Կրակների բարելավված հալեցման և մաշկազրկման համար ուլտրաձայնային մեթոդներ
Traditional brining-based maturation of shrimp can loosen the shell–meat connection but requires long soaking times and careful salt control to avoid color fading, sweetness loss, and compromised texture. Recent advancements demonstrate that power ultrasound can replace or enhance maturation by accelerating both thawing and shell-loosening while preserving shrimp quality. Get science-backed insights how sonication improves processing efficiency and end-product quality of frozen shrimps.
Shrimp Peeling and its Challenges
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.
Ուլտրաձայնային հալեցում Hielscher Steped Plate Sonicator-ով
How Ultrasound Improves Thawing of Shrimp
Rapid heat transfer through cavitation
Հակակշիռը հեղուկում մանր բջջային բջիջներ է ստեղծում սաղմի շուրջը: Այս բջիջները ընդարձակվում և հանկարծակի կցկտվում են՝ պայմանավորված ֆենոմենով, որը կոչվում է ձայնային քվավիտացիա:
Ըստ Li և այլոց (2024)․
Հակակշիռը նվազեցրել է հալման ժամանակը 87 րոպեից (օդային հալում) և 66 րոպեից (հոսող ջրի հալում) մինչև 48 րոպե, ինչը ներկայացնում է 48.9% արագացում:
Սառեցված ծովախեցգետինների հալման կորերը տարբեր հալման մեթոդներով. (AT: օդային հալում, FWT: հոսող ջրի հալում, US: ձայնային հալում, UST: ձայնային SBEW հալում)
Ուսումնասիրություն և գրաֆիկ՝ Li և այլոց, 2024
Սա տեղի է ունենում, քանի որ կցկտված քվավիտացիայի բջիջները:
- ստեղծում են շոկալի ալիքներ և միկրոկետեր,
- բարակ ջերմային սահմանային շերտը սննդի շուրջ,
- եւ արագացնել ներքին սառույցի բյուրեղների հալումը:
Պաշտպանություն լիպիդների/սպիտակուցների օքսիդացումից
Li et al. (2024) ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային մի փոքր հիմնական էլեկտրոլիզացված ջրի (SBEW) հետ համատեղումը կանխում է:
- MDA (լիպիդային օքսիդացման մարկեր) իջել է մինչեւ 0.62 nmol/մգ ուլտրաձայնային + SBEW vs 0.83 nmol/մգ օդում հալեցված ծովախեցգետիններում.
- Կարբոնիլները (սպիտակուցի օքսիդացումը) ամենացածրն էին ուլտրաձայնային օժանդակությամբ SBEW-ով բուժված ծովախեցգետինների մեջ (1.63 nmol/mg vs 3.21 nmol/mg օդի համար հալեցնելու համար).
Մկանային կառուցվածքի եւ ջրի պահպանման պահպանումը
Ուլտրաձայնային հալեցում (UST):
- պահպանում է մկանային մանրաթելերի ամբողջականությունը, որտեղ ուլտրաձայնային օժանդակությամբ SBEW-բուժված նմուշները ցույց են տալիս սերտորեն հավասարեցված մանրաթելեր, որոնք նման են թարմ ծովախեցգետինների.
- հանգեցնում է ամենացածր հալեցման կորուստին (4.06%) եւ ամենացածր խոհարարական կորուստը համեմատած մյուս բոլոր մեթոդների հետ.
Տարբեր լայնացման մեթոդների ազդեցությունները ծովախեցգետինների միկրակառուցվածքային փոփոխությունների վրա
(FS: թարմ ծովախեցգետիններ, AT: օդային լայնացում, FWT: հիդրոլիզային հոսքի լայնացում, US: ուլտրաձայնային օգնությամբ լայնացում, UST: ուլտրաձայնային օգնությամբ SBEW լայնացում)
Ուսումնասիրություն և պատկերներ՝ ©Li et al., 2024
Արդյունավետ հալեցում և հալեցում Hielscher Steped Plate Sonicator-ի միջոցով
Ուլտրաձայնով բարելավված ծովախեցգետինների կաշվի հեռացում
-
Կավիտացիան ֆիզիկապես թուլացնում է կաշին–մկանային միջերեսը
Dang et al. (2018) պարզեց, որ 24 kHz ուժային ուլտրաձայնը ստեղծում է՝
- հիպերի ուղղությամբ խճճված փոսեր վերին մակերևույթի վրա,
- էպիկուտիկուլի շերտի erosion,
- բարձրացած պորոզություն,
- միկրոտուներ, որոնք ձգվում են դեպի մեմբրանական շերտը։
Այս կառուցվածքային փոփոխությունները զգալիորեն բարելավում են կաշվի հեռացումը։
SEM images on page 37 clearly show pits on US-treated and US+enzyme-treated shrimp, while raw and enzyme-only samples remain smooth. -
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.
-
Enzyme diffusion enhanced through ultrasonic microchannels
The proposed mechanism results in:
- Cavitation pits form “entry points” in the shell.
- These pits connect to deeper microchannels.
- Enzymes-whether endogenous or added – penetrate faster and hydrolyze the muscle-shell attachment.
Սա թույլ է տալիս:
- ավելի կարճ հասունացում (ժամեր 1-3 օրվա փոխարեն),
- ավելի քիչ վտանգ գույնի մարման կամ քաղցրության կորստի,
- ավելի ցածր աղի պահանջները, քան աղը.
-
Նվազագույն ազդեցություն գույնի եւ հյուսվածքի վրա
Ի տարբերություն երկար աղի ներծծման, ուլտրաձայնային բուժում:
- չի փոխել L*, a*, b* գունային պարամետրերը համեմատած հում ծովախեցգետինների,
- Չի վնասել հյուսվածք (կարծրություն, դիմադրողականություն, chewiness մնացել համեմատելի).
Սա դարձնում ուլտրաձայնային շատ ավելի անվտանգ, քան գեր-հասունացում աղի, որը հայտնի է ձանձրալի գույն եւ նվազեցնել քաղցրությունը:
Sonication համեմատ Brining
Ուլտրաձայնային ապահովում է ավելի վերահսկվող, ավելի արագ եւ մաքուր մեխանիզմ, քան աղի դիֆուզիան:
| Պարամետր | Ավանդական աղի հասունացում | Ուլտրաձայնային վրա հիմնված մեթոդներ |
|---|---|---|
| Ժամանակը | 12-48h | 3-4h (ԱՄՆ + ֆերմենտ) |
| Աղի օգտագործումը | Բարձր | Ստորին կամ բացակա |
| Առանց չափազանց խոնավանալու ռիսկ | Բարձր | Բավականին ցածր |
| Մաշկահանման աշխատանք | Չափավոր | 65%-ով նվազեցված մինչև 50% |
| Գույնի պահպանություն | Հաճախ նվազեցված | Պահպանված |
| քաղցրություն | Կարող է նվազել | Պահպանված |
| Հյուսվածք | Կանաչկողմանի կորուստ | Պահպանված |
| Միկրոբիալ ռիսկ | Բարձր (երկար գործընթացի ժամանակ) | Ցածր (կարճ գործընթացի ժամանակ) |
Hielscher Steped Plate Sonicator-ն ապահովում է ավելի արագ և միատեսակ հալեցում օդային ուլտրաձայնի միջոցով:
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Հաճախակի տրվող հարցեր
Ի՞նչ են ծովախեցգետինների լուծարման ընդհանուր մեթոդները սննդի արդյունաբերությունում?
Common industrial shrimp-thawing methods include air thawing, water-immersion or flowing-water thawing, ice-water thawing, and increasingly ultrasound-assisted thawing. These methods differ in heat-transfer efficiency, with ultrasound substantially accelerating thawing by cavitation-induced microstreaming and improved thermal conductivity.
What are Important Factors of Thawing regarding Food Safety?
Important food-safety factors during thawing include the time–temperature profile, since prolonged thawing allows microbial growth and accelerates autolytic enzyme activity; the prevention of nutrient-rich drip loss that fuels microbial proliferation; and control of oxidation processes, which can compromise protein integrity and produce spoilage markers such as TVB-N and lipid-derived aldehydes. Ensuring rapid, uniform thawing below critical microbial growth thresholds is therefore essential.
What is the Shell of Shrimps made of?
The shrimp shell is primarily composed of chitin organized in a layered cuticle with proteins and minerals, forming a rigid exoskeleton. Ultrasound studies show that its outer epicuticle can be eroded by cavitation, producing pits and microchannels that weaken attachment to the muscle.
How does Thawing affect Myofibrillar Protein Characteristics?
Thawing affects myofibrillar proteins by promoting oxidative modification, structural unfolding, and degradation, especially when thawing is slow. In conventional thawing, carbonyl formation increases, sulfhydryl groups are lost, α-helix content decreases, and random coil structures increase, indicating denaturation. Ultrasound-assisted thawing, especially when combined with slightly basic electrolyzed water, reduces these effects and better preserves secondary and tertiary protein structures, elasticity, and water-holding capacity.
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.