Молекулярна кухня та інші кулінарні програми

Ультразвукова обробка змінює спосіб приготування їжі та напоїв кухарями та вченими: ультразвукова екстракція, інфузія, емульгування та гомогенізація є ключовими сферами застосування ультразвукових апаратів для кулінарних творінь. Від швидкої екстракції до більш шовковистих емульсій та посилених ароматів, ультразвукові хвилі розвивають видатні смаки та текстури. У цій статті ви дізнаєтесь, як кухарі та харчові технологи використовують ультразвукову кавітацію для відтворення всього, від коктейлів до консоме.

Короткий путівник по принципам

гостьова стаття Марка Гастона

• Більша частина вмісту цього посібника є легкодоступною інформацією, однак іноді вона написана таким чином, що не завжди легко читається, якщо ви випадково не знайомі з використовуваними термінами.
• Нижче пояснюються важливі терміни ультразвукового звуку, такі як сонотрод, амплітуда тощо, та їх вплив на кулінарне застосування.
• У цьому посібнику нижче зроблена спроба пояснити використання ультразвукового гомогенізатора менш науковим і більш кулінарним способом.

Ультразвукові хвилі та їх застосування в харчових продуктах

Ультразвуковий гомогенізатор як техніка існує вже багато років у різних формах, але лише знаходить свій шлях у менш масштабних кулінарних застосуваннях. Гомогенізатор містить складну електроніку, яка може перетворювати та керувати електричною енергією у високочастотні коливання металевого наконечника або сонотрода.
Сонотрод рухається в основному вгору і вниз з досить високою частотою, що перевищує чутний діапазон (наприклад, 26000 разів на секунду або 26 кГц з Звуковий апарат UP200Ht). Величина, яку сонотрод рухається вгору і вниз, називається амплітудою і зазвичай може бути регульована в діапазоні від 9 до 240 мкм (середня людська волосина має товщину близько 100 мкм для довідки). Говорячи простою мовою, сонотрод поводиться як поршень, що рухається вгору і вниз в рідині.
Коли сонотрод рухається вгору та вниз під час занурення в рідину, він створює області високого та низького тиску всередині рідини навколо сонотрода, що, у свою чергу, створює явище, відоме як кавітація. Ми бачимо на кухні, що зниження тиску (наприклад, у ущільнювачі камери) змушує рідини кипіти при нижчих температурах, а підвищення тиску (наприклад, скороварка) змушує рідини кипіти при більш високій температурі.
Швидко мінливі пульсації тиску на кінчику сонотрода викликають утворення, а потім швидкий колапс бульбашок всередині рідини. Це все відбувається в хвилинному масштабі, але створює величезні сили в рідині завдяки швидкостям, температурам і тискам, що генеруються кавітацією. Саме ці величезні сили можна перетворити на нашу користь на кухні для екстракція ароматизаторів від розрив клітин, емульгуванняабо розщеплення твердих частинок.

 

Дізнайтеся більше про ультразвукове емульгування веганського мусу в шоколаді!
 

Однак однією з проблем у використанні цього обладнання є використання та контроль цієї енергії таким чином, щоб покращити їжу.
Придбані ультразвуковий гомогенізатор моделі UP200Ht диктує максимальну потужність, доступну користувачеві, а сам гомогенізатор має ряд змінних, які можуть бути використані для регулювання його продуктивності відповідно до застосування. Для цілей цього посібника використовувалася модель Hielscher потужністю 200 Вт.

Розмір сонотроду

Розмір встановленого сонотрода має великий вплив на те, як пристрій забезпечує свою потужність.
Говорячи дуже простими словами, чим більша площа поверхні сонотрода, тим більше енергії йому буде потрібно для його руху з будь-якою заданою амплітудою. В'язкість рідини також матиме великий вплив на потужність, необхідну для приводу сонотроду в заданій амплітуді.
Уявіть сонотрод як поршень або плунжер, якщо поршень дуже швидко рухається вгору і вниз у каструлі з рідкою рідиною, такою як вода, це відносно легко зробити навіть на розумних швидкостях, однак наповніть каструлю густим соусом, і це не буде правдою, це вимагатиме набагато більше енергії для швидкого переміщення поршня вгору та вниз у рідині через підвищену в'язкість. Збільште розмір поршня або плунжера, і також буде потрібно більше зусиль для його переміщення вгору і вниз в рідині.
Те ж саме можна сказати і про сонотроде. З встановленим великим сонотродом агрегату доведеться працювати набагато більше, щоб створити задану амплітуду коливань, якщо рідина має високу в'язкість, ніж з рідиною з низькою в'язкістю.
 

 

При будь-якій заданій потужності менший сонотрод завдяки своїй площі поверхні буде генерувати більші коливання тиску і вищу інтенсивність кавітації на кінчику, ніж більший сонотрод (оскільки потужність зосереджена на меншій площі поверхні сонотрода).
Можливо, не вдасться керувати більшим сонотродом з тією ж амплітудою, оскільки для цього знадобиться набагато більше потужності, що може призвести до відключення пристрою через перевантаження. В цьому випадку розмір сонотрода доводиться зменшувати або купувати агрегат більшої потужності.
Інтенсивність ультразвуку (при будь-якому заданому параметрі потужності) зменшується зі збільшенням площі поверхні (більші сонотроди), де зі збільшенням інтенсивності ультразвукової потужності зі зменшенням площі поверхні, або, іншими словами, менший сонотрод вкладає багато ультразвукової потужності в невелику область, де як більший сонотрод розподіляє енергію на більшу площу.

Коли використовується гомогенізатор, загальна робота, виконана над зразком, є комбінацією Споживана потужність гомогенізатора, обсяг зразка і час його витримки. Для того, щоб отримати відтворювані результати, ми повинні враховувати всі три параметри. Не розраховуйте помістити пристрій у маленьку чашку, наповнену рідиною, на дві хвилини, а потім отримати той самий результат у літрі рідини за той самий проміжок часу! Також пам'ятайте, що при малих розмірах вибірки та високій потужності на вході температура зразка швидко підвищиться. Для чутливих до температури зразків краще використовувати нижчі налаштування потужності протягом більш тривалих періодів, дозволяючи розсіювати енергію, що вводиться гомогенізатором у вигляді тепла.
Перегрів зразка цілком може призвести до того, що деякі з тих самих ароматів, які ви намагаєтеся вловити, вийдуть із системи.
Висока вхідна потужність також може спричинити деградацію зразка, що можна побачити при використанні деяких масел. Олії під впливом високоенергетичних входів на кінчику гомогенізатора можуть розпадатися, що призводить до дуже неприємного смаку, який можна описати лише як смак електричного горіння!
Для чутливих до температури матеріалів охолодження зразка покращить результати, наприклад, за допомогою крижаної ванни або включення в зразок трохи сухого льоду. Використання нижчої потужності протягом тривалого періоду допомагає розсіювати енергію, що вивільняється в систему, як і використання пристрою в імпульсному режимі, що дозволяє дещо охолоджуватися між кожним сплеском ультразвуку.
В електроніці гомогенізатора користувач може вибрати роботу пристрою в двох основних режимах управління.

Регулювання амплітуди

У цьому режимі користувач вибирає % від максимальної амплітуди, необхідної для сонотроде. Потім електроніка спробує керувати сонотродом з цією амплітудою і відрегулює вхідну потужність пристрою для підтримки необхідної амплітуди на сонотроде. Якщо площа поверхні сонотрода занадто велика, щоб рухатися з цією амплітудою при доступній потужності агрегату, амплітуда не досягне встановленого значення і може відключитися при досягненні умови перевантаження.

Керування вхідною потужністю

У цьому режимі користувач встановлює необхідну споживану потужність у ватах, а електроніка відрегулює амплітуду коливань, щоб регулювати вхідну потужність відповідно до налаштувань користувача. Цей режим дозволяє регулювати потужність, що передається рідині, і, отже, тепло, що виділяється в рідині, обмежується, уникаючи пошкодження більш чутливих зразків.

імпульсний режим

Крім двох режимів роботи, є імпульсний режим, завдяки якому електроніка включається і вимикається циклами, час яких встановлюється користувачем від включення 10% часу і виключення 90% до включення 90% часу і виключення 10%. Це дає пульсуючий ефект і корисно як для обмеження загальної споживаної потужності зразка, так і для створення хорошого перемішування всередині зразка до високого початкового входу, оскільки електроніка стабілізується під час кожного робочого циклу.

Загальні підказки та хитрощі

При використанні гомогенізатора для настоювання ароматизаторів кращі результати досягаються, коли тверді речовини зменшилися в розмірі перед гомогенізацією, це збільшить площу поверхні, що піддається впливу Сонотроде. Той же принцип застосовується і при використанні гомогенізатора для зменшення розміру частинок. Думайте про гомогенізатор як про інструмент для тонкої обробки, а не як про курсову шліфувальну машину! При зменшенні розмірів частинок велика частина роботи виконується за рахунок високошвидкісних зіткнень частинок, що прискорюють сили, що виникають на сонотроде. Набагато кращі результати будуть отримані, якщо перед ультразвуковим дослідженням виконати деяке зменшення частинок. Починаючи з уже виконаного зменшення розміру об'ємних частинок означає, що більша площа поверхні піддається ультразвуковому синтезу, і що менші частинки будуть прискорюватися в рідині швидше, що призводить до більш високих зіткнень із силою для подальшого розщеплення частинок. Гомогенізатор також потребуватиме меншої роботи, що дозволяє краще контролювати температуру.
Оскільки гомогенізатор працює на досить локалізованому рівні, він корисний при використанні з більшими зразками, скажімо, в кілька сотень мілілітрів або більше, щоб забезпечити додаткове перемішування, щоб забезпечити освіження об'єму навколо сонотроду, забезпечуючи повну звукову обробку зразка. Особливо це стосується більш в'язких зразків. Хороша магнітна мішалка - корисний спосіб досягти цього. Перемішування також допомагає забезпечити перегрів об'єму рідини навколо сонотрода. Використання крижаної ванни або шматочків сухого льоду в зразку допоможе видалити енергію, що дається соніфікацією. Як уже обговорювалося, якщо матеріал чутливий до температури, використовуйте нижчі налаштування потужності протягом збільшеного періоду часу та або використовуйте імпульсний режим для обмеження температур, що генеруються в зразку, дозволяючи зразку охолоджуватися між звуковими імпульсами.

---

---

Література

• 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 цьому відео Саймон з GuerillaChefs.de демонструє використання ручного ультразвукового апарату Hielscher UP200Ht для швидкої ароматизації води зі свіжими грибами - інноваційна техніка, що використовується в кулінарії та молекулярній гастрономії. Ультразвукова обробка посилює екстракцію смаку і вливає делікатні ароматичні сполуки у водну фазу протягом декількох секунд, що дозволяє чисту обробку без нагрівання для вишуканих бульйонів, настоїв або смакових основ. Ідеально підходить для шеф-кухарів та новаторів харчової промисловості, які прагнуть точності та інтенсивності у створенні натуральних ароматів.

Ультразвукова ароматизація: створіть грибний бульйон з насиченим смаком за допомогою Hielscher UP200Ht

 

Факти, які варто знати

Ультразвукові гомогенізатори тканин часто називають зондом сонікатором/сонифікатором, звуковим лізером, руйнівником ультразвуку, ультразвуковим шліфувальною машиною, соноруптором, соніфікатором, звуковим дисмембратором, руйнівником клітин, ультразвуковим диспергатором, емульгатором або дисольвером. Різні терміни є наслідком різних застосувань, які можуть бути виконані за допомогою ультразвуку.