Ultraschall für verbessertes Auftauen und Schälen von Garnelen

Die traditionelle Reifung von Garnelen in Salzlake kann die Verbindung zwischen Schale und Fleisch lockern, erfordert jedoch lange Einweichzeiten und eine sorgfältige Kontrolle des Salzgehalts, um ein Verblassen der Farbe, einen Verlust an Süße und eine Beeinträchtigung der Textur zu vermeiden. Neuere Entwicklungen zeigen, dass Leistungsultraschall die Reifung ersetzen oder verbessern kann, indem er sowohl das Auftauen als auch das Lockern der Schale beschleunigt und dabei die Qualität der Garnelen erhält. Erfahren Sie anhand wissenschaftlich fundierter Erkenntnisse, wie die Ultraschallbehandlung die Verarbeitungseffizienz und die Qualität des Endprodukts bei gefrorenen Garnelen verbessert.

Das Schälen von Garnelen und seine Herausforderungen

Das Schälen von Garnelen ist einer der größten Kostentreiber bei der Verarbeitung von Krebstieren. Kaltwasserarten wie Pandalus borealis weisen eine sehr feste Verbindung zwischen Muskulatur und Schale auf, wodurch sich frisch gefangene Garnelen mechanisch nur äußerst schwer schälen lassen. Um dieses Problem zu lösen, setzen Verarbeitungsbetriebe traditionell auf die Reifung in Salzlake oder auf Eis über einen Zeitraum von bis zu 1–3 Tagen, wobei körpereigene Enzyme und die Diffusion von Salz die Verbindung schwächen. Allerdings:

• bergen lange Einweichzeiten das Risiko eines Verlusts der roten/gelben Farbe,
• verändert eine übermäßige Salzaufnahme den Geschmack und verringert die Süße,
• erhöht eine längere Dauer das mikrobielle Risiko, und
• kann die Bildung von Eiskristallen beim Gefrieren das Gewebe schädigen, wenn die Salzkonzentration nicht ausreichend ist.

Eine moderne Alternative ist die Ultraschallbehandlung, die physikalisch (Kavitation, Mikrostrahlen, Scherkräfte) statt chemisch wirkt und sowohl ein schnelles Auftauen als auch ein beschleunigtes Lockern der Schale bei minimaler Beeinträchtigung des Produkts ermöglicht.

 

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Wie Ultraschall das Auftauen von Garnelen verbessert

Schnelle Wärmeübertragung durch Kavitation

Ultraschall erzeugt mikroskopisch kleine Blasen in der Flüssigkeit, die die Garnelen umgibt. Diese Blasen dehnen sich aus und kollabieren heftig – ein Phänomen, das als akustische Kavitation bezeichnet wird.
Laut Li et al. (2024):
Ultraschall verkürzte die Auftauzeit von 87 min (Auftauen an der Luft) und 66 min (Auftauen in fließendem Wasser) auf 48 min, was einer Beschleunigung um 48,9% entspricht.

 

 

Dies geschieht, weil kollabierende Kavitationsblasen:

• Stoßwellen und Mikrostrahlen erzeugen,
• die thermische Grenzschicht um das Lebensmittel verdünnen
• und das Schmelzen der Eiskristalle im Inneren beschleunigen.

Schutz vor Lipid- und Proteinoxidation

Li et al. (2024) zeigen, dass die Kombination von Ultraschall mit leicht basischem elektrolysiertem Wasser (SBEW) vorbeugend wirkt:

• MDA (Marker der Lipidoxidation) sank bei Ultraschall + SBEW auf 0,62 nmol/mg gegenüber 0,83 nmol/mg bei an der Luft aufgetauten Garnelen.
• Der Carbonylgehalt (Proteinoxidation) war bei Garnelen, die ultraschallunterstützt mit SBEW behandelt wurden, am niedrigsten (1,63 nmol/mg gegenüber 3,21 nmol/mg beim Auftauen an der Luft).

Erhalt der Muskelstruktur und des Wasserhaltevermögens

Das Auftauen mit Ultraschall (UST):

• erhält die Integrität der Muskelfasern, wobei ultraschallunterstützt mit SBEW behandelte Proben dicht angeordnete Fasern ähnlich denen frischer Garnelen aufweisen.
• führt im Vergleich zu allen anderen Verfahren zum geringsten Auftauverlust (4,06%) und zum geringsten Garverlust.

 

 

Verbessertes Schälen von Garnelen durch Ultraschall

1. Kavitation schwächt die Grenzfläche zwischen Schale und Muskulatur auf physikalische Weise

   Dang et al. (2018) stellten fest, dass Leistungsultraschall bei 24 kHz Folgendes erzeugt:

   • spiralförmige Vertiefungen auf der Schalenoberfläche,
   • Erosion der Epikutikulaschicht,
   • erhöhte Porosität,
   • Mikrokanäle, die sich zur membranösen Schicht hin erstrecken.

   Diese strukturellen Veränderungen verbessern das Ablösen der Schale erheblich.
   Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen auf Seite 37 zeigen deutlich Vertiefungen bei mit US und mit US+Enzym behandelten Garnelen, während rohe und ausschließlich mit Enzym behandelte Proben glatt bleiben.

 

2. Ultraschall verringert die Schälarbeit und erhöht die Ausbeute

   Bei Anwendung vor oder während der enzymatischen Reifung ergaben sich folgende Ergebnisse:

   • Die Schälarbeit sank von 7,8 mJ/g (roh) auf 3,9 mJ/g, was einer Verringerung um 50% entspricht.
   • Die Fleischausbeute stieg (je nach Bedingungen auf bis zu ~90%).
   • Der Anteil vollständig geschälter Garnelen stieg deutlich.



   Ultraschall allein verbessert bereits die Schälbarkeit; die Kombination aus Ultraschall + Enzym ist noch wirksamer.

 

3. Verbesserte Enzymdiffusion durch ultraschallerzeugte Mikrokanäle

   Der vorgeschlagene Mechanismus führt zu folgenden Vorgängen:

   1. Kavitationsbedingte Vertiefungen bilden „Eintrittspunkte“ in der Schale.
   2. Diese Vertiefungen sind mit tiefer liegenden Mikrokanälen verbunden.
   3. Enzyme – ob körpereigen oder zugesetzt – dringen schneller ein und hydrolysieren die Verbindung zwischen Muskulatur und Schale.

   Dies ermöglicht:

   • eine kürzere Reifung (Stunden statt 1–3 Tagen),
   • ein geringeres Risiko des Verblassens der Farbe oder des Verlusts an Süße,
   • einen geringeren Salzbedarf als bei der Behandlung in Salzlake.

 

4. Minimale Auswirkungen auf Farbe und Textur

   Im Gegensatz zum langen Einweichen in Salzlake bewirkten Ultraschallbehandlungen Folgendes:

   • Die Farbparameter L*, a*, b* veränderten sich gegenüber rohen Garnelen nicht,
   • die Textur wurde nicht geschädigt (Härte, Rückstellvermögen und Kaubarkeit blieben vergleichbar).

   Dadurch ist Ultraschall wesentlich sicherer als eine übermäßige Reifung in Salzlake, die bekanntermaßen die Farbe verblassen lässt und die Süße verringert.

Ultraschallbehandlung im Vergleich zur Behandlung in Salzlake

Ultraschall bietet einen besser kontrollierten, schnelleren und saubereren Mechanismus als die Diffusion von Salz.

Parameter	Traditionelle Reifung in Salzlake	Ultraschallbasierte Verfahren
Zeit	12–48h	3–4h (US + Enzym)
Salzeinsatz	Hoch	Gering oder keiner
Risiko eines zu langen Einweichens	Hoch	Sehr gering
Schälarbeit	Mäßig	Um bis zu 50% verringert
Farberhalt	Oft vermindert	Erhalten
Süße	Kann abnehmen	Erhalten
Textur	Verlust an Elastizität	Erhalten
Mikrobielles Risiko	Höher (lange Prozessdauer)	Geringer (kurzer Prozess)