Ultrazvuk za poboljšano odmrzavanje i ljuštenje škampi

Tradicionalno zrenje škampa zasnovano na slanju u slanoj otopini može oslabiti vezu između ljuske i mesa, ali zahtijeva dugo vrijeme namakanja i pažljivu kontrolu soli kako bi se izbjeglo promjena boje, gubitak slatkoće i pogoršanje teksture. Nedavna dostignuća pokazuju da ultrazvuk visoke snage može zamijeniti ili poboljšati zrenje tako što ubrzava odmrzavanje i olakšava odvajanje ljuske, uz očuvanje kvaliteta škampa. Dobijte znanstveno utemeljene uvide o tome kako sonikacija poboljšava efikasnost obrade i kvalitet krajnjeg proizvoda zamrznutih škampa.

Ljuštenje škampa i njegovi izazovi

Shrimp peeling is one of the largest cost drivers in crustacean processing. Cold-water species like Pandalus borealis exhibit a very strong muscle–shell attachment, making freshly caught shrimp extremely difficult to peel mechanically. To solve this, processors traditionally use brining or ice maturation for up to 1–3 days, allowing endogenous enzymes and salt diffusion to weaken the attachment. However:

• long soaks risk loss of red/yellow color,
• excessive salt uptake changes flavor and reduces sweetness,
• extended time increases microbial risk, and
• ice crystallization during freezing can damage tissue without adequate salt concentration.

A modern alternative is sonication, which acts physically (cavitation, microjets, shear forces) rather than chemically, providing both rapid thawing and accelerated shell loosening with minimal product degradation.

 

Discover the groundbreaking potential of intense airborne ultrasound with the Hielscher stepped plate resonator. This innovative technology leverages high-power ultrasonic waves for precise, non-contact applications such as drying, defoaming, thawing and precision cleaning. Compact, versatile, and robust, the resonator's advanced stepped geometry amplifies and focuses sound waves to deliver powerful energy, making it ideal for delicate and complex industrial processes. Whether you're in manufacturing, aerospace, food processing, pharmaceuticals, or materials research, this technology opens new doors to efficiency and innovation.

 

Kako ultrazvuk poboljšava odmrzavanje škampa

Brzi prijenos toplote kroz kavitaciju

Ultrazvuk proizvodi mikroskopske mjehuriće u tekućini koja okružuje škampe. Ti mjehurići se šire i nasilno kolabiraju – fenomen nazvan akustična kavitacija.
Prema Li i saradnici (2024):
Ultrazvuk je smanjio vrijeme odmrzavanja sa 87 minuta (odmrzavanje na zraku) i 66 minuta (odmrzavanje tekućom vodom) na 48 minuta, što predstavlja ubrzanje od 48,9%.

 

 

Ovo se dešava zato što kolapsirajući kavitation mjehurići:

• stvaraju udarne talase i mikro-mlazove,
• stanjenje termalne granične sloja oko hrane,
• i ubrzavanje topljenja unutrašnjih ledenih kristala.

Zaštita od oksidacije lipida/proteina

Li i sur. (2024) pokazuju da kombinacija ultrazvuka sa blago baznom elektrolizovanom vodom (SBEW) sprječava:

• MDA (marker oksidacije lipida) pao je na 0,62 nmol/mg u ultrazvuku + SBEW u odnosu na 0,83 nmol/mg kod škampi odleđenih na zraku.
• Karbonili (oksidacija proteina) su bili najniži kod škampi tretiranih ultrazvukom uz SBEW (1,63 nmol/mg u odnosu na 3,21 nmol/mg kod odleđivanja na zraku).

Očuvanje strukture mišića i zadržavanja vode

Odleđivanje ultrazvukom (UST):

• održava integritet mišićnih vlakana, gdje uzorke tretirane ultrazvukom sa SBEW pokazuju gusto poravnata vlakna slična svježim škampima.
• rezultira u najmanjem gubitku odleđivanja (4,06%) i najmanjem gubitku pri kuhanju u odnosu na sve druge metode.

 

 

Odmrzavanje škampi poboljšano ultrazvukom

1. Kavitacija fizički slabi sučelje ljuske i mišića

   Dang et al. (2018) su otkrili da snaga ultrazvuka pri 24 kHz stvara:

   • spiralne udubine na površini ljuske,
   • eroziju sloja eplikutitula,
   • povećanu poroznost,
   • mikrokanale koji se protežu prema membranskom sloju.

   Ove strukturne promjene dramatično poboljšavaju odvajanje ljuske.
   SEM images on page 37 clearly show pits on US-treated and US+enzyme-treated shrimp, while raw and enzyme-only samples remain smooth.

 

2. Ultrasound reduces peeling work and increases yield

   When used before or during enzyme maturation:

   • Peeling work decreased from 7.8 mJ/g (raw) to 3.9 mJ/g, a 50% reduction.
   • Meat yield increased (up to ~90% depending on condition).
   • Proportion of completely peeled shrimp increased significantly.



   Ultrasound alone already improves peelability; combined ultrasound + enzyme is even more powerful.

 

3. Enzyme diffusion enhanced through ultrasonic microchannels

   The proposed mechanism results in:

   1. Cavitation pits form “entry points” in the shell.
   2. These pits connect to deeper microchannels.
   3. Enzimi – bilo endogeni ili dodani – prodiru brže i hidrolizuju vezu mišića sa ljuskom.

   Ovo omogućava:

   • kraće sazrijevanje (sati umjesto 1–3 dana),
   • manji rizik od blijedjenja boje ili gubitka slatkoće,
   • manju potrebu za solju nego pri soljenju.

 

4. Minimalan uticaj na boju i teksturu

   Za razliku od dugog natapanja u soli, ultrazvučni tretmani:

   • nisu promijenili parametre L*, a*, b* boje u poređenju sa sirovim škampima,
   • nisu oštetili teksturu (čvrstoća, elastičnost, žvakalnost su ostali usporedivi).

   Ovo čini ultrazvuk mnogo sigurnijim od prekomjernog sazrijevanja u salamuri, što je poznato po tome da pospješuje mutnu boju i smanjuje slatkoću.

Sonikacija u poređenju sa soljenjem u salamuri

Ultrazvuk pruža kontrolisaniji, brži i čišći mehanizam od difuzije soli.

Parametar	Tradicionalno sazrijevanje u salamuri	Metode zasnovane na ultrazvuku
Vrijeme	12-48 sati	3-4 sata (US + enzim)
Korištenje soli	visoko	Nizak ili nijedan
Rizik od pretjeranog natapanja	visoko	Vrlo nizak
Rad na ljuštenju	umjereno	Smanjen do 50%
Očuvanje boje	Često smanjeno	Održano
slatkoća	Može se smanjiti	Održano
tekstura	gubitak elastičnosti	Očuvano
Mikrobni rizik	Viši (dugo trajanje procesa)	Niži (kratak proces)