อัลตราโซนิกสำหรับการละลายน้ำแข็งและการลอกเปลือกกุ้งที่ดีขึ้น
การบ่มกุ้งแบบดั้งเดิมที่ใช้การแช่น้ำเกลือสามารถทำให้เปลือกกุ้งหลุดออกจากเนื้อได้ง่ายขึ้น แต่ต้องใช้เวลาแช่นานและควบคุมปริมาณเกลืออย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการซีดจางของสี การสูญเสียความหวาน และเนื้อสัมผัสที่ด้อยลง ความก้าวหน้าล่าสุดแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวด์พลังงานสูงสามารถทดแทนหรือเสริมกระบวนการบ่มได้โดยการเร่งการละลายน้ำแข็งและการทำให้เปลือกหลุดออกจากเนื้อในขณะที่ยังคงคุณภาพของกุ้งไว้ รับข้อมูลเชิงลึกที่อ้างอิงจากงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ว่าโซนิเคชันช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการแปรรูปและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ปลายทางของกุ้งแช่แข็งได้อย่างไร
การลอกเปลือกกุ้งและความท้าทาย
การลอกเปลือกกุ้งเป็นหนึ่งในปัจจัยต้นทุนที่สูงที่สุดในการแปรรูปสัตว์น้ำจำพวกครัสเตเชียน กุ้งที่อาศัยในน้ำเย็น เช่น Pandalus borealis มีลักษณะการยึดเกาะระหว่างกล้ามเนื้อและเปลือกที่แข็งแรงมาก ทำให้กุ้งที่จับสดใหม่มีความยากลำบากในการลอกเปลือกด้วยเครื่องจักร เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ผู้แปรรูปมักใช้วิธีการแช่เกลือหรือการบ่มด้วยน้ำแข็งเป็นเวลา 1-3 วัน เพื่อให้เอนไซม์ภายในและเกลือช่วยในการลดการยึดเกาะ อย่างไรก็ตาม:
- การแช่น้ำนานเกินไปเสี่ยงต่อการสูญเสียสีแดง/เหลือง
- การดูดซึมเกลือมากเกินไปทำให้รสชาติเปลี่ยนและลดความหวาน
- เวลาที่เพิ่มขึ้นเพิ่มความเสี่ยงของจุลินทรีย์
- การเกิดผลึกน้ำแข็งระหว่างการแช่แข็งสามารถทำลายเนื้อเยื่อได้หากมีความเข้มข้นของเกลือไม่เพียงพอ
ทางเลือกสมัยใหม่คือการใช้คลื่นเสียง (sonication) ซึ่งทำงานทางกายภาพ (การเกิดโพรงอากาศ, ไมโครเจ็ต, แรงเฉือน) แทนที่จะเป็นทางเคมี ทำให้สามารถละลายน้ำแข็งได้อย่างรวดเร็วและช่วยเร่งการหลุดของเปลือกโดยมีการเสื่อมสภาพของผลิตภัณฑ์น้อยที่สุด
การละลายอัลตราโซนิกด้วย Hielscher Stepped Plate Sonicator
วิธีการที่อัลตราซาวด์ช่วยปรับปรุงการละลายน้ำแข็งของกุ้ง
การถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วผ่านการเกิดโพรงอากาศ
อัลตราซาวด์ทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็กมากในของเหลวที่ล้อมรอบกุ้ง ฟองอากาศเหล่านี้จะขยายตัวและยุบตัวอย่างรุนแรง – ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเกิดโพรงอากาศจากเสียง
ตามที่ Li และคณะ (2024) ระบุว่า:
อัลตราซาวด์ลดเวลาการละลายจาก 87 นาที (การละลายในอากาศ) และ 66 นาที (การละลายในน้ำไหล) ลงเหลือ 48 นาที ซึ่งแสดงถึงการเร่งความเร็ว 48.9%
กราฟการละลายของกุ้งแช่แข็งที่ผ่านการละลายด้วยวิธีต่างๆ (AT: การละลายด้วยอากาศ, FWT: การละลายด้วยไฮโดรไลซิสแบบไหล, US: การละลายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง, UST: การละลายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงร่วมกับ SBEW)
ศึกษาและกราฟ: Li และคณะ, 2024
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการยุบตัวของฟองอากาศคาวิเทชัน:
- สร้างคลื่นกระแทกและไมโครเจ็ต
- ทำให้ชั้นขอบเขตความร้อนรอบอาหารบางลง
- และเร่งการละลายของผลึกน้ำแข็งภายใน
การป้องกันการเกิดออกซิเดชันของไขมัน/โปรตีน
Li และคณะ (2024) แสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นเสียงความถี่สูงร่วมกับน้ำอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์เป็นด่างเล็กน้อย (SBEW) สามารถป้องกันการ:
- MDA (ตัวบ่งชี้การออกซิเดชันของไขมัน) ลดลงเหลือ 0.62 นาโนโมล/มิลลิกรัม ในกุ้งที่ได้รับการรักษาด้วยอัลตราซาวด์ + SBEW เทียบกับ 0.83 นาโนโมล/มิลลิกรัม ในกุ้งที่ละลายในอากาศ
- คาร์บอนิล (การออกซิเดชันของโปรตีน) ต่ำที่สุดในกุ้งที่ผ่านการบำบัดด้วย SBEW ร่วมกับอัลตราซาวด์ (1.63 นาโนโมล/มิลลิกรัม เทียบกับ 3.21 นาโนโมล/มิลลิกรัม สำหรับการละลายด้วยอากาศ)
การรักษาโครงสร้างของกล้ามเนื้อและการกักเก็บน้ำ
การละลายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UST):
- รักษาความสมบูรณ์ของเส้นใยกล้ามเนื้อ, โดยตัวอย่างที่ได้รับการรักษาด้วย SBEW ที่ช่วยด้วยอัลตราซาวด์แสดงให้เห็นเส้นใยที่เรียงตัวอย่างแน่นหนาคล้ายกับกุ้งสด
- ส่งผลให้เกิดการสูญเสียจากการละลายต่ำที่สุด (4.06%) และการสูญเสียจากการปรุงอาหารต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นทั้งหมด
ผลของวิธีการละลายน้ำแข็งที่แตกต่างกันต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของกุ้ง
(FS: กุ้งสด, AT: ละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ, FWT: ละลายน้ำแข็งด้วยไฮโดรไลซิสแบบไหล, US: ละลายน้ำแข็งด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง, UST: ละลายน้ำแข็งด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงร่วมกับ SBEW)
การศึกษาและภาพ: ©Li และคณะ, 2024
การละลายน้ําแข็งและการละลายอย่างมีประสิทธิภาพด้วย Hielscher Stepped Plate Sonicator
การลอกเปลือกกุ้งด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
-
การเกิดโพรงอากาศทำให้จุดเชื่อมต่อระหว่างเปลือกและกล้ามเนื้ออ่อนแอลงทางกายภาพ
ดังและคณะ (2018) พบว่าอัลตราซาวนด์แบบกำลังที่ความถี่ 24 กิโลเฮิรตซ์สร้าง:
- หลุมเกลียวบนพื้นผิวของเปลือก
- การสึกกร่อนของชั้นเอพิคิวติเคิล
- การเพิ่มขึ้นของความพรุน
- ไมโครแชนเนลที่ขยายออกไปยังชั้นเยื่อหุ้ม
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้ช่วยปรับปรุงการปล่อยเปลือกได้อย่างมาก
ภาพ SEM ในหน้า 37 แสดงให้เห็นหลุมบนกุ้งที่ผ่านการบำบัดด้วย US และ US+เอนไซม์อย่างชัดเจน ในขณะที่ตัวอย่างดิบและตัวอย่างที่ใช้เอนไซม์เพียงอย่างเดียวมีพื้นผิวเรียบ -
อัลตราซาวด์ช่วยลดงานลอกและเพิ่มผลผลิต
เมื่อใช้ก่อนหรือระหว่างการเจริญเติบโตของเอนไซม์:
- งานการลอกลดลงจาก 7.8 mJ/g (ดิบ) เป็น 3.9 mJ/g ลดลง 50%
- ผลผลิตเนื้อเพิ่มขึ้น (สูงสุดประมาณ 90% ขึ้นอยู่กับสภาพ)
- สัดส่วนของกุ้งที่ปอกเปลือกอย่างสมบูรณ์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
อัลตราซาวด์เพียงอย่างเดียวช่วยปรับปรุงการลอกได้แล้ว; เมื่อใช้ร่วมกับอัลตราซาวด์และเอนไซม์จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น
-
การแพร่ของเอนไซม์ที่เพิ่มขึ้นผ่านช่องขนาดไมโครที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูง
กลไกที่เสนอส่งผลให้เกิด:
- เกิดหลุมคาวิเตชัน “จุดเข้า” ในเปลือก
- หลุมเหล่านี้เชื่อมต่อกับไมโครแชนเนลที่ลึกกว่า
- เอนไซม์–ไม่ว่าจะเป็นเอนไซม์ที่เกิดจากภายในหรือที่เติมเข้าไป–จะซึมผ่านได้เร็วขึ้นและย่อยสลายการยึดเกาะระหว่างกล้ามเนื้อและเปลือกหุ้ม
สิ่งนี้อนุญาตให้:
- ระยะเวลาการบ่มสั้นลง (เป็นชั่วโมงแทนที่จะเป็น 1–3 วัน)
- มีความเสี่ยงน้อยลงในการซีดจางของสีหรือการสูญเสียความหวาน
- ความต้องการเกลือต่ำกว่าการแช่เกลือ
-
ผลกระทบต่อสีและผิวสัมผัสที่น้อยที่สุด
ต่างจากการแช่น้ำเกลือเป็นเวลานาน การรักษาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง:
- ไม่เปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์สี L*, a*, b* เมื่อเทียบกับกุ้งดิบ
- ไม่ทำให้เนื้อสัมผัสเสียหาย (ความแข็ง ความยืดหยุ่น ความเหนียว ยังคงใกล้เคียงเดิม)
สิ่งนี้ทำให้การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงปลอดภัยกว่าการบ่มในน้ำเกลือซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าทำให้สีหม่นและลดความหวาน
การโซนิเคชันเปรียบเทียบกับการแช่เกลือ
อัลตราซาวด์ให้กลไกที่ควบคุมได้มากกว่า รวดเร็ว และสะอาดกว่าการแพร่ของเกลือ
| พารามิเตอร์ | การบ่มด้วยน้ำเกลือแบบดั้งเดิม | วิธีการที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูง |
|---|---|---|
| เวลา | 12-48 ชั่วโมง | 3-4 ชั่วโมง (สหรัฐอเมริกา + เอนไซม์) |
| การใช้เกลือ | สูง | ต่ำหรือไม่มีเลย |
| ความเสี่ยงของการแช่น้ำนานเกินไป | สูง | ต่ำมาก |
| งานลอก | ปานกลาง | ลดสูงสุดถึง 50% |
| การรักษาสี | ลดราคาบ่อย | บำรุงรักษา |
| ความหวาน | อาจลดลง | บำรุงรักษา |
| เนื้อ | การสูญเสียความยืดหยุ่น | อนุรักษ์ไว้ |
| ความเสี่ยงจากจุลินทรีย์ | สูงขึ้น (ระยะเวลาดำเนินการยาวนาน) | ต่ำกว่า (กระบวนการสั้น) |
Hielscher Stepped Plate Sonicator ช่วยให้ละลายได้เร็วขึ้นและสม่ําเสมอยิ่งขึ้นด้วยอัลตราซาวนด์ทางอากาศ
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
คําถามที่พบบ่อย
วิธีการละลายน้ำแข็งกุ้งที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมอาหารมีอะไรบ้าง?
วิธีการละลายน้ำแข็งกุ้งที่ใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป ได้แก่ การละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ การละลายน้ำแข็งด้วยการแช่น้ำหรือการละลายน้ำแข็งด้วยน้ำไหล การละลายน้ำแข็งด้วยน้ำแข็ง และการละลายน้ำแข็งด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ซึ่งวิธีการเหล่านี้มีความแตกต่างกันในด้านประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน โดยคลื่นเสียงความถี่สูงจะช่วยเร่งการละลายน้ำแข็งได้อย่างมากผ่านการไหลของไมโครสตรีมมิ่งที่เกิดจากการเกิดโพรงอากาศและการนำความร้อนที่ดีขึ้น
ปัจจัยสำคัญในการละลายน้ำแข็งที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของอาหารคืออะไร?
ปัจจัยสำคัญด้านความปลอดภัยอาหารระหว่างการละลายน้ำแข็ง ได้แก่ โปรไฟล์เวลา-อุณหภูมิ เนื่องจากการละลายน้ำแข็งเป็นเวลานานจะเอื้อต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และเร่งกิจกรรมของเอนไซม์ออโตไลติก การป้องกันการสูญเสียหยดน้ำที่มีสารอาหารสูงซึ่งเป็นเชื้อเพลิงให้กับการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ และการควบคุมกระบวนการออกซิเดชัน ซึ่งอาจทำให้ความสมบูรณ์ของโปรตีนลดลงและก่อให้เกิดสารบ่งชี้การเน่าเสีย เช่น TVB-N และแอลดีไฮด์ที่เกิดจากไขมัน การทำให้ละลายน้ำแข็งอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอที่อุณหภูมิต่ำกว่าเกณฑ์การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่สำคัญจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง
เปลือกของกุ้งทำมาจากอะไร?
เปลือกกุ้งประกอบด้วยไคตินเป็นหลัก ซึ่งจัดเรียงตัวเป็นชั้นๆ ในชั้นผิวหนังที่มีโปรตีนและแร่ธาตุรวมอยู่ด้วย ทำให้เกิดโครงกระดูกภายนอกที่แข็งแรง การศึกษาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงแสดงให้เห็นว่าชั้นผิวหนังชั้นนอกสามารถถูกกัดกร่อนโดยปรากฏการณ์คาวิเทชัน ทำให้เกิดหลุมและช่องขนาดจิ๋วที่ลดการยึดเกาะกับกล้ามเนื้อ
การละลายน้ำแข็งส่งผลต่อลักษณะของโปรตีนไมโอไฟบริลอย่างไร?
การละลายน้ำแข็งส่งผลต่อโปรตีนไมโอไฟบริลโดยการส่งเสริมการดัดแปลงออกซิเดทีฟ การคลายโครงสร้าง และการเสื่อมสลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการละลายน้ำแข็งเป็นไปอย่างช้าๆ ในการละลายน้ำแข็งแบบดั้งเดิม การเกิดคาร์บอนิลจะเพิ่มขึ้น กลุ่มซัลฟไฮดริลจะสูญเสียไป ปริมาณโครงสร้างแอลฟาเฮลิกส์จะลดลง และโครงสร้างแบบเกลียวสุ่มจะเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงการสูญเสียโครงสร้างปกติการละลายน้ำแข็งด้วยอัลตราซาวด์ โดยเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกับน้ำอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเป็นด่างเล็กน้อย จะช่วยลดผลกระทบเหล่านี้และช่วยรักษาโครงสร้างโปรตีนทุติยภูมิและตติยภูมิ ความยืดหยุ่น และความสามารถในการกักเก็บน้ำได้ดีขึ้น
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม