فراصوت برای بهبود یخ‌زدایی و پوست‌گیری میگو
عمل‌آوری سنتی میگو در آب‌نمک می‌تواند اتصال پوسته به گوشت را سست کند، اما برای جلوگیری از رنگ‌پریدگی، کاهش شیرینی و افت کیفیت بافت، به زمان خیساندن طولانی و کنترل دقیق نمک نیاز دارد. پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهند که فراصوت پرتوان می‌تواند با تسریع هم‌زمان یخ‌زدایی و سست‌شدن پوسته، ضمن حفظ کیفیت میگو، جایگزین عمل‌آوری شود یا آن را بهبود دهد. با شواهد علمی دربارهٔ چگونگی بهبود کارایی فرآوری و کیفیت محصول نهایی میگوی منجمد به‌وسیلهٔ فراصوت‌دهی آشنا شوید.
پوست‌گیری میگو و چالش‌های آن
پوست‌گیری میگو یکی از مهم‌ترین عوامل هزینه‌زا در فرآوری سخت‌پوستان است. گونه‌های آب سرد مانند Pandalus borealis اتصال بسیار محکمی بین عضله و پوسته دارند که پوست‌گیری مکانیکی میگوی تازه صیدشده را بسیار دشوار می‌کند. برای رفع این مشکل، فرآوری‌کنندگان به‌طور سنتی از عمل‌آوری در آب‌نمک یا یخ به‌مدت حداکثر 1–3 روز استفاده می‌کنند تا آنزیم‌های درون‌زاد و انتشار نمک، این اتصال را تضعیف کنند. بااین‌حال:
- خیساندن طولانی خطر از دست رفتن رنگ قرمز/زرد را به‌همراه دارد،
- جذب بیش‌ازحد نمک، طعم را تغییر می‌دهد و شیرینی را کاهش می‌دهد،
- طولانی‌شدن زمان، خطر میکروبی را افزایش می‌دهد، و
- تشکیل بلورهای یخ هنگام انجماد، در نبود غلظت کافی نمک، می‌تواند به بافت آسیب برساند.
یک جایگزین نوین، فراصوت‌دهی است که به‌جای اثرگذاری شیمیایی، از طریق سازوکارهای فیزیکی (کاویتاسیون، ریزجت‌ها و نیروهای برشی) عمل می‌کند و هم یخ‌زدایی سریع و هم سست‌شدن سریع‌تر پوسته را با حداقل افت کیفیت محصول فراهم می‌سازد.
یخ‌زدایی فراصوتی با سونیکاتور صفحه‌پله‌ای Hielscher
فراصوت چگونه یخ‌زدایی میگو را بهبود می‌دهد
انتقال سریع گرما از طریق کاویتاسیون
فراصوت در مایع پیرامون میگو حباب‌های میکروسکوپی ایجاد می‌کند. این حباب‌ها منبسط می‌شوند و به‌شدت فرومی‌پاشند – پدیده‌ای که کاویتاسیون آکوستیکی نام دارد.
طبق گزارش Li et al. (2024):
فراصوت زمان یخ‌زدایی را از 87 min (یخ‌زدایی در هوا) و 66 min (یخ‌زدایی در آب جاری) به 48 min کاهش داد که نشان‌دهندهٔ تسریع 48٫9% است.
منحنی‌های یخ‌زدایی میگوهای منجمد با روش‌های مختلف یخ‌زدایی. (AT: یخ‌زدایی در هوا، FWT: یخ‌زدایی با هیدرولیز در جریان، US: یخ‌زدایی به کمک فراصوت، UST: یخ‌زدایی با SBEW به کمک فراصوت)
پژوهش و نمودار: Li et al., 2024
این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که حباب‌های کاویتاسیون هنگام فروپاشی:
- امواج ضربه‌ای و ریزجت‌ها ایجاد می‌کنند،
- لایهٔ مرزی حرارتی پیرامون مادهٔ غذایی را نازک می‌کنند،
- و ذوب بلورهای یخ داخلی را تسریع می‌کنند.
محافظت در برابر اکسیداسیون لیپیدها/پروتئین‌ها
Li et al. (2024) نشان می‌دهند که ترکیب فراصوت با آب الکترولیزشدهٔ کمی قلیایی (SBEW) از موارد زیر جلوگیری می‌کند:
- مقدار MDA (نشانگر اکسیداسیون لیپیدها) در روش فراصوت + SBEW به 0٫62 nmol/mg کاهش یافت، درحالی‌که در میگوی یخ‌زدایی‌شده در هوا 0٫83 nmol/mg بود.
- مقدار کربونیل‌ها (اکسیداسیون پروتئین) در میگوهای تیمارشده با SBEW به کمک فراصوت کمترین بود (1٫63 nmol/mg در برابر 3٫21 nmol/mg برای یخ‌زدایی در هوا).
حفظ ساختار عضله و نگهداشت آب
یخ‌زدایی فراصوتی (UST):
- یکپارچگی الیاف عضلانی را حفظ می‌کند؛ به‌طوری‌که نمونه‌های تیمارشده با SBEW به کمک فراصوت، الیافی متراکم و هم‌راستا، مشابه میگوی تازه، نشان می‌دهند.
- در مقایسه با همهٔ روش‌های دیگر، کمترین افت ناشی از یخ‌زدایی (4٫06%) و کمترین افت ناشی از پخت را به‌همراه دارد.
اثرات روش‌های مختلف یخ‌زدایی بر تغییرات ریزساختاری میگوها
(FS: میگوهای تازه، AT: یخ‌زدایی در هوا، FWT: یخ‌زدایی با هیدرولیز در جریان، US: یخ‌زدایی به کمک فراصوت، UST: یخ‌زدایی با SBEW به کمک فراصوت)
پژوهش و تصاویر: ©Li et al., 2024
برفک‌زدایی و یخ‌زدایی کارآمد با سونیکاتور صفحه‌پله‌ای Hielscher
بهبود پوست‌گیری میگو با فراصوت
-
کاویتاسیون فصل مشترک پوسته و عضله را به‌صورت فیزیکی تضعیف می‌کند
Dang et al. (2018) دریافتند که فراصوت پرتوان در 24 kHz موارد زیر را ایجاد می‌کند:
- حفره‌های مارپیچی روی سطح پوسته،
- فرسایش لایهٔ اپی‌کوتیکول،
- افزایش تخلخل،
- ریزکانال‌هایی که به‌سوی لایهٔ غشایی امتداد می‌یابند.
این تغییرات ساختاری، جداشدن پوسته را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهند.
تصاویر SEM در صفحهٔ 37 به‌وضوح حفره‌هایی را در میگوهای تیمارشده با US و US+آنزیم نشان می‌دهند، درحالی‌که سطح نمونه‌های خام و نمونه‌های تیمارشده فقط با آنزیم، صاف باقی می‌ماند. -
فراصوت کار لازم برای پوست‌گیری را کاهش و بازده را افزایش می‌دهد
هنگامی که پیش از عمل‌آوری آنزیمی یا در طول آن استفاده شود:
- کار لازم برای پوست‌گیری از 7٫8 mJ/g (خام) به 3٫9 mJ/g کاهش یافت که معادل کاهش 50% است.
- بازده گوشت افزایش یافت (بسته به شرایط، تا ~90%).
- نسبت میگوهای کاملاً پوست‌گیری‌شده به‌طور معنی‌داری افزایش یافت.
فراصوت به‌تنهایی نیز قابلیت پوست‌گیری را بهبود می‌دهد؛ ترکیب فراصوت + آنزیم حتی مؤثرتر است.
-
تقویت انتشار آنزیم از طریق ریزکانال‌های ایجادشده با فراصوت
سازوکار پیشنهادی به نتایج زیر منجر می‌شود:
- حفره‌های ناشی از کاویتاسیون، «نقاط ورود» را در پوسته ایجاد می‌کنند.
- این حفره‌ها به ریزکانال‌های عمیق‌تر متصل می‌شوند.
- آنزیم‌ها – چه درون‌زاد و چه افزوده‌شده – سریع‌تر نفوذ می‌کنند و اتصال عضله به پوسته را هیدرولیز می‌کنند.
این امر موارد زیر را امکان‌پذیر می‌سازد:
- عمل‌آوری کوتاه‌تر (چند ساعت به‌جای 1–3 روز)،
- خطر کمتر رنگ‌پریدگی یا کاهش شیرینی،
- نیاز کمتر به نمک نسبت به روش آب‌نمک.
-
حداقل تأثیر بر رنگ و بافت
برخلاف خیساندن طولانی در آب‌نمک، تیمارهای فراصوتی:
- پارامترهای رنگ L*, a*, b* را در مقایسه با میگوی خام تغییر ندادند،
- به بافت آسیب نرساندند (سختی، برگشت‌پذیری و قابلیت جویدن در سطحی قابل‌مقایسه باقی ماندند).
این ویژگی، فراصوت را بسیار ایمن‌تر از عمل‌آوری بیش‌ازحد در آب‌نمک می‌سازد؛ روشی که به کدرکردن رنگ و کاهش شیرینی شناخته می‌شود.
مقایسهٔ فراصوت‌دهی با روش آب‌نمک
فراصوت در مقایسه با انتشار نمک، سازوکاری کنترل‌شده‌تر، سریع‌تر و پاک‌تر فراهم می‌کند.
| پارامتر | عمل‌آوری سنتی در آب‌نمک | روش‌های مبتنی بر فراصوت |
|---|---|---|
| زمان | 12–48h | 3–4h (US + آنزیم) |
| مصرف نمک | زیاد | کم یا بدون مصرف |
| خطر خیساندن بیش‌ازحد | زیاد | بسیار کم |
| کار لازم برای پوست‌گیری | متوسط | کاهش تا 50% |
| حفظ رنگ | اغلب کاهش می‌یابد | حفظ می‌شود |
| شیرینی | ممکن است کاهش یابد | حفظ می‌شود |
| بافت | کاهش خاصیت فنری | حفظ می‌شود |
| خطر میکروبی | بیشتر (زمان طولانی فرآیند) | کمتر (فرآیند کوتاه) |
سونیکاتور صفحه‌پله‌ای Hielscher با فراصوت منتقل‌شونده از طریق هوا، یخ‌زدایی سریع‌تر و یکنواخت‌تر را تضمین می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Tem Thi Dang, Nina Gringer, Flemming Jessen, Karsten Olsen, Niels Bøknæs, Pia Louise Nielsen, Vibeke Orlien (2018): Facilitating shrimp (Pandalus borealis) peeling by power ultrasound and proteolytic enzyme. Innovative Food Science and Emerging Technologies 2018.
- Yufeng Li, Jinsong Wang, Qiao-Hui Zeng, Langhong Wang, Jing Jing Wang, Shaojie Li, Jiahui Zhu, Xin-An Zeng (2024): Novel thawing method of ultrasound-assisted slightly basic electrolyzed water improves the processing quality of frozen shrimp compared with traditional thawing approaches. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 107, 2024.
پرسش‌های متداول
روش‌های رایج یخ‌زدایی میگو در صنایع غذایی کدام‌اند؟
روش‌های رایج صنعتی برای یخ‌زدایی میگو شامل یخ‌زدایی در هوا، یخ‌زدایی با غوطه‌وری در آب یا در آب جاری، یخ‌زدایی در آب و یخ و، به‌طور فزاینده، یخ‌زدایی به کمک فراصوت هستند. این روش‌ها از نظر کارایی انتقال گرما متفاوت‌اند؛ فراصوت با ایجاد ریزجریان‌های ناشی از کاویتاسیون و بهبود رسانایی حرارتی، یخ‌زدایی را به‌طور قابل‌توجهی تسریع می‌کند.
چه عواملی در یخ‌زدایی از نظر ایمنی مواد غذایی اهمیت دارند؟
عوامل مهم ایمنی مواد غذایی هنگام یخ‌زدایی شامل نمایهٔ زمان–دما است، زیرا یخ‌زدایی طولانی امکان رشد میکروبی را فراهم و فعالیت آنزیم‌های خودکافت را تسریع می‌کند؛ همچنین جلوگیری از خروج مایع غنی از مواد مغذی که تکثیر میکروبی را تغذیه می‌کند، و کنترل فرآیندهای اکسیداسیون که می‌توانند یکپارچگی پروتئین را مختل کنند و نشانگرهای فساد مانند TVB-N و آلدهیدهای مشتق از لیپیدها تولید کنند، اهمیت دارند. بنابراین، اطمینان از یخ‌زدایی سریع و یکنواخت در شرایط پایین‌تر از آستانه‌های بحرانی رشد میکروبی ضروری است.
پوستهٔ میگو از چه موادی ساخته شده است؟
پوستهٔ میگو عمدتاً از کیتین تشکیل شده است که همراه با پروتئین‌ها و مواد معدنی در یک کوتیکول لایه‌لایه سازمان یافته و یک اسکلت خارجی سخت ایجاد می‌کند. مطالعات فراصوت نشان می‌دهند که اپی‌کوتیکول بیرونی آن می‌تواند بر اثر کاویتاسیون فرسایش یابد و حفره‌ها و ریزکانال‌هایی ایجاد کند که اتصال به عضله را تضعیف می‌کنند.
یخ‌زدایی چه تأثیری بر ویژگی‌های پروتئین‌های میوفیبریلی دارد؟
یخ‌زدایی با تشدید تغییرات اکسیداتیو، بازشدن ساختار و تجزیه، بر پروتئین‌های میوفیبریلی اثر می‌گذارد؛ به‌ویژه زمانی که یخ‌زدایی آهسته باشد. در یخ‌زدایی متداول، تشکیل کربونیل افزایش می‌یابد، گروه‌های سولف‌هیدریل از دست می‌روند، میزان ساختار مارپیچ α کاهش می‌یابد و ساختارهای کلاف تصادفی افزایش پیدا می‌کنند که نشان‌دهندهٔ دناتوراسیون است. یخ‌زدایی به کمک فراصوت، به‌ویژه در ترکیب با آب الکترولیزشدهٔ کمی قلیایی، این اثرات را کاهش می‌دهد و ساختارهای دوم و سوم پروتئین، خاصیت کشسانی و ظرفیت نگهداری آب را بهتر حفظ می‌کند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف، از آزمایشگاهی تا صنعتی، تولید می‌کند.