อาหารโมเลกุลและการประยุกต์ใช้อื่น ๆ ในการประกอบอาหาร

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังเปลี่ยนวิธีที่เชฟและนักวิทยาศาสตร์การอาหารใช้เตรียมอาหารและเครื่องดื่ม โดยการสกัด การแทรกซึมสาร การทำอิมัลชัน และการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิกเป็นการประยุกต์ใช้หลักของเครื่องอัลตราโซนิกในการสร้างสรรค์อาหาร ตั้งแต่การสกัดอย่างรวดเร็วไปจนถึงอิมัลชันที่เนียนนุ่มยิ่งขึ้นและกลิ่นที่เข้มข้นขึ้น คลื่นอัลตราโซนิกช่วยสร้างรสชาติและเนื้อสัมผัสที่โดดเด่น ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้ว่าเชฟและนักเทคโนโลยีการอาหารใช้คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกเพื่อสร้างสรรค์ทุกอย่างขึ้นใหม่ ตั้งแต่ค็อกเทลไปจนถึงซุปใสคอนซอมเมได้อย่างไร

คู่มือหลักการฉบับย่อ

บทความรับเชิญโดย Mark Gaston

• เนื้อหาส่วนใหญ่ของคู่มือนี้เป็นข้อมูลที่หาอ่านได้ทั่วไป แต่บางครั้งเขียนในลักษณะที่อ่านเข้าใจได้ไม่ง่ายนัก เว้นแต่คุณจะคุ้นเคยกับศัพท์ที่ใช้
• ด้านล่างนี้จะอธิบายศัพท์สำคัญเกี่ยวกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิก เช่น โซโนโทรด แอมพลิจูด เป็นต้น รวมถึงผลของสิ่งเหล่านี้ต่อการประยุกต์ใช้ในการประกอบอาหาร
• คู่มือด้านล่างนี้พยายามอธิบายการใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกในแนวทางที่เน้นวิทยาศาสตร์น้อยลงและเชื่อมโยงกับการประกอบอาหารมากขึ้น

คลื่นอัลตราโซนิกและการประยุกต์ใช้กับอาหาร

เทคนิคการใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกมีอยู่ในหลายรูปแบบมานานหลายปีแล้ว แต่เพิ่งเริ่มเข้ามามีบทบาทในการประกอบอาหารขนาดเล็ก เครื่องโฮโมจีไนเซอร์มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ซึ่งสามารถแปลงและควบคุมกำลังไฟฟ้าให้เป็นการสั่นความถี่สูงของปลายโลหะหรือโซโนโทรดได้
โซโนโทรดเคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นหลักด้วยความถี่ค่อนข้างสูง ซึ่งสูงกว่าช่วงความถี่ที่มนุษย์ได้ยิน (เช่น 26,000 ครั้งต่อวินาที หรือ 26Khz เมื่อใช้ เครื่องอัลตราโซนิก UP200Ht) ระยะที่โซโนโทรดเคลื่อนที่ขึ้นลงเรียกว่าแอมพลิจูด และโดยทั่วไปสามารถปรับได้ระหว่าง 9 ถึง 240 µm (เพื่อใช้เปรียบเทียบ เส้นผมมนุษย์โดยเฉลี่ยมีความหนาประมาณ 100 µm) กล่าวอย่างง่าย ๆ โซโนโทรดทำงานเหมือนลูกสูบที่เคลื่อนที่ขึ้นลงในของเหลว
เมื่อโซโนโทรดเคลื่อนที่ขึ้นลงขณะจุ่มอยู่ในของเหลว จะสร้างบริเวณความดันสูงและความดันต่ำในของเหลวรอบโซโนโทรด ซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าคาวิเทชัน ในครัว เราจะเห็นว่าการลดความดัน (เช่น ในเครื่องซีลแบบห้องสุญญากาศ) ทำให้ของเหลวเดือดที่อุณหภูมิต่ำลง และการเพิ่มความดัน (เช่น ในหม้ออัดความดัน) ทำให้ของเหลวเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้น
การเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็วเป็นจังหวะที่ปลายโซโนโทรดทำให้เกิดฟองในของเหลว แล้วฟองเหล่านั้นยุบตัวอย่างรวดเร็ว ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในระดับที่เล็กมาก แต่สร้างแรงมหาศาลภายในของเหลว เนื่องจากความเร็ว อุณหภูมิ และความดันที่เกิดจากคาวิเทชัน แรงมหาศาลเหล่านี้สามารถนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์ในครัวเพื่อ สกัดรสชาติ โดย ทำให้เซลล์แตก, ทำอิมัลชัน, หรือ สลายอนุภาค.

 

ชมวิธีที่เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UP200Ht เปลี่ยนอิมัลชันช็อกโกแลตจากพืชให้เป็นมูสช็อกโกแลตวีแกนที่เนียนละเอียดและคงตัว คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ช่วยให้เกิดการกระจายตัวอย่างละเอียด เพิ่มความคงตัวของอิมัลชัน และให้เนื้อสัมผัสที่เหมาะสมที่สุด เพื่อสร้างสรรค์ของหวานปราศจากนมที่มีรสช็อกโกแลตเข้มข้นอย่างสมบูรณ์แบบ การใช้อัลตราซาวนด์สร้างอิมัลชันที่คงตัวของไขมันช็อกโกแลตกับน้ำ โดยมีขนาดหยดเล็กกว่าหนึ่งไมครอน ช่วยให้ได้รสชาติเข้มข้นและสัมผัสในปากที่เรียบเนียนเป็นเนื้อเดียวกัน นอกจากนี้ อัลตราซาวนด์ยังสลายกลุ่มก้อนของแป้ง โปรตีน และของแข็งจากโกโก้ เพื่อให้ได้เนื้อสัมผัสเนียนนุ่มที่สุดและรสชาติที่เข้มข้นยิ่งขึ้น

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำอิมัลชันด้วยอัลตราโซนิกสำหรับมูสช็อกโกแลตวีแกน!
 

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายประการหนึ่งในการใช้อุปกรณ์นี้คือการนำกำลังนี้มาใช้และควบคุมในลักษณะที่ช่วยให้อาหารดีขึ้น
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกรุ่น UP200Ht ที่ซื้อมาเป็นตัวกำหนดกำลังสูงสุดที่ผู้ใช้สามารถใช้ได้ และตัวเครื่องโฮโมจีไนเซอร์เองมีตัวแปรหลายอย่างที่ใช้ปรับสมรรถนะให้เหมาะกับการประยุกต์ใช้งานได้ สำหรับคู่มือนี้ รุ่นที่ใช้คือเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ขนาด 200 วัตต์

ขนาดของโซโนโทรด

ขนาดของโซโนโทรดที่ติดตั้งมีผลอย่างมากต่อวิธีที่เครื่องส่งกำลังออกมา
กล่าวอย่างง่ายที่สุด ยิ่งโซโนโทรดมีพื้นที่ผิวมากเท่าใด ก็ยิ่งต้องใช้กำลังมากขึ้นเท่านั้นในการขับให้ทำงานที่แอมพลิจูดค่าหนึ่ง ความหนืดของของไหลยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อกำลังที่ต้องใช้ในการขับโซโนโทรดที่แอมพลิจูดค่าหนึ่งด้วย
ลองนึกถึงโซโนโทรดว่าเป็นลูกสูบหรือลูกสูบแบบแท่ง หากเลื่อนลูกสูบขึ้นลงอย่างรวดเร็วมากในหม้อที่มีของเหลวใสเหลว เช่น น้ำ จะทำได้ค่อนข้างง่าย แม้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วพอสมควร แต่หากเติมซอสข้นลงในหม้อ ก็จะไม่เป็นเช่นนั้น เพราะความหนืดที่เพิ่มขึ้นทำให้ต้องใช้กำลังมากขึ้นมากในการเลื่อนลูกสูบขึ้นลงอย่างรวดเร็วในของเหลว หากเพิ่มขนาดของลูกสูบหรือลูกสูบแบบแท่ง ก็จะต้องใช้แรงมากขึ้นในการเลื่อนขึ้นลงในของเหลวเช่นกัน
โซโนโทรดก็เป็นเช่นเดียวกัน เมื่อติดตั้งโซโนโทรดขนาดใหญ่ เครื่องจะต้องทำงานหนักกว่ามากเพื่อสร้างการสั่นที่แอมพลิจูดค่าหนึ่งในของเหลวที่มีความหนืดสูง เมื่อเทียบกับของไหลที่มีความหนืดต่ำ
 

 

ที่การตั้งค่ากำลังค่าใดค่าหนึ่ง โซโนโทรดขนาดเล็กจะสร้างการเปลี่ยนแปลงความดันที่มากกว่าและความเข้มของคาวิเทชันที่ปลายสูงกว่าโซโนโทรดขนาดใหญ่ เนื่องจากพื้นที่ผิวของมัน (เพราะกำลังรวมอยู่บนพื้นที่ผิวที่เล็กกว่าของโซโนโทรดขนาดเล็ก)
อาจไม่สามารถขับโซโนโทรดขนาดใหญ่ให้ทำงานที่แอมพลิจูดเดียวกันได้ เพราะต้องใช้กำลังมากกว่ามาก ซึ่งอาจทำให้เครื่องหยุดทำงานเนื่องจากโหลดเกิน ในกรณีนี้ ต้องลดขนาดของโซโนโทรดหรือจัดหาเครื่องที่มีกำลังสูงกว่า
ความเข้มของอัลตราโซนิก (ที่การตั้งค่ากำลังค่าใดค่าหนึ่ง) จะลดลงเมื่อพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น (โซโนโทรดขนาดใหญ่ขึ้น) ขณะที่ความเข้มของกำลังอัลตราโซนิกจะเพิ่มขึ้นเมื่อพื้นที่ผิวลดลง หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งคือ โซโนโทรดขนาดเล็กส่งกำลังอัลตราโซนิกจำนวนมากลงในพื้นที่เล็ก ๆ ขณะที่โซโนโทรดขนาดใหญ่กระจายกำลังออกไปบนพื้นที่ที่ใหญ่กว่า

เมื่อใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์ งานทั้งหมดที่กระทำต่อตัวอย่างเป็นผลร่วมกันของ กำลังที่ป้อนเข้า ของเครื่องโฮโมจีไนเซอร์ ปริมาตรของตัวอย่าง และระยะเวลาที่ตัวอย่างได้รับคลื่นอัลตราโซนิก เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ เราต้องพิจารณาพารามิเตอร์ทั้งสามนี้ อย่าคาดหวังว่าการใส่อุปกรณ์ลงในถ้วยเล็กที่เต็มไปด้วยของเหลวเป็นเวลาสองนาที แล้วใช้กับของเหลวหนึ่งลิตรในระยะเวลาเท่ากัน จะให้ผลลัพธ์เหมือนกัน! และต้องจำไว้เช่นกันว่า เมื่อตัวอย่างมีปริมาณน้อยและใช้กำลังป้อนเข้าสูง อุณหภูมิของตัวอย่างจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับตัวอย่างที่ไวต่ออุณหภูมิ ควรใช้การตั้งค่ากำลังที่ต่ำลงเป็นระยะเวลานานขึ้น เพื่อให้พลังงานที่เครื่องโฮโมจีไนเซอร์ป้อนเข้าไปในรูปของความร้อนระบายออกได้
การทำให้ตัวอย่างร้อนเกินไปอาจทำให้กลิ่นบางส่วนที่คุณพยายามเก็บรักษาไว้หลุดออกจากระบบได้
กำลังป้อนเข้าที่สูงอาจทำให้ตัวอย่างเสื่อมสภาพได้ด้วย ดังที่เห็นได้เมื่อใช้น้ำมันบางชนิด เมื่อน้ำมันได้รับพลังงานป้อนเข้าสูงที่ปลายเครื่องโฮโมจีไนเซอร์ น้ำมันอาจสลายตัวจนเกิดรสชาติที่ไม่น่าพึงประสงค์อย่างยิ่ง ซึ่งอธิบายได้เพียงว่าเป็นรสของการไหม้จากไฟฟ้า!
สำหรับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ การทำให้ตัวอย่างเย็นลงจะช่วยให้ผลลัพธ์ดีขึ้น เช่น การใช้อ่างน้ำแข็งหรือเติมน้ำแข็งแห้งบางส่วนลงในตัวอย่าง การใช้กำลังป้อนเข้าที่ต่ำลงเป็นระยะเวลานานขึ้นช่วยกระจายพลังงานที่ปล่อยเข้าสู่ระบบ เช่นเดียวกับการใช้เครื่องในโหมดพัลส์ ซึ่งช่วยให้เกิดการระบายความร้อนบางส่วนระหว่างการปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกแต่ละครั้ง
ผู้ใช้สามารถเลือกให้เครื่องทำงานในโหมดควบคุมหลักสองโหมดผ่านระบบอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องโฮโมจีไนเซอร์

การควบคุมแอมพลิจูด

ในโหมดนี้ ผู้ใช้เลือก % ของแอมพลิจูดสูงสุดที่ต้องการสำหรับโซโนโทรด จากนั้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะพยายามขับโซโนโทรดที่แอมพลิจูดดังกล่าว และปรับกำลังป้อนเข้าของอุปกรณ์เพื่อรักษาแอมพลิจูดที่ต้องการไว้ที่โซโนโทรด หากพื้นที่ผิวของโซโนโทรดใหญ่เกินกว่าจะขับให้ทำงานที่แอมพลิจูดนี้ได้ด้วยกำลังที่เครื่องมีอยู่ แอมพลิจูดจะไม่ถึงค่าที่ตั้งไว้ และเครื่องอาจหยุดทำงานหากเกิดภาวะโหลดเกิน

ท่านต้องการผลิตสารสกัดจากเครื่องเทศหรือซอสด้วยตนเองหรือไม่ ไม่ว่าจะใช้ในครัวร้านอาหาร สำหรับรองหัวหน้าเชฟผู้มุ่งมั่น หรือสำหรับผู้ผลิตเชิงพาณิชย์ อุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้ท่านผลิตสารสกัดและซอสคุณภาพสูงได้ในเวลาอันสั้น ผลิตสารสกัดออร์แกนิกด้วยตนเอง! ไม่ต้องใช้สารกันเสีย! ใช้เฉพาะส่วนผสมที่ท่านเลือก!

การควบคุมกำลังป้อนเข้า

ในโหมดนี้ ผู้ใช้ตั้งค่ากำลังป้อนเข้าที่ต้องการในหน่วยวัตต์ และวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะปรับแอมพลิจูดของการสั่นเพื่อควบคุมกำลังป้อนเข้าให้เป็นไปตามค่าที่ผู้ใช้ตั้งไว้ โหมดนี้ช่วยให้ควบคุมกำลังที่ถ่ายโอนไปยังของเหลวได้ จึงจำกัดความร้อนที่เกิดขึ้นในของเหลวและหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อตัวอย่างที่ไวต่อสภาวะการแปรรูปมากกว่า

โหมดพัลส์

นอกจากโหมดการทำงานทั้งสองโหมดแล้ว ยังมีโหมดพัลส์ ซึ่งวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะเปิดและปิดเป็นรอบ ๆ โดยผู้ใช้กำหนดสัดส่วนเวลาได้ตั้งแต่เปิด 10% ของเวลาและปิด 90% ไปจนถึงเปิด 90% ของเวลาและปิด 10% การทำงานนี้ทำให้เกิดผลเป็นจังหวะ และมีประโยชน์ทั้งในการจำกัดกำลังป้อนเข้าโดยรวมต่อตัวอย่างและในการทำให้เกิดการกวนที่ดีภายในตัวอย่าง โดยเกี่ยวข้องกับการป้อนเข้าในช่วงเริ่มต้นที่สูงขณะที่วงจรอิเล็กทรอนิกส์เข้าสู่สภาวะเสถียรในแต่ละรอบการทำงาน

คำแนะนำและเทคนิคทั่วไป

เมื่อใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์เพื่อแทรกซึมกลิ่นรส จะได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นหากลดขนาดของแข็งก่อนนำมาทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน เพราะจะเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับ โซโนโทรด. หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้เมื่อใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์เพื่อ ลดขนาดอนุภาค. ควรมองเครื่องโฮโมจีไนเซอร์เป็นเครื่องมือสำหรับเก็บงานละเอียด ไม่ใช่เครื่องบดหยาบ! ในการลดขนาดอนุภาค งานส่วนใหญ่เกิดจากการชนกันด้วยความเร็วสูงของอนุภาคที่ถูกเร่งด้วยแรงที่เกิดขึ้นที่โซโนโทรด จะได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นมากหากลดขนาดอนุภาคบางส่วนก่อนใช้คลื่นอัลตราโซนิก การเริ่มต้นโดยลดขนาดอนุภาคส่วนใหญ่ไว้แล้วหมายความว่าจะมีพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับคลื่นอัลตราโซนิกมากขึ้น และอนุภาคที่เล็กกว่าจะถูกเร่งในของเหลวได้เร็วขึ้น ส่งผลให้เกิดการชนที่รุนแรงขึ้นด้วยแรงที่ทำให้อนุภาคแตกเล็กลงต่อไป เครื่องโฮโมจีไนเซอร์ยังต้องทำงานน้อยลงด้วย จึงควบคุมอุณหภูมิได้ดีขึ้น
เนื่องจากเครื่องโฮโมจีไนเซอร์ทำงานในบริเวณที่ค่อนข้างจำกัด เมื่อใช้กับตัวอย่างปริมาณมาก เช่น หลายร้อยมิลลิลิตรขึ้นไป การเพิ่มการกวนจะเป็นประโยชน์ เพื่อให้แน่ใจว่าของเหลวรอบโซโนโทรดมีการหมุนเวียนเข้ามาใหม่ และตัวอย่างได้รับคลื่นอัลตราโซนิกอย่างทั่วถึง เรื่องนี้เป็นจริงโดยเฉพาะกับตัวอย่างที่มีความหนืดสูงกว่า เครื่องกวนแม่เหล็กที่ดีเป็นวิธีที่มีประโยชน์ในการทำเช่นนี้ การกวนยังช่วยให้แน่ใจว่าของเหลวรอบโซโนโทรดไม่ร้อนเกินไป การใช้อ่างน้ำแข็งหรือใส่ชิ้นน้ำแข็งแห้งลงในตัวอย่างจะช่วยนำพลังงานที่ได้รับจากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกออกไป ดังที่กล่าวไว้แล้ว หากวัสดุไวต่ออุณหภูมิ ให้ใช้การตั้งค่ากำลังที่ต่ำลงเป็นระยะเวลานานขึ้น และ/หรือใช้โหมดพัลส์เพื่อจำกัดอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในตัวอย่าง โดยให้ตัวอย่างเย็นลงระหว่างพัลส์ของคลื่นอัลตราโซนิก

---

---

เอกสารอ้างอิง

• 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.

 

ในวิดีโอนี้ ไซมอนจาก GuerillaChefs.de สาธิตการใช้เครื่องอัลตราโซนิกแบบมือถือ Hielscher UP200Ht เพื่อเติมกลิ่นรสจากเห็ดสดลงในน้ำอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นเทคนิคใหม่ในการปรุงอาหารและศาสตร์การปรุงอาหารโมเลกุล การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดกลิ่นรสและถ่ายเทสารประกอบให้กลิ่นหอมอันละเอียดอ่อนเข้าสู่วัฏภาคน้ำภายในไม่กี่วินาที ทำให้สามารถแปรรูปโดยไม่ใช้ความร้อนและได้ผลิตภัณฑ์ที่มีฉลากส่วนประกอบเรียบง่าย สำหรับน้ำซุปชั้นเลิศ น้ำแช่สกัด หรือส่วนผสมพื้นฐานให้กลิ่นรส เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเชฟและนักนวัตกรรมอาหารที่ต้องการความแม่นยำและความเข้มข้นในการพัฒนากลิ่นรสจากธรรมชาติ