Ultraschall für verbessertes Auftauen und Schälen von Garnelen

Die herkömmliche Reifung von Garnelen in Salzlake kann die Verbindung zwischen Schale und Fleisch lösen, erfordert jedoch lange Einweichzeiten und eine sorgfältige Salzkontrolle, um ein Verblassen der Farbe, einen Verlust an Süße und eine Beeinträchtigung der Textur zu vermeiden. Jüngste Fortschritte zeigen, dass Hochleistungsultraschall die Reifung ersetzen oder verbessern kann, indem er sowohl das Auftauen als auch das Lösen der Schale beschleunigt und gleichzeitig die Qualität der Garnelen bewahrt. Erfahren Sie auf wissenschaftlicher Grundlage, wie die Beschallung die Verarbeitungseffizienz und die Qualität des Endprodukts bei tiefgefrorenen Shrimps verbessert.

Das Schälen von Garnelen und seine Herausforderungen

Das Schälen von Garnelen ist einer der größten Kostenfaktoren bei der Verarbeitung von Krustentieren. Kaltwasserarten wie Pandalus borealis weisen eine sehr starke Muskel-Schalen-Verbindung auf, so dass sich frisch gefangene Garnelen extrem schwer mechanisch schälen lassen. Um dieses Problem zu lösen, verwenden die Verarbeiter traditionell Salzlake oder Eisreifung für bis zu 1-3 Tage, damit endogene Enzyme und Salzdiffusion die Anhaftung schwächen können. Allerdings:

• Bei langem Einweichen besteht die Gefahr des Verlusts der rot/gelben Farbe,
• Eine übermäßige Salzaufnahme verändert den Geschmack und verringert die Süße,
• längere Zeit erhöht sich das mikrobielle Risiko, und
• Die Eiskristallisation beim Einfrieren kann das Gewebe ohne ausreichende Salzkonzentration schädigen.

Eine moderne Alternative ist die Beschallung, die eher physikalisch (Kavitation, Mikrodüsen, Scherkräfte) als chemisch wirkt und sowohl ein schnelles Auftauen als auch ein beschleunigtes Lösen der Schale bei minimaler Produktschädigung ermöglicht.

 

 

Wie Ultraschall das Auftauen von Shrimps verbessert

Schnelle Wärmeübertragung durch Kavitation

Ultraschall erzeugt mikroskopisch kleine Blasen in der Flüssigkeit, die die Garnele umgibt. Diese Blasen dehnen sich heftig aus und fallen wieder zusammen - ein Phänomen, das als akustische Kavitation bezeichnet wird.
Nach Li et al. (2024):
Mit Ultraschall konnte die Auftauzeit von 87 Minuten (Luftauftauung) und 66 Minuten (Auftauung mit Wasser) auf 48 Minuten reduziert werden, was einer Beschleunigung von 48,9 % entspricht.

 

 

Dies geschieht durch kollabierende Kavitationsblasen:

• Schockwellen und Mikrojets erzeugen,
• die thermische Grenzschicht um das Lebensmittel herum verdünnen,
• und beschleunigen das Schmelzen der inneren Eiskristalle.

Schutz vor Lipid-/Proteinoxidation

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

• MDA (Lipidoxidationsmarker) fiel auf 0,62 nmol/mg bei Ultraschall + SBEW gegenüber 0,83 nmol/mg bei luftgetauten Garnelen.
• Die Carbonylwerte (Proteinoxidation) waren bei ultraschallbehandelten SBEW-Garnelen am niedrigsten (1,63 nmol/mg gegenüber 3,21 nmol/mg beim Auftauen an der Luft).

Erhaltung der Muskelstruktur und des Wasserhaushalts

Ultraschall-Auftauung (UST):

• erhält die Integrität der Muskelfasern aufrecht, wobei die mit Ultraschall behandelten SBEW-Proben fest ausgerichtete Fasern aufweisen, ähnlich wie bei frischen Garnelen.
• ergibt den geringsten Auftauverlust (4,06 %) und den geringsten Kochverlust im Vergleich zu allen anderen Methoden.

 

 

Ultraschall-verbessertes Schälen von Shrimps

1. Kavitation schwächt die Grenzfläche zwischen Schale und Muskel physikalisch

   Dang et al. (2018) fanden heraus, dass Leistungsultraschall bei 24 kHz erzeugt:

   • spiralförmige Vertiefungen auf der Schalenoberfläche,
   • Erosion der Epicuticula-Schicht,
   • erhöhte Porosität,
   • Mikrokanäle, die sich in Richtung der Membranschicht erstrecken.

   Diese strukturellen Veränderungen verbessern die Freisetzung der Schale erheblich.
   Die REM-Bilder auf Seite 37 zeigen deutlich Grübchen auf mit US behandelten und mit US+Enzym behandelten Garnelen, während die rohen und die nur mit Enzym behandelten Proben glatt bleiben.

 

2. Ultraschall reduziert den Schälaufwand und erhöht den Ertrag

   Bei Verwendung vor oder während der Enzymreifung:

   • Die Schälarbeit verringerte sich von 7,8 mJ/g (roh) auf 3,9 mJ/g, was einer Reduzierung um 50 % entspricht.
   • Die Fleischausbeute stieg (bis zu ~90% je nach Zustand).
   • Der Anteil der vollständig geschälten Garnelen nahm deutlich zu.

   Ultraschall allein verbessert bereits die Schälbarkeit; die Kombination von Ultraschall und Enzym ist noch wirkungsvoller.

 

3. Verbesserte Enzymdiffusion durch Ultraschall-Mikrokanäle

   Der vorgeschlagene Mechanismus führt zu:

   1. Kavitationsgruben entstehen „Einstiegspunkte“ in der Schale.
   2. Diese Gruben verbinden sich mit tieferen Mikrokanälen.
   3. Enzyme - ob körpereigene oder zugesetzte - dringen schneller ein und hydrolysieren die Muskel-Hüllen-Bindung.

   Dies ermöglicht:

   • kürzere Reifung (Stunden statt 1-3 Tage),
   • geringeres Risiko des Ausbleichens der Farbe oder des Verlusts an Süße,
   • geringerer Salzbedarf als beim Pökeln.

 

4. Minimale Auswirkungen auf Farbe und Textur

   Im Gegensatz zu langen Salzbädern, Ultraschallbehandlungen:

   • veränderten die Farbparameter L*, a*, b* im Vergleich zu rohen Garnelen nicht,
   • hat die Textur nicht beeinträchtigt (Härte, Elastizität und Kaukraft blieben vergleichbar).

   Dies macht Ultraschall weitaus sicherer als eine Überreifung in Salzlake, die bekanntermaßen die Farbe trübt und die Süße verringert.

Beschallung im Vergleich zum Pökeln

Ultraschall bietet einen kontrollierteren, schnelleren und saubereren Mechanismus als die Salzdiffusion.

Parameter	Traditionelle Salzlake-Reifung	Auf Ultraschall basierende Methoden
Zeit	12-48h	3-4h (US + Enzym)
Verwendung von Salz	High	Gering oder keine
Gefahr der Überschwemmung	High	Sehr niedrig
Schälarbeiten	moderat	Um bis zu 50 % gesenkt
Erhaltung der Farbe	Oft reduziert	Gepflegt
Süße	Mai abnehmen	Gepflegt
Textur	Verlust der Elastizität	Konserviert
Mikrobielles Risiko	Höher (lange Bearbeitungszeit)	Absenken (kurzes Verfahren)