새우의 해동 및 껍질 벗기기를 개선하기 위한 초음파 기술

전통적인 염수 침지 방식의 새우 숙성법은 껍질과 살의 결합을 느슨하게 할 수 있지만, 색상 퇴색, 단맛 감소, 식감 저하를 방지하기 위해 긴 침지 시간과 세심한 염도 조절이 필요합니다. 최근 연구 결과에 따르면, 고출력 초음파는 새우의 품질을 유지하면서 해동과 껍질 분리 과정을 모두 가속화함으로써 숙성 과정을 대체하거나 그 효과를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 초음파 처리가 냉동 새우의 가공 효율과 최종 제품 품질을 어떻게 향상시키는지, 과학적 근거에 기반한 통찰력을 확인해 보십시오.

새우 껍질 벗기기와 그 어려움

새우 껍질 벗기기는 갑각류 가공 과정에서 가장 큰 비용 요인 중 하나입니다. Pandalus borealis와 같은 냉수성 종은 근육과 껍질의 결합력이 매우 강해, 갓 잡은 새우를 기계적으로 껍질을 벗기기가 극히 어렵습니다. 이를 해결하기 위해 가공업체들은 전통적으로 최대 1~3일 동안 염수 처리나 얼음 숙성 과정을 거쳐, 내인성 효소와 염분 확산을 통해 결합력을 약화시켜 왔습니다. 그러나:

• 오래 담가두면 붉은색이나 노란색이 바래질 위험이 있으며,
• 과도한 염분 섭취는 맛을 변화시키고 단맛을 떨어뜨리며,
• 처리 시간이 길어지면 미생물 관련 위험이 증가하며,
• 동결 과정에서 얼음 결정이 형성되면, 염분 농도가 적절하지 않을 경우 조직에 손상을 줄 수 있습니다.

현대적인 대안으로는 초음파 처리가 있는데, 이는 화학적 방식이 아닌 물리적 작용(캐비테이션, 미세 분사, 전단력)을 통해 제품의 품질 저하를 최소화하면서 신속한 해동과 껍질 분리 가속화를 동시에 가능하게 합니다.

 

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초음파가 새우 해동 과정을 어떻게 개선하는가

캐비테이션을 통한 급속 열전달

초음파는 새우를 둘러싼 액체 속에 미세한 기포를 생성합니다. 이 기포들은 격렬하게 팽창하고 붕괴되는데, 이를 ‘음향 캐비테이션’이라고 합니다.
Li 등(2024)에 따르면:
초음파를 사용함으로써 해동 시간이 87분(공기 해동) 및 66분(흐르는 물 해동)에서 48분으로 단축되었으며, 이는 48.9%의 가속화를 의미한다.

 

 

이는 캐비테이션 기포가 붕괴되면서 발생하는 현상입니다:

• 충격파와 미세 분사류를 생성하고,
• 음식 주변의 열 경계층을 얇게 만들고,
• 그리고 내부 얼음 결정의 용해를 촉진한다.

지질/단백질 산화 방지

Li 등(2024)은 초음파와 약알칼리성 전기분해수(SBEW)를 병용하면 다음을 예방할 수 있음을 보여주었다:

• 초음파 + SBEW 처리 그룹에서 MDA(지질 산화 지표) 수치는 0.62 nmol/mg으로 떨어졌으며, 이는 공기 해동 처리된 새우의 0.83 nmol/mg과 비교된다.
• 초음파를 이용한 SBEW 처리된 새우에서 카르보닐(단백질 산화) 수치가 가장 낮았다(1.63 nmol/mg, 공기 해동 시 3.21 nmol/mg).

근육 구조의 유지 및 수분 보유

초음파 해동(UST):

• 근섬유의 무결성을 유지하며, 초음파를 이용한 SBEW 처리를 거친 시료에서는 신선한 새우와 유사하게 근섬유가 촘촘하게 정렬된 모습을 보인다.
• 그 결과, 다른 모든 방법에 비해 해동 손실(4.06%)과 조리 손실이 가장 낮게 나타났습니다.

 

 

초음파를 이용한 새우 껍질 벗기기 효율 향상

1. 캐비테이션은 껍질과 근육의 접합부를 물리적으로 약화시킨다

   Dang 등(2018)은 24 kHz의 고출력 초음파가 다음과 같은 현상을 일으킨다는 사실을 밝혀냈다:

   • 껍질 표면의 나선형 홈,
   • 표피층의 침식,
   • 기공률 증가,
   • 막층 쪽으로 뻗어 있는 미세관.

   이러한 구조적 변화는 쉘 분리 효율을 획기적으로 향상시킵니다.
   37페이지의 SEM 사진에서는 초음파 처리 및 초음파+효소 처리된 새우 표면에 움푹 패인 부분이 선명하게 나타나지만, 처리되지 않은 새우와 효소만 처리된 새우는 표면이 매끄러운 상태를 유지하고 있다.

 

2. 초음파를 사용하면 박리 작업이 줄어들고 수율이 높아집니다

   효소 성숙 전이나 성숙 중에 사용할 경우:

   • 박리 작업에 소요되는 에너지는 7.8 mJ/g(원료 기준)에서 3.9 mJ/g으로 감소하여 50% 줄었습니다.
   • 육수율이 증가했습니다(사육 조건에 따라 최대 약 90%까지).
   • 껍질을 완전히 벗긴 새우의 비율이 유의미하게 증가했다.

   초음파만으로도 박리성이 향상되지만, 초음파와 효소를 함께 사용하면 그 효과가 훨씬 더 뛰어납니다.

 

3. 초음파 미세채널을 통한 효소 확산 증진

   제안된 메커니즘의 결과는 다음과 같습니다:

   1. 캐비테이션 구멍이 형성된다 “접근점” 쉘 안에서.
   2. 이 구멍들은 더 깊은 미세 채널들과 연결되어 있습니다.
   3. 효소는—체내에서 생성된 것이든 외부에서 첨가된 것이든—더 빠르게 침투하여 근육과 껍질의 결합부를 가수분해합니다.

   이를 통해 다음이 가능해집니다:

   • 성숙 기간이 더 짧음(1~3일이 아닌 몇 시간),
   • 색이 바래거나 단맛이 떨어질 위험이 적으며,
   • 염수 절임 방식보다 소금 사용량이 적습니다.

 

4. 색상과 질감에 미치는 영향이 미미함

   오랜 시간 소금물에 몸을 담그는 것과는 달리, 초음파 치료는 다음과 같은 특징이 있습니다:

   • 생새우와 비교했을 때 L*, a*, b* 색상 매개변수는 변하지 않았으며,
   • 질감에 손상을 주지 않았다(경도, 탄력성, 씹는 맛이 비슷한 수준을 유지했다).

   이로 인해 초음파 처리는 색을 칙칙하게 만들고 단맛을 떨어뜨리는 것으로 알려진 염수에서의 과숙성보다 훨씬 안전합니다.

초음파 처리와 염수 처리의 비교

초음파는 염분 확산보다 더 정밀하게 제어되고, 더 빠르며, 더 깨끗한 메커니즘을 제공합니다.

매개 변수	전통적인 염수 숙성	초음파 기반 방법
시간	12~48시간	3~4시간 (US + 효소)
소금 사용량	높다	낮음 또는 없음
과도한 침수의 위험	높다	매우 낮음
박리 작업	온화한	최대 50% 할인
색상 보존	종종 축소됨	유지됨
친절	감소할 수 있음	유지됨
텍스처	탄력 상실	보존된
미생물학적 위험	더 높음 (처리 시간이 길음)	하부 (단축 공정)