Ultradźwięki usprawniające rozmrażanie i obieranie krewetek

Tradycyjne dojrzewanie krewetek w solance może osłabić połączenie pancerza z mięsem, ale wymaga długiego moczenia i starannej kontroli stężenia soli, aby uniknąć blaknięcia barwy, utraty słodyczy i pogorszenia tekstury. Najnowsze osiągnięcia pokazują, że ultradźwięki dużej mocy mogą zastąpić lub usprawnić dojrzewanie, przyspieszając zarówno rozmrażanie, jak i osłabianie połączenia z pancerzem, przy zachowaniu jakości krewetek. Dowiedz się na podstawie badań naukowych, jak sonikacja poprawia efektywność przetwarzania i jakość produktu końcowego uzyskiwanego z mrożonych krewetek.

Obieranie krewetek i związane z nim wyzwania

Obieranie krewetek jest jednym z czynników generujących największe koszty w przetwórstwie skorupiaków. Gatunki zimnowodne, takie jak Pandalus borealis, wykazują bardzo silne połączenie mięśni z pancerzem, przez co świeżo złowione krewetki są niezwykle trudne do mechanicznego obierania. Aby rozwiązać ten problem, przetwórcy tradycyjnie stosują dojrzewanie w solance lub w lodzie przez okres sięgający 1–3 dni, co pozwala enzymom endogennym i dyfuzji soli osłabić to połączenie. Jednak:

• długie moczenie grozi utratą czerwonej/żółtej barwy,
• nadmierne wchłanianie soli zmienia smak i zmniejsza słodycz,
• wydłużony czas zwiększa ryzyko mikrobiologiczne, a
• krystalizacja lodu podczas zamrażania może uszkodzić tkankę przy braku odpowiedniego stężenia soli.

Nowoczesną alternatywą jest sonikacja, która działa fizycznie (kawitacja, mikrostrumienie, siły ścinające), a nie chemicznie, zapewniając zarówno szybkie rozmrażanie, jak i przyspieszone osłabianie połączenia z pancerzem przy minimalnej degradacji produktu.

 

Odkryj przełomowy potencjał intensywnych ultradźwięków przenoszonych przez powietrze dzięki rezonatorowi płytowemu Hielscher o geometrii schodkowej. Ta innowacyjna technologia wykorzystuje fale ultradźwiękowe dużej mocy do precyzyjnych zastosowań bezkontaktowych, takich jak suszenie, odpienianie, rozmrażanie i precyzyjne czyszczenie. Kompaktowy, wszechstronny i wytrzymały rezonator dzięki zaawansowanej geometrii schodkowej wzmacnia i skupia fale dźwiękowe, dostarczając dużą ilość energii, co czyni go idealnym rozwiązaniem do delikatnych i złożonych procesów przemysłowych. W produkcji, przemyśle lotniczym i kosmicznym, przetwórstwie spożywczym, farmacji czy badaniach materiałowych technologia ta otwiera nowe możliwości zwiększania wydajności i wprowadzania innowacji.

 

Jak ultradźwięki usprawniają rozmrażanie krewetek

Szybka wymiana ciepła dzięki kawitacji

Ultradźwięki wytwarzają mikroskopijne pęcherzyki w cieczy otaczającej krewetki. Pęcherzyki te rozszerzają się i gwałtownie zapadają – zjawisko to nazywa się kawitacją akustyczną.
Według Li i in. (2024):
Ultradźwięki skróciły czas rozmrażania z 87 min (rozmrażanie w powietrzu) i 66 min (rozmrażanie w wodzie przepływającej) do 48 min, co stanowi przyspieszenie o 48,9%.

 

 

Dzieje się tak, ponieważ zapadające się pęcherzyki kawitacyjne:

• generują fale uderzeniowe i mikrostrumienie,
• zmniejszają grubość termicznej warstwy granicznej wokół żywności,
• i przyspieszają topnienie wewnętrznych kryształów lodu.

Ochrona przed utlenianiem lipidów/białek

Li i in. (2024) pokazują, że połączenie ultradźwięków z lekko zasadową wodą elektrolizowaną (SBEW) zapobiega:

• Poziom MDA (markera utleniania lipidów) spadł do 0,62 nmol/mg przy zastosowaniu ultradźwięków + SBEW w porównaniu z 0,83 nmol/mg w krewetkach rozmrażanych w powietrzu.
• Poziom grup karbonylowych (utlenianie białek) był najniższy w krewetkach poddanych działaniu SBEW wspomaganemu ultradźwiękami (1,63 nmol/mg w porównaniu z 3,21 nmol/mg przy rozmrażaniu w powietrzu).

Zachowanie struktury mięśni i zatrzymywania wody

Rozmrażanie ultradźwiękowe (UST):

• zachowuje integralność włókien mięśniowych, 
przy czym próbki poddane działaniu SBEW wspomaganemu ultradźwiękami wykazują ściśle ułożone włókna, podobnie jak świeże krewetki.
• zapewnia najniższe straty podczas rozmrażania (4,06%) i najniższe straty podczas gotowania w porównaniu ze wszystkimi innymi metodami.

 

 

Obieranie krewetek usprawnione ultradźwiękami

1. Kawitacja fizycznie osłabia połączenie pancerza z mięśniami

   Dang i in. (2018) stwierdzili, że ultradźwięki dużej mocy o częstotliwości 24 kHz powodują powstawanie:

   • spiralnych zagłębień na powierzchni pancerza,
   • erozji warstwy epikutikuli,
   • zwiększonej porowatości,
   • mikrokanałów sięgających w kierunku warstwy błoniastej.

   Te zmiany strukturalne radykalnie ułatwiają oddzielanie pancerza.
   Zdjęcia SEM na stronie 37 wyraźnie pokazują zagłębienia na krewetkach poddanych działaniu US oraz US+enzymu, podczas gdy próbki surowe i poddane działaniu samego enzymu pozostają gładkie.

 

2. Ultradźwięki zmniejszają pracę potrzebną do obierania i zwiększają uzysk

   Przy zastosowaniu przed dojrzewaniem enzymatycznym lub w jego trakcie:

   • Praca potrzebna do obierania zmniejszyła się z 7,8 mJ/g (krewetki surowe) do 3,9 mJ/g, co stanowi redukcję o 50%.
   • Uzysk mięsa wzrósł (do ~90% w zależności od warunków).
   • Odsetek całkowicie obranych krewetek znacznie wzrósł.



   Już same ultradźwięki poprawiają łatwość obierania; połączenie ultradźwięków + enzymu jest jeszcze skuteczniejsze.

 

3. Dyfuzja enzymów usprawniona dzięki mikrokanałom wytworzonym ultradźwiękami

   Proponowany mechanizm prowadzi do następujących efektów:

   1. Zagłębienia kawitacyjne tworzą „punkty wejścia” w pancerzu.
   2. Zagłębienia te łączą się z głębszymi mikrokanałami.
   3. Enzymy – zarówno endogenne, jak i dodane – wnikają szybciej i hydrolizują połączenie mięśni z pancerzem.

   Pozwala to na:

   • krótsze dojrzewanie (godziny zamiast 1–3 dni),
   • mniejsze ryzyko blaknięcia barwy lub utraty słodyczy,
   • mniejsze zapotrzebowanie na sól niż przy stosowaniu solanki.

 

4. Minimalny wpływ na barwę i teksturę

   W przeciwieństwie do długiego moczenia w solance zabiegi ultradźwiękowe:

   • nie zmieniły parametrów barwy L*, a*, b* w porównaniu z surowymi krewetkami,
   • nie pogorszyły tekstury (twardość, zdolność do odzyskiwania kształtu i żujność pozostały porównywalne).

   Dzięki temu ultradźwięki są znacznie bezpieczniejsze niż nadmiernie długie dojrzewanie w solance, które, jak wiadomo, powoduje matowienie barwy i zmniejsza słodycz.

Sonikacja w porównaniu ze stosowaniem solanki

Ultradźwięki zapewniają bardziej kontrolowany, szybszy i czystszy mechanizm niż dyfuzja soli.

Parametr	Tradycyjne dojrzewanie w solance	Metody oparte na ultradźwiękach
Czas	12–48h	3–4h (US + enzym)
Zużycie soli	Wysokie	Niskie lub zerowe
Ryzyko zbyt długiego moczenia	Wysokie	Bardzo niskie
Praca potrzebna do obierania	Umiarkowana	Zmniejszona nawet o 50%
Zachowanie barwy	Często pogorszone	Utrzymane
Słodycz	Może się zmniejszyć	Utrzymana
Tekstura	utrata sprężystości	Zachowana
Ryzyko mikrobiologiczne	Wyższe (długi czas procesu)	Niższe (krótki proces)