Hielscher ultraljud teknik

Molekylär mat och andra kulinariska tillämpningar

En kort guide till principerna

av Mark Gaston

  • Det mesta av innehållet i denna guide är information som är lätt tillgänglig, men det är ibland skrivit ett sätt som inte alltid lätt att läsa om du inte råkar vara bekant med de termer som används.
  • Nedan är viktiga när det gäller ultraljudsbehandling såsom sonotrode, amplitud etc. och deras effekter på kulinariska applikationer förklaras.
  • Denna guide nedan försöker förklara användningen av ultraljudshomogenisator i en mindre vetenskaplig och mer kulinariska relaterade sätt.

Ultraljudsvågor och deras tillämpning på mat

Ultraljudshomogenisator som en teknik har funnits i många år i olika former, men är bara att hitta sin väg in mindre skala kulinariska applikationer. Homogenisatorn innehåller några sofistikerad elektronik som kan konvertera och styra elektrisk effekt till högfrekventa vibrationer hos metallspets eller sonotrod.
Sonotroden rör sig i första hand upp och ner vid ganska hög frekvens över hörbara området (t ex 26000 gånger per sekund eller 26kHz med Uf200 ः t). Det belopp som sonotroden rör sig upp och ned kallas amplituden och typiskt kan justeras mellan 9 och 240 pm (den genomsnittliga människohår är cirka 100 pm tjock för referens). Enkelt uttryckt sonotrode beter sig som en kolv rör sig upp och ner i vätskan.
Som sonotroden rör sig upp och ner medan nedsänkt i en vätska, det skapar områden med högt och lågt tryck i vätskan runt sonotroden detta i sin tur skapar ett fenomen känt som kavitation. Vi ser i köket att sänkning tryck (såsom i en kammare sealer) orsakar vätskor att koka vid lägre temperaturer och höjning av trycket (såsom en tryckkokare) orsakar vätskor att koka vid en högre temperatur.
De snabbt fluktuerande tryckpulsationer vid spetsen av sonotroden orsaka bildandet och sedan snabb kollaps av bubblor i vätskan. Allt detta händer på en minut skala men skapar enorma krafter inom vätskan till följd av de hastigheter, temperaturerna och trycken som alstras av kavitation. Det är dessa enorma krafter som kan vändas till vår fördel i köket för extraktion av smaker av brista celler eller uppdelning av partiklar.
En av utmaningarna i användningen av denna utrustning är dock att utnyttja och kontrollera denna makt på ett sätt som förbättrar livsmedel och inte förstör dem, bryta ner dem i mindre önskvärda föreningar.
Den köpt ultraljudshomogenisator modell Uf200 ः t dikterar maximal effekt tillgänglig för användaren och homogenisator själv har ett antal variabler som kan användas för att justera dess prestanda för att passa tillämpningen. För syftet med den här guiden, den modell som använts var en 200 watt enhet.

sonotrode Storlek

Storleken på den sonotrod utrustat har en stor inverkan på hur enheten levererar sin makt.
I mycket enkla termer, desto större yta sonotrode desto mer ström det kommer att kräva att driva den vid varje given amplitud. Viskositeten hos fluiden kommer också att ha en stor inverkan på den effekt som krävs för att driva sonotroden vid en given amplitud.
Föreställ sonotrode som en kolv eller kolv, om kolven flyttas upp och ned mycket snabbt i en kastrull med tunn vätska såsom vatten är det relativt lätt att göra så även till rimliga hastigheter, men fylla krukan med en tjock sås och detsamma kommer inte vara sant, kommer det att krävas mycket mer makt att flytta kolven snabbt upp och ner i vätskan på grund av den ökade viskositeten. Öka storleken på kolven eller kolven och det kommer också att kräva mer ansträngning för att flytta upp och ner i vätskan.
Detsamma gäller för sonotrode. Med en stor sonotrod monteras, kommer enheten måste arbeta mycket svårare att producera en given svängningsamplitud om vätskan har en hög viskositet än med en vätska med låg viskositet.

Olika sonotrode storlekar och former för olika tillämpningar.

Sonotrodes med olika storlekar och former för Uf200 ः t

Vid varje given effektinställning a mindre sonotrod på grund av att dess ytarea kommer att generera större tryckvariationer och högre kavitation intensiteter vid spetsen än en större sonotrod (som strömmen är inriktad på en mindre sonotrod s ytarea).
Det kanske inte är möjligt att köra en större sonotrod vid samma amplitud så långt mer kraft kommer att krävas för att göra så, vilket eventuellt kan resultera i avstängning av enheten på grund av överbelastning. I detta fall storleken på sonotroden måste reduceras eller en högre kraftenhet erhållas.
ingångs ultraljudsintensitet (Vid en given effektinställning) minskar med ökande ytarea (större sonotroder), där som ultraljudseffektintensiteten ökar med minskande ytarea, eller för att uttrycka det på ett annat sätt, sätter en mindre sonotrod mycket ultraljudseffekt i ett litet område, där som en större sonotrode sprider makt över ett större område.
När homogenisator används den totala arbete på provet är en kombination av ineffekt i homogeniseringsanordningen, den volym av provet och tid det exponeras. För att få reproducerbara resultat måste vi överväga alla tre parametrarna. Räkna inte med att sätta enheten i en liten kopp full av vätska under två minuter och sedan få samma resultat i en liter vätska under samma period! Lika ihåg att med små provstorlekar och höga effektingångar, den temperatur av provet kommer att stiga snabbt. För temperaturkänsliga prover är det bättre att använda lägre effektinställningar över längre perioder, vilket tillåter den energi som matas in av homogenisatorn som värme som skall avledas.
Överhettning provet kan väl orsaka några av de dofter du försöker fånga fly systemet.
Hög effekt ingångar kan också orsaka nedbrytning av provet, vilket kan ses vid användning av vissa oljor. Oljor när de utsätts för de höga energiinsatser vid spetsen av homogeniseringsanordningen kan bryta ner vilket resulterar i en mycket obehaglig smak, som endast kan beskrivas som smaken av elektrisk bränning!
För temperaturkänsliga material kylning av provet kommer att förbättra resultaten såsom genom användning av ett isbad eller inkluderandet av vissa torris in i provet. Med användning av lägre effektingångar över en längre period hjälper dispergera den energi som frigörs in i systemet som inte använder enheten i pulsläge som medger viss kylning mellan varje skur av ultraljud.
Inom elektronik homogenisator, kan användaren välja att använda enheten i två huvudsätt kontroll.

amplitudstyrning

I detta läge användaren väljer% av maximal amplitud krävs för sonotroden. Elektroniken kommer sedan att försöka att driva sonotroden vid denna amplitud och kommer att justera ineffekten av anordningen för att upprätthålla den erforderliga amplituden vid sonotroden. Om sonotrode yta är för stor för att drivas vid denna amplitud med den tillgängliga kraften i enheten, kommer amplituden inte når inställt värde och kan stängas av om en överbelastning uppnås.

Ingångs effekt kontroll

I detta läge användaren ställer in erforderliga ineffekt i watt och elektroniken kommer att justera amplituden av svängningarna i syfte att reglera ineffekten till inställningen användare. I detta läge kan den effekt som överförs till vätskan som skall regleras och därför den värme som alstras i vätskan begränsas undvika skador på mer känsliga prover.

pulsLäge

I tillägg till de två operationsmoder, finns det en pulsläge, varvid elektroniken slå på och av i cykler, Tidpunkten för som är satt av användaren från att vara på 10% av tiden och av 90% till på 90% av tiden och av 10%. Detta ger en pulserande effekt och är användbar både för att begränsa den totala effektinmatningen till provet och skapa god omröring i provet till den ursprungliga ingång är hög som elektroniken stabiliserar under varje arbetscykel.

Allmänna tips och tricks

Vid användning av homogenisator för infusion av smaker bättre resultat erhålles när de fasta ämnena har reducerats i storlek innan de homogeniseras, kommer detta att öka ytarean som exponeras för sonotrod. Samma princip gäller vid användning av homogenisator för partikelstorleksreduktion. Tänk på homogeniserare som en fin efter behandling verktyg inte en kurs kvarn! I minskningen av partikel storlekar mycket av arbetet utförs av hög hastighet kollisioner av partiklar accelererade de krafter som genereras vid sonotrode. Mycket bättre resultat kommer att erhållas om några av partikel minskning görs innan ultraljudsbehandling. Börjar med bulk partikel storleks minskning redan gjort innebär att en större yta utsätts för ultraljudsbehandling och att de mindre partiklarna kommer att påskyndas i vätskan snabbare, vilket resulterar i högre kollisioner med en kraft för att ytterligare bryta ner Partiklar. Mindre arbete kommer också att behöva göras av homogeniserare, vilket gör att temperaturen kan kontrol leras bättre.
Som homogeniseringsanordningen arbetar på ganska en lokaliserad nivå det är användbart vid användning med större prover av säga flera hundra milliliter eller mer för att ge ytterligare omröring för att säkerställa att volymen runt sonotrode uppdateras, vilket säkerställer fullständig sonikering av provet. Detta gäller särskilt mer viskös prover. En bra magnetomrörare är ett bra sätt att uppnå detta. Den agitation hjälper också till med att säkerställa vätskevolym runt sonotrode inte överhettas. Med hjälp av ett isbad, eller torris bitar i provet kommer att bidra till att ta bort den energi som ges av ultraljudsbehandling. Såsom redan diskuterats om materialet är temperaturkänsliga, använda lägre effektinställningar under en ökad tidsperiod och eller använda pulsläge för att begränsa de temperaturer som alstras i provet tillåter provet att svalna mellan ljudpulser.

Christian Mittermeier förbereder en gurka emulsion med hjälp av Hielscher s ultraljud enhet UP200Ht

Christian Mittermeier från Michelin stjärnan-belönad restaurang Villa Mittermeier med Uf200 ः t under ultraljud emulgering

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Kontakta oss / Fråga mer

Prata med oss ​​om dina behandlingsbehov. Vi kommer att rekommendera den mest lämpliga inställningar och processparametrar för ditt projekt.





Observera att våra Integritetspolicy.




Fakta Värt att veta

Ultraljudsvävnads homogenisatorer är ofta kallas sondsonikator / sonificator, sonisk Lysér, ultraljud disruptor, ultraljuds kvarn, sono-ruptor, sonifier, sonisk Dismembrator, cellförstörare, ultraljuds dispergeringsanordning, emulgeringsmedel eller upplösare. De olika termer resulterar från de olika program som kan uppfyllas genom ultraljudsbehandling.