Ultrazvuk za poboljšano odmrzavanje i guljenje škampa

Tradicionalno zrenje škampa u slanoj otopini može olabaviti vezu između oklopa i mesa, ali zahtijeva dugo potapanje i pažljivu kontrolu soli kako bi se izbjeglo blijeđenje boje, gubitak slatkoće i narušena tekstura. Nedavna dostignuća pokazuju da snažni ultrazvuk može zamijeniti ili poboljšati zrenje ubrzavanjem i odmrzavanja i otpuštanja oklopa, uz očuvanje kvalitete škampa. Saznajte iz naučno utemeljenih uvida kako ultrazvučna obrada (sonikacija) poboljšava efikasnost prerade i kvalitetu krajnjeg proizvoda od smrznutog škampa.

Guljenje škampa i njegovi izazovi

Guljenje škampa jedan je od najvećih troškovnih faktora u preradi rakova. Vrste hladnih voda poput Pandalus borealis imaju vrlo snažnu vezu između mišića i oklopa, zbog čega je tek ulovljeni škamp izuzetno teško mehanički guliti. Da bi to riješili, prerađivači tradicionalno koriste salamurenje ili zrenje na ledu do 1–3 dana, pri čemu endogeni enzimi i difuzija soli slabe tu vezu. Međutim:

• dugo potapanje rizikuje gubitak crvene/žute boje,
• prekomjerno upijanje soli mijenja okus i smanjuje slatkoću,
• produženo vrijeme povećava mikrobiološki rizik, a
• kristalizacija leda tokom zamrzavanja može oštetiti tkivo bez odgovarajuće koncentracije soli.

Moderna alternativa je ultrazvučna obrada (sonikacija), koja djeluje fizički (kavitacija, mikromlazevi, smične sile), a ne hemijski, te omogućava i brzo odmrzavanje i ubrzano otpuštanje oklopa uz minimalnu degradaciju proizvoda.

Kako ultrazvuk poboljšava odmrzavanje škampa

Brzi prijenos topline putem kavitacije

Ultrazvuk stvara mikroskopske mjehuriće u tečnosti koja okružuje škampe. Ti se mjehurići šire i silovito kolabiraju – pojava koja se naziva akustična kavitacija.
Prema Li i sar. (2024):
Ultrazvuk je skratio vrijeme odmrzavanja sa 87 min (odmrzavanje na zraku) i 66 min (odmrzavanje u tekućoj vodi) na 48 min, što predstavlja ubrzanje od 48,9%.

Krive odmrzavanja smrznutog škampa tretiranog različitim metodama odmrzavanja. (AT: odmrzavanje na zraku, FWT: odmrzavanje putem hidrolize u protoku, US: odmrzavanje potpomognuto ultrazvukom, UST: odmrzavanje potpomognuto ultrazvukom uz SBEW)
Studija i grafikon: Li et al., 2024

Do toga dolazi jer kolabirajući kavitacijski mjehurići:

• stvaraju udarne valove i mikromlazeve,
• stanjuju termalni granični sloj oko hrane,
• i ubrzavaju topljenje unutrašnjih kristala leda.

Zaštita od oksidacije lipida/proteina

Li i sar. (2024) pokazuju da kombinacija ultrazvuka i blago bazne elektrolizirane vode (SBEW) sprečava:

• MDA (marker oksidacije lipida) pao je na 0,62 nmol/mg kod ultrazvuka + SBEW naspram 0,83 nmol/mg kod škampa odmrznutih na zraku.
• Karbonili (oksidacija proteina) bili su najniži kod škampa tretiranog ultrazvukom uz SBEW (1,63 nmol/mg naspram 3,21 nmol/mg kod odmrzavanja na zraku).

Očuvanje strukture mišića i zadržavanja vode

Ultrazvučno odmrzavanje (UST):

• održava cjelovitost mišićnih vlakana, pri čemu uzorci tretirani ultrazvukom uz SBEW pokazuju čvrsto poredana vlakna slična svježem škampu.
• rezultira najnižim gubitkom pri odmrzavanju (4,06%) i najnižim gubitkom pri kuhanju u odnosu na sve ostale metode.

Učinci različitih metoda odmrzavanja na mikrostrukturne promjene škampa
(FS: svježi škampi, AT: odmrzavanje na zraku, FWT: odmrzavanje putem hidrolize u protoku, US: odmrzavanje potpomognuto ultrazvukom, UST: odmrzavanje potpomognuto ultrazvukom uz SBEW)
Studija i slike: ©Li et al., 2024

Ultrazvučno poboljšano guljenje škampa

1. Kavitacija fizički slabi vezu između oklopa i mišića

   Dang i sar. (2018) utvrdili su da snažni ultrazvuk frekvencije 24 kHz stvara:

   • spiralne jamice na površini oklopa,
   • eroziju sloja epikutikule,
   • povećanu poroznost,
   • mikrokanale koji se protežu prema membranskom sloju.

   Ove strukturne promjene dramatično poboljšavaju otpuštanje oklopa.
   SEM snimci na stranici 37 jasno prikazuju jamice na škampima tretiranim ultrazvukom (US) i ultrazvukom uz enzim, dok sirovi uzorci i uzorci samo s enzimom ostaju glatki.

 

2. Ultrazvuk smanjuje rad guljenja i povećava prinos

   Kada se koristi prije ili tokom enzimskog zrenja:

   • Rad guljenja smanjen je sa 7,8 mJ/g (sirovo) na 3,9 mJ/g, odnosno za 50%.
   • Prinos mesa povećan je (do ~90% ovisno o uvjetima).
   • Udio potpuno oguljenih škampa značajno se povećao.



   Sam ultrazvuk već poboljšava mogućnost guljenja; kombinacija ultrazvuka i enzima još je efikasnija.

 

3. Difuzija enzima poboljšana ultrazvučnim mikrokanalima

   Predloženi mehanizam dovodi do sljedećeg:

   1. Kavitacijske jamice formiraju „ulazne tačke“ u oklopu.
   2. Te se jamice povezuju s dubljim mikrokanalima.
   3. Enzimi – bilo endogeni ili dodani – brže prodiru i hidroliziraju vezu između mišića i oklopa.

   To omogućava:

   • kraće zrenje (sati umjesto 1–3 dana),
   • manji rizik od blijeđenja boje ili gubitka slatkoće,
   • manju potrebu za solju nego kod salamurenja.

 

4. Minimalan utjecaj na boju i teksturu

   Za razliku od dugog potapanja u soli, ultrazvučni tretmani:

   • nisu promijenili parametre boje L*, a*, b* u odnosu na sirovi škamp,
   • nisu oštetili teksturu (tvrdoća, elastičnost i žvakljivost ostale su uporedive).

   Zbog toga je ultrazvuk znatno sigurniji od prekomjernog zrenja u salamuri, za koje je poznato da prigušuje boju i smanjuje slatkoću.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) u odnosu na salamurenje

Ultrazvuk pruža kontroliraniji, brži i čistiji mehanizam od difuzije soli.