Ультразвук для улучшения размораживания и очистки креветок от панциря

Традиционное созревание креветок в рассоле может ослабить соединение между панцирем и мясом, но требует длительного замачивания и тщательного контроля содержания соли, чтобы избежать потускнения окраски, потери сладости и ухудшения текстуры. Последние достижения показывают, что мощный ультразвук может заменить или улучшить созревание, ускоряя как размораживание, так и ослабление прикрепления панциря, сохраняя при этом качество креветок. Узнайте из научно обоснованных материалов, как обработка ультразвуком повышает эффективность переработки замороженных креветок и качество конечного продукта.

Очистка креветок от панциря и связанные с ней трудности

Очистка креветок от панциря – один из крупнейших факторов затрат при переработке ракообразных. У холодноводных видов, таких как Pandalus borealis, мышцы очень прочно прикреплены к панцирю, поэтому свежевыловленных креветок крайне трудно очищать механическим способом. Для решения этой проблемы переработчики традиционно используют выдержку в рассоле или созревание во льду продолжительностью до 1–3 дней, позволяя эндогенным ферментам и диффузии соли ослабить это прикрепление. Однако:

• длительное замачивание создает риск потери красной/желтой окраски,
• избыточное поглощение соли изменяет вкус и уменьшает сладость,
• увеличение продолжительности повышает микробиологический риск, а
• кристаллизация льда при замораживании может повреждать ткани при недостаточной концентрации соли.

Современная альтернатива – обработка ультразвуком, которая оказывает физическое воздействие (кавитация, микроструи, силы сдвига), а не химическое, обеспечивая как быстрое размораживание, так и ускоренное ослабление прикрепления панциря при минимальном ухудшении качества продукта.

 

Откройте для себя принципиально новые возможности интенсивного ультразвука в воздушной среде со ступенчатым пластинчатым резонатором Hielscher. Эта инновационная технология использует мощные ультразвуковые волны для точных бесконтактных операций, таких как сушка, пеногашение, размораживание и прецизионная очистка. Компактный, универсальный и прочный резонатор благодаря усовершенствованной ступенчатой геометрии усиливает и фокусирует звуковые волны, обеспечивая передачу высокой энергии, что делает его идеальным для деликатных и сложных промышленных процессов. Эта технология открывает новые возможности повышения эффективности и внедрения инноваций в промышленном производстве, аэрокосмической отрасли, пищевой промышленности, фармацевтике и исследованиях материалов.

 

Как ультразвук улучшает размораживание креветок

Быстрая теплопередача благодаря кавитации

Ультразвук создает микроскопические пузырьки в жидкости, окружающей креветки. Эти пузырьки расширяются и резко схлопываются – это явление называется акустической кавитацией.
Согласно Li et al. (2024):
Ультразвук сократил время размораживания с 87 min (размораживание на воздухе) и 66 min (размораживание в проточной воде) до 48 min, что представляет собой ускорение на 48,9%.

 

 

Это происходит потому, что схлопывающиеся кавитационные пузырьки:

• создают ударные волны и микроструи,
• уменьшают толщину теплового пограничного слоя вокруг пищевого продукта,
• и ускоряют таяние внутренних кристаллов льда.

Защита от окисления липидов/белков

Li et al. (2024) показывают, что сочетание ультразвука со слабощелочной электролизованной водой (SBEW) предотвращает:

• Содержание MDA (маркера окисления липидов) снизилось до 0,62 nmol/mg при использовании ультразвука + SBEW по сравнению с 0,83 nmol/mg у креветок, размороженных на воздухе.
• Содержание карбонильных групп (окисление белков) было самым низким у креветок, обработанных SBEW с помощью ультразвука (1,63 nmol/mg по сравнению с 3,21 nmol/mg при размораживании на воздухе).

Сохранение структуры мышц и удержание воды

Ультразвуковое размораживание (UST):

• сохраняет целостность мышечных волокон, при этом образцы, обработанные SBEW с помощью ультразвука, демонстрируют плотно расположенные, упорядоченные волокна, как у свежих креветок.
• обеспечивает самые низкие потери при размораживании (4,06%) и самые низкие потери при приготовлении по сравнению со всеми другими методами.

 

 

Улучшение очистки креветок от панциря с помощью ультразвука

1. Кавитация физически ослабляет соединение между панцирем и мышцами

   Dang et al. (2018) обнаружили, что мощный ультразвук с частотой 24 kHz создает:

   • спиралевидные углубления на поверхности панциря,
   • эрозию слоя эпикутикулы,
   • повышенную пористость,
   • микроканалы, простирающиеся в направлении мембранного слоя.

   Эти структурные изменения значительно улучшают отделение панциря.
   На изображениях, полученных методом сканирующей электронной микроскопии (SEM), на странице 37 отчетливо видны углубления у креветок, обработанных US и US+ферментом, тогда как необработанные образцы и образцы, обработанные только ферментом, остаются гладкими.

 

2. Ультразвук уменьшает работу по очистке от панциря и повышает выход мяса

   При использовании до или во время ферментативного созревания:

   • Работа по очистке от панциря уменьшилась с 7,8 mJ/g (необработанные креветки) до 3,9 mJ/g, то есть на 50%.
   • Выход мяса увеличился (до ~90% в зависимости от условий).
   • Доля полностью очищенных от панциря креветок значительно увеличилась.



   Уже одно только применение ультразвука облегчает очистку от панциря; сочетание ультразвука + фермента еще более эффективно.

 

3. Усиление диффузии ферментов через микроканалы, образованные ультразвуком

   Предлагаемый механизм приводит к следующему:

   1. Кавитационные углубления образуют в панцире «точки входа».
   2. Эти углубления соединяются с более глубокими микроканалами.
   3. Ферменты – как эндогенные, так и добавленные – проникают быстрее и гидролизуют соединение между мышцами и панцирем.

   Это позволяет обеспечить:

   • более короткое созревание (часы вместо 1–3 дней),
   • меньший риск потускнения окраски или потери сладости,
   • меньшую потребность в соли, чем при выдержке в рассоле.

 

4. Минимальное влияние на окраску и текстуру

   В отличие от длительного замачивания в солевом растворе, обработка ультразвуком:

   • не изменяла цветовые параметры L*, a*, b* по сравнению с необработанными креветками,
   • не повреждала текстуру (твердость, способность восстанавливать форму и жевательная характеристика оставались сопоставимыми).

   Это делает ультразвук намного безопаснее чрезмерного созревания в рассоле, которое, как известно, приводит к потускнению окраски и уменьшению сладости.

Сравнение обработки ультразвуком с выдержкой в рассоле

Ультразвук обеспечивает более контролируемый, быстрый и чистый механизм, чем диффузия соли.

Параметр	Традиционное созревание в рассоле	Методы на основе ультразвука
Время	12–48h	3–4h (US + фермент)
Использование соли	Высокое	Низкое или отсутствует
Риск чрезмерного замачивания	Высокий	Очень низкий
Работа по очистке от панциря	Умеренная	Снижается на величину до 50%
Сохранение окраски	Часто ухудшается	Обеспечивается
Сладость	Может уменьшаться	Сохраняется
Текстура	потеря упругости	Сохраняется
Микробиологический риск	Выше (длительное время обработки)	Ниже (короткая обработка)