Ẩm thực phân tử và các ứng dụng ẩm thực khác
Sonication đang cách mạng hóa cách các đầu bếp và nhà khoa học thực phẩm chuẩn bị thực phẩm và đồ uống: chiết xuất siêu âm, ngâm tẩm, nhũ hóa và đồng nhất hóa là những ứng dụng chính của máy siêu âm trong ẩm thực. Từ việc chiết xuất nhanh chóng đến nhũ hóa mịn màng và hương vị đậm đà, sóng siêu âm tạo ra hương vị và kết cấu xuất sắc. Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu cách các đầu bếp và kỹ sư thực phẩm tận dụng hiện tượng cavitation siêu âm để tái tạo mọi thứ từ cocktail đến consommé.
Hướng dẫn ngắn gọn về các nguyên tắc
Bài viết của khách mời do Mark Gaston thực hiện
- Hầu hết nội dung của hướng dẫn này là thông tin có sẵn, tuy nhiên đôi khi nó được viết theo cách không phải lúc nào cũng dễ đọc trừ khi bạn tình cờ quen thuộc với các thuật ngữ được sử dụng.
- Dưới đây, các thuật ngữ quan trọng của sonication như sonotrode, biên độ, vv và ảnh hưởng của chúng đối với các ứng dụng ẩm thực được giải thích.
- Hướng dẫn dưới đây cố gắng giải thích việc sử dụng máy đồng nhất siêu âm theo cách ít khoa học hơn và liên quan đến ẩm thực hơn.
Sóng siêu âm và ứng dụng của chúng vào thực phẩm
Máy đồng nhất siêu âm như một kỹ thuật đã xuất hiện trong nhiều năm dưới nhiều hình thức khác nhau, nhưng chỉ mới tìm đường vào các ứng dụng ẩm thực quy mô nhỏ hơn. Bộ đồng nhất chứa một số thiết bị điện tử tinh vi có thể chuyển đổi và điều khiển năng lượng điện thành rung động tần số cao của đầu kim loại hoặc sonotrode.
Sonotrode di chuyển chủ yếu lên và xuống ở tần số khá cao trên phạm vi âm thanh (ví dụ: 26000 lần một giây hoặc 26Khz với Sonicator UP200Ht). Lượng mà sonotrode di chuyển lên và xuống được gọi là biên độ và thường có thể được điều chỉnh từ 9 đến 240 μm (tóc người trung bình dày khoảng 100 μm để tham khảo). Nói một cách đơn giản, sonotrode hoạt động giống như một piston di chuyển lên xuống trong chất lỏng.
Khi sonotrode di chuyển lên xuống trong khi ngâm trong chất lỏng, nó tạo ra các khu vực áp suất cao và thấp trong chất lỏng xung quanh sonotrode, điều này lần lượt tạo ra một hiện tượng được gọi là xâm thực. Chúng ta thấy trong nhà bếp rằng việc giảm áp suất (chẳng hạn như trong chất bịt kín buồng) làm cho chất lỏng sôi ở nhiệt độ thấp hơn và tăng áp suất (như nồi áp suất) làm cho chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn.
Sự dao động áp suất nhanh chóng tại đầu sonotrode gây ra sự hình thành và sau đó sụp đổ nhanh chóng của các bong bóng trong chất lỏng. Quá trình này diễn ra trên quy mô cực nhỏ nhưng tạo ra lực cực lớn trong chất lỏng do tốc độ, nhiệt độ và áp suất được tạo ra bởi hiện tượng cavitation. Chính những lực cực lớn này có thể được tận dụng trong nhà bếp để chiết xuất hương vị bằng cách vỡ tế bào, Nhũ tương hóahoặc sự phân hủy các hạt.
UP200Ht – Homogenizer siêu âm cho hỗn hợp và sự trưởng thành lão hóa của tinh thần
Tìm hiểu thêm về quá trình emulsification bằng sóng siêu âm của món mousse sô-cô-la chay!
Tuy nhiên, một trong những thách thức trong việc sử dụng thiết bị này là khai thác và kiểm soát sức mạnh này theo cách tăng cường thực phẩm.
Đã mua Máy đồng nhất siêu âm model UP200Ht Xác định công suất tối đa có thể cung cấp cho người dùng và máy đồng nhất hóa có một số thông số có thể điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất phù hợp với ứng dụng cụ thể. Trong hướng dẫn này, mô hình được sử dụng là máy siêu âm Hielscher 200 watt.
Kích thước Sonotrode
Kích thước của sonotrode được lắp đặt có ảnh hưởng lớn đến cách thiết bị truyền tải công suất.
Nói một cách rất đơn giản, diện tích bề mặt của sonotrode càng lớn thì càng cần nhiều năng lượng để điều khiển nó ở bất kỳ biên độ nào. Độ nhớt của chất lỏng cũng sẽ có ảnh hưởng lớn đến công suất cần thiết để điều khiển sonotrode ở một biên độ nhất định.
Hãy tưởng tượng sonotrode như một piston hoặc pít tông, nếu piston được di chuyển lên xuống rất nhanh trong một nồi chất lỏng mỏng như nước thì tương đối dễ thực hiện ngay cả ở tốc độ hợp lý, tuy nhiên đổ đầy nồi bằng nước sốt đặc và điều tương tự sẽ không đúng, nó sẽ cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển piston nhanh chóng lên xuống trong chất lỏng do độ nhớt tăng lên. Tăng kích thước của piston hoặc pít tông và nó cũng sẽ đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn để di chuyển nó lên xuống trong chất lỏng.
Điều này cũng đúng với sonotrode. Với một sonotrode lớn được trang bị, thiết bị sẽ phải làm việc chăm chỉ hơn nhiều để tạo ra biên độ dao động nhất định nếu chất lỏng có độ nhớt cao hơn so với chất lỏng có độ nhớt thấp.
Các kích thước sonotrode khác nhau cho Máy siêu âm model UP200Ht
Ở bất kỳ mức công suất nào, một sonotrode nhỏ hơn do có diện tích bề mặt nhỏ hơn sẽ tạo ra dao động áp suất lớn hơn và cường độ cavitation cao hơn tại đầu sonotrode so với một sonotrode lớn hơn (do công suất được tập trung vào diện tích bề mặt nhỏ hơn của sonotrode).
Có thể không thể lái một sonotrode lớn hơn ở cùng biên độ vì sẽ cần nhiều năng lượng hơn để làm như vậy, có thể dẫn đến việc tắt thiết bị do quá tải. Trong trường hợp này, kích thước của sonotrode phải được giảm hoặc thu được một đơn vị năng lượng cao hơn.
Cường độ siêu âm (ở bất kỳ cài đặt công suất nhất định nào) giảm khi diện tích bề mặt tăng lên (sonotrode lớn hơn), trong khi khi cường độ công suất siêu âm tăng lên với diện tích bề mặt giảm, hoặc nói cách khác, một sonotrode nhỏ hơn đưa rất nhiều công suất siêu âm vào một khu vực nhỏ, trong khi một sonotrode lớn hơn phân tán công suất trên một khu vực lớn hơn.
Sử dụng máy siêu âm Hielscher UIP1000hdT, đầu bếp Degeimbre tạo ra các hỗn hợp hương vị đặc biệt cho sốt, nước sốt và nước trộn salad - với kết cấu và độ đậm đà hương vị mà các phương pháp truyền thống không thể đạt được.
Sonication cường độ cao tạo ra hiện tượng cavitation âm thanh, cho phép hình thành các emulsion siêu mịn. Kỹ thuật trộn này giúp bảo toàn hương vị, kéo dài độ ổn định và mở ra khả năng kết hợp các nguyên liệu mới.
Được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực, pha chế và thực phẩm R&D, công nghệ siêu âm hóa đang định hình lại những gì có thể đạt được - từ các công thức thực phẩm không chứa chất phụ gia đến hương liệu được bao bọc nano trong đồ uống.
Máy siêu âm Hielscher có sẵn dưới dạng máy đồng nhất cầm tay nhỏ gọn cũng như máy xử lý quy mô lớn công nghiệp cho ngành thực phẩm thương mại. & Chế biến đồ uống. Các ứng dụng đa dạng từ trộn và tạo nhũ tương, chiết xuất hương vị và hợp chất sinh học, pha chế đồ uống và thuốc sắc, ướp và làm mềm thịt, đến ủ và lão hóa rượu vang, rượu mạnh và giấm khiến máy siêu âm Hielscher trở thành công cụ ưa chuộng của các đầu bếp trong các nhà bếp sáng tạo!
Quá nóng mẫu cũng có thể gây ra một số mùi hương mà bạn đang cố gắng chụp để thoát khỏi hệ thống.
Đầu vào công suất cao cũng có thể gây ra sự xuống cấp của mẫu, như có thể thấy khi sử dụng một số loại dầu. Dầu khi tiếp xúc với đầu vào năng lượng cao ở đầu máy đồng nhất có thể bị phá vỡ dẫn đến hương vị rất khó chịu, chỉ có thể được mô tả là vị cháy điện!
Đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ, việc làm mát mẫu sẽ cải thiện kết quả, chẳng hạn như bằng cách sử dụng bồn nước đá hoặc đưa một ít đá khô vào mẫu. Sử dụng đầu vào năng lượng thấp hơn trong một thời gian dài hơn giúp phân tán năng lượng được giải phóng vào hệ thống, cũng như sử dụng thiết bị ở chế độ xung, cho phép làm mát giữa mỗi lần siêu âm.
Trong các thiết bị điện tử của bộ đồng nhất, người dùng có thể chọn vận hành thiết bị ở hai chế độ điều khiển chính.
Kiểm soát biên độ
Trong chế độ này, người dùng chọn % biên độ tối đa cần thiết cho sonotrode. Các thiết bị điện tử sau đó sẽ cố gắng điều khiển sonotrode ở biên độ đó và sẽ điều chỉnh công suất đầu vào của thiết bị để duy trì biên độ cần thiết tại sonotrode. Nếu diện tích bề mặt sonotrode quá lớn để điều khiển ở biên độ này với công suất khả dụng của thiết bị, biên độ sẽ không đạt đến giá trị cài đặt và có thể tắt nếu đạt đến điều kiện quá tải.
Sóng siêu âm được sử dụng trong ẩm thực phân tử và pha chế để tạo ra hương vị độc đáo. Hielscher Sonicator UP200Ht được sử dụng để chiết xuất hương thơm, truyền rượu mạnh, chế biến rượu đắng và ủ rượu và rượu.
Điều khiển nguồn điện đầu vào
Trong chế độ này, người dùng đặt công suất đầu vào cần thiết theo watt và thiết bị điện tử sẽ điều chỉnh biên độ dao động để điều chỉnh công suất đầu vào cho cài đặt của người dùng. Chế độ này cho phép điều chỉnh năng lượng truyền vào chất lỏng và do đó nhiệt sinh ra trong chất lỏng bị hạn chế, tránh làm hỏng các mẫu nhạy cảm hơn.
chế độ xung
Ngoài hai chế độ hoạt động, còn có chế độ xung, theo đó các thiết bị điện tử bật và tắt theo chu kỳ, thời gian được người dùng thiết lập từ bật 10% thời gian và tắt 90% đến bật 90% thời gian và tắt 10%. Điều này mang lại hiệu ứng xung và hữu ích cho cả việc hạn chế nguồn điện đầu vào tổng thể cho mẫu và tạo ra sự khuấy động tốt trong mẫu đến đầu vào ban đầu cao khi các thiết bị điện tử ổn định trong mỗi chu kỳ làm việc.
Gợi ý và thủ thuật chung
Khi sử dụng máy đồng nhất để truyền hương vị, kết quả tốt hơn sẽ thu được khi chất rắn đã được giảm kích thước trước khi được đồng nhất, điều này sẽ làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với Sonotrode. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng khi sử dụng máy đồng nhất cho giảm kích thước hạt. Hãy nghĩ về máy đồng nhất như một công cụ hoàn thiện tốt, không phải là một máy mài khóa học! Trong việc giảm kích thước hạt, phần lớn công việc được thực hiện bởi các va chạm tốc độ cao của các hạt tăng tốc lực tạo ra tại sonotrode. Kết quả tốt hơn nhiều sẽ thu được nếu một số quá trình khử hạt được thực hiện trước khi siêu âm. Bắt đầu với việc giảm kích thước hạt khối đã được thực hiện có nghĩa là diện tích bề mặt lớn hơn tiếp xúc với siêu âm và các hạt nhỏ hơn sẽ được gia tốc trong chất lỏng nhanh hơn, dẫn đến va chạm cao hơn với một lực để phá vỡ các hạt hơn nữa. Máy đồng nhất cũng sẽ cần thực hiện ít công việc hơn, cho phép kiểm soát nhiệt độ tốt hơn.
Vì máy đồng nhất hoạt động ở mức độ khá cục bộ nên rất hữu ích khi sử dụng với các mẫu lớn hơn vài trăm mililit trở lên để cung cấp sự khuấy động bổ sung để đảm bảo rằng thể tích xung quanh sonotrode được làm mới, đảm bảo siêu âm hoàn toàn của mẫu. Điều này đặc biệt đúng với các mẫu nhớt hơn. Một máy khuấy từ tốt là một cách hữu ích để đạt được điều này. Sự khuấy động cũng giúp đảm bảo thể tích chất lỏng xung quanh sonotrode không bị quá nóng. Sử dụng bồn tắm đá hoặc các miếng đá khô trong mẫu sẽ giúp loại bỏ năng lượng do sonification truyền ra. Như đã thảo luận nếu vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ, hãy sử dụng cài đặt công suất thấp hơn trong một khoảng thời gian tăng lên và hoặc sử dụng chế độ xung để hạn chế nhiệt độ được tạo ra trong mẫu cho phép mẫu nguội đi giữa các xung âm thanh.
Christian Mittermeier từ nhà hàng được trao sao Michelin Villa Mittermeier với UP200Ht trong quá trình nhũ tương siêu âm
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Văn học
- 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.
Sự thật đáng biết
Siêu âm mô homogenizers thường được gọi là thăm dò sonicator / sonificator, lyser âm thanh, siêu âm disruptor, máy mài siêu âm, sono-ruptor, sonifier, dismembrator âm thanh, phá vỡ tế bào, siêu âm disperser, nhũ hóa hoặc dissolver. Các thuật ngữ khác nhau là kết quả của các ứng dụng khác nhau có thể được thực hiện bằng sonication.
