veoma neprijatnog ukusa koji se može opisati samo kao ukus električnog sagorevanja!
За материјале осетљиве на температуру хлађење узорка ће побољшати резултате као што је коришћење леденог купатила или укључивање мало сувог леда у узорак. Коришћење мање улазне снаге током дужег периода помаже у распршивању енергије ослобођене у систему, као и коришћење јединице у пулсном режиму који омогућава хлађење између сваког рафала ултразвука.
U okviru elektronike homogenizatora, korisnik može da izabere da upravlja uređajem u dva glavna načina kontrole.

Контрола амплитуде

У овом режиму корисник бира % максималне амплитуде потребне за сонотроду. Електроника ће затим покушати да покрене сонотроду на тој амплитуди и прилагодиће улазну снагу уређаја како би одржала потребну амплитуду на сонотроди. Ако је површина сонотроде превелика да би се покренула овом амплитудом са доступном снагом јединице, амплитуда неће достићи подешену вредност и може се искључити ако се достигне стање преоптерећења.

Контрола улазне снаге

У овом режиму корисник поставља потребну улазну снагу у ватима, а електроника ће прилагодити амплитуду осцилација како би регулисала улазну снагу према подешавањима корисника. Овај режим омогућава да се регулише снага која се преноси на течност, а самим тим и ограничена топлота која се ствара у течности избегавајући оштећење осетљивијих узорака.

пулсни режим

Pored dva načina rada, postoji i pulsni režim, pri čemu se elektronika uključuje i isključuje u ciklusima, čije vreme korisnik postavlja od 10% vremena i isključivanje 90% na 90% vremena i isključivanje 10%. Ovo daje pulsirajući efekat i korisno je i za ograničavanje ukupne ulazne snage u uzorku i stvaranje dobre agitacije u uzorku na početni ulaz koji je visok kao elektronika stabilizuje tokom svakog radnog ciklusa.

Општи савети и трикови

Kada se koristi homogenizator za infuziju ukusa bolji rezultati se dobijaju kada su čvrste materije smanjene u veličini pre nego što se homogenizuje, to će povećati površinu izloženu сонотроде. Isti princip važi i kada se koristi homogenizator za смањење величине честица. Zamislite homogenizator kao fini alat za završnu obradu, a ne kao brusilica! U smanjenju veličine čestica veliki deo posla se obavlja velikom brzinom sudara čestica ubrzanih sila generisanih na sonotrode. Mnogo bolji rezultati će se dobiti ako se neki od smanjenja čestica uradi pre ultrazvuka. Počevši od smanjenja veličine čestica u rasutom stanju već urađeno znači da je veća površina izložena ultrazvuku i da će se manje čestice ubrzati u tečnosti brže, što dovodi do većih sudara sa silom da se dalje razbije čestice. Manje posla će takođe morati da uradi homogenizator, omogućavajući temperaturu da se bolje kontroliše.
Kao homogenizator radi na prilično lokalizovanom nivou je korisno kada se koristi sa većim uzorcima recimo nekoliko stotina mililitara ili više da obezbedi dodatnu agitaciju kako bi se osiguralo da je zapremina oko sonotrode je osvežen, obezbeđujući potpunu ultrazvučnost uzorka. Ovo se posebno odnosi na viskoznije uzorke. Dobar magnetni mešalica je koristan način da se to postigne. Uznemirenost takođe pomaže u obezbeđivanju zapremine tečnosti oko sonotrode se ne pregreje. Korišćenje ledene kupke ili komada suvog leda u uzorku pomoći će da se ukloni energija koju daje sonifikacija. Kao što je već rečeno da li je materijal osetljiv na temperaturu, koristite niže postavke snage tokom produženog vremenskog perioda i ili koristite pulsni režim da ograničite temperature generisane u uzorku omogućavajući uzorku da se ohladi između zvučnih impulsa.

---

---

Књижевност

• 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.

 

U ovom videu, Simon iz GuerillaChefs.de demonstrira upotrebu Hielscher UP200Ht ručnog sonikatora za brzu aromatizaciju vode sa svežim pečurkama - inovativna tehnika koja se koristi u kulinarstvu i molekularnoj gastronomiji. Ultrazvuk poboljšava ekstrakciju ukusa i ubrizgava delikatna aromatična jedinjenja u vodenoj fazi u roku od nekoliko sekundi, omogućavajući čistu etiketu, bez toplote obradu za rafinirane čorbe, infuzije, ili ukus baze. Idealan za kuvara i inovatora hrane koji traže preciznost i intenzitet u razvoju prirodnog ukusa.

Ultrazvučna aromatizacija: Napravite ukus intenzivne gljive čorbe koristeći Hielscher UP200Ht

 

Чињенице које вреди знати

Ултразвучни хомогенизатори ткива се често називају соникатор/сонификатор сонде, звучни лизер, ултразвучни дисруптор, ултразвучни млин, соно-руптор, сонификатор, звучни дисмембратор, ћелијски дисруптор, ултразвучни дисперзер, емулгатор или растварач. Различити термини произилазе из различитих апликација које се могу испунити соникацијом.