อัลตราโซนิกส์เพื่อปรับปรุงการละลายและการแกะเปลือกกุ้ง

การบ่มกุ้งด้วยน้ำเกลือแบบดั้งเดิมสามารถทำให้การยึดติดระหว่างเปลือกกับเนื้อคลายตัวได้ แต่ต้องใช้เวลาแช่นานและควบคุมเกลืออย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงสีซีดจาง การสูญเสียความหวาน และเนื้อสัมผัสที่เสื่อมลง ความก้าวหน้าล่าสุดแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์กำลังสูงสามารถทดแทนหรือเสริมการบ่มได้ โดยเร่งทั้งการละลายและการคลายตัวของเปลือก พร้อมรักษาคุณภาพของกุ้ง เรียนรู้ข้อมูลที่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์สนับสนุนว่าการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแปรรูปและคุณภาพผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกุ้งแช่แข็งได้อย่างไร

การแกะเปลือกกุ้งและความท้าทาย

การแกะเปลือกกุ้งเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ก่อให้เกิดต้นทุนสูงที่สุดในการแปรรูปสัตว์จำพวกครัสเตเชียน สายพันธุ์ที่อาศัยในน้ำเย็น เช่น Pandalus borealis มีการยึดติดระหว่างกล้ามเนื้อกับเปลือกที่แน่นมาก ทำให้กุ้งที่เพิ่งจับมาแกะเปลือกด้วยเครื่องจักรได้ยากอย่างยิ่ง เพื่อแก้ปัญหานี้ ผู้แปรรูปมักใช้การแช่น้ำเกลือหรือการบ่มในน้ำแข็งนานถึง 1–3 วัน เพื่อให้เอนไซม์ที่มีอยู่ภายในและการแพร่ของเกลือทำให้การยึดติดอ่อนลง อย่างไรก็ตาม:

• การแช่นานเสี่ยงต่อการสูญเสียสีแดง/เหลือง,
• การดูดซึมเกลือมากเกินไปทำให้รสชาติเปลี่ยนและความหวานลดลง,
• ระยะเวลาที่ยาวนานขึ้นเพิ่มความเสี่ยงด้านจุลินทรีย์ และ
• การเกิดผลึกน้ำแข็งระหว่างการแช่แข็งอาจทำลายเนื้อเยื่อได้หากความเข้มข้นของเกลือไม่เพียงพอ.

ทางเลือกสมัยใหม่คือการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ ซึ่งออกฤทธิ์ทางกายภาพ (คาวิเทชัน ลำพุ่งของเหลวขนาดจุลภาค แรงเฉือน) แทนการออกฤทธิ์ทางเคมี ทำให้ทั้งการละลายรวดเร็วและการคลายตัวของเปลือกเร็วขึ้น โดยผลิตภัณฑ์เสื่อมคุณภาพน้อยที่สุด.

 

ค้นพบศักยภาพที่เปิดมิติใหม่ของอัลตราโซนิกความเข้มสูงที่ส่งผ่านอากาศ ด้วยตัวสั่นพ้องแบบแผ่นขั้นบันไดของ Hielscher เทคโนโลยีนี้ใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงสำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำโดยไม่สัมผัส เช่น การทำแห้ง การกำจัดฟอง การละลายน้ำแข็ง และการทำความสะอาดอย่างแม่นยำ ตัวสั่นพ้องมีขนาดกะทัดรัด ใช้งานได้หลากหลาย และแข็งแรงทนทาน โดยรูปทรงขั้นบันไดที่ออกแบบอย่างล้ำหน้าช่วยขยายและรวมคลื่นเสียงเพื่อส่งพลังงานที่เข้มข้น จึงเหมาะสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมที่ละเอียดอ่อนและซับซ้อน ไม่ว่าจะเป็นการผลิต การบินและอวกาศ การแปรรูปอาหาร เภสัชกรรม หรือการวิจัยวัสดุ เทคโนโลยีนี้เปิดโอกาสใหม่ในการเพิ่มประสิทธิภาพและสร้างนวัตกรรม

 

อัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงการละลายกุ้งได้อย่างไร

การถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วผ่านคาวิเทชัน

อัลตราซาวนด์ทำให้เกิดฟองขนาดจุลภาคในของเหลวรอบตัวกุ้ง ฟองเหล่านี้ขยายตัวและยุบตัวอย่างรุนแรง – ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าคาวิเทชันเชิงเสียง.
ตามรายงานของ Li et al. (2024):
อัลตราซาวนด์ลดเวลาละลายจาก 87 min (การละลายในอากาศ) และ 66 min (การละลายในน้ำไหล) เหลือ 48 min ซึ่งคิดเป็นการเร่งให้เร็วขึ้น 48.9%.

 

 

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากฟองคาวิเทชันที่ยุบตัว:

• สร้างคลื่นกระแทกและลำพุ่งของเหลวขนาดจุลภาค,
• ทำให้ชั้นขอบเขตความร้อนรอบอาหารบางลง,
• และเร่งการหลอมละลายของผลึกน้ำแข็งภายใน.

การป้องกันการออกซิเดชันของลิพิด/โปรตีน

Li et al. (2024) แสดงให้เห็นว่าการใช้อัลตราซาวนด์ร่วมกับน้ำที่ผ่านการแยกด้วยไฟฟ้าและมีความเป็นด่างเล็กน้อย (SBEW) ป้องกัน:

• MDA (ตัวบ่งชี้การออกซิเดชันของลิพิด) ลดลงเหลือ 0.62 nmol/mg เมื่อใช้อัลตราซาวนด์ + SBEW เทียบกับ 0.83 nmol/mg ในกุ้งที่ละลายในอากาศ.
• คาร์บอนิล (การออกซิเดชันของโปรตีน) มีค่าต่ำที่สุดในกุ้งที่ผ่านการละลายด้วย SBEW โดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (1.63 nmol/mg เทียบกับ 3.21 nmol/mg สำหรับการละลายในอากาศ).

การรักษาโครงสร้างกล้ามเนื้อและการกักเก็บน้ำ

การละลายด้วยอัลตราซาวนด์ (UST):

• รักษาความสมบูรณ์ของเส้นใยกล้ามเนื้อ โดยตัวอย่างที่ผ่านการละลายด้วย SBEW โดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยมีเส้นใยเรียงตัวชิดกันคล้ายกุ้งสด.
• ทำให้เกิดการสูญเสียระหว่างการละลายต่ำที่สุด (4.06%) และการสูญเสียระหว่างการปรุงสุกต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับวิธีอื่นทั้งหมด.

 

 

การแกะเปลือกกุ้งที่ดีขึ้นด้วยอัลตราซาวนด์

1. คาวิเทชันทำให้รอยต่อระหว่างเปลือกกับกล้ามเนื้ออ่อนลงทางกายภาพ

   Dang et al. (2018) พบว่าอัลตราซาวนด์กำลังสูงที่ 24 kHz ทำให้เกิด:

   • หลุมรูปเกลียวบนผิวเปลือก,
   • การกร่อนของชั้นเอพิคิวติเคิล,
   • ความพรุนเพิ่มขึ้น,
   • ช่องทางขนาดจุลภาคที่ขยายเข้าไปหาชั้นเยื่อ.

   การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้ช่วยให้เปลือกหลุดออกได้ดีขึ้นอย่างมาก.
   ภาพ SEM ในหน้า 37 แสดงหลุมบนกุ้งที่ผ่านการใช้ US และ US+เอนไซม์อย่างชัดเจน ขณะที่ตัวอย่างกุ้งดิบและตัวอย่างที่ใช้เอนไซม์เพียงอย่างเดียวยังคงมีผิวเรียบ.

 

2. อัลตราซาวนด์ลดงานที่ใช้ในการแกะเปลือกและเพิ่มผลผลิต

   เมื่อใช้ก่อนหรือระหว่างการบ่มด้วยเอนไซม์:

   • งานที่ใช้ในการแกะเปลือกลดลงจาก 7.8 mJ/g (กุ้งดิบ) เหลือ 3.9 mJ/g คิดเป็นการลดลง 50%.
   • ผลผลิตเนื้อเพิ่มขึ้น (สูงถึง ~90% ขึ้นอยู่กับสภาวะ).
   • สัดส่วนของกุ้งที่แกะเปลือกออกได้หมดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ.



   อัลตราซาวนด์เพียงอย่างเดียวก็ช่วยให้แกะเปลือกได้ง่ายขึ้นอยู่แล้ว ส่วนการใช้อัลตราซาวนด์ + เอนไซม์ร่วมกันให้ผลที่ดียิ่งขึ้น.

 

3. การแพร่ของเอนไซม์ดีขึ้นผ่านช่องทางขนาดจุลภาคที่เกิดจากอัลตราซาวนด์

   กลไกที่เสนอส่งผลให้:

   1. หลุมที่เกิดจากคาวิเทชันสร้าง “จุดเข้าสู่ภายใน” บนเปลือก.
   2. หลุมเหล่านี้เชื่อมต่อกับช่องทางขนาดจุลภาคที่อยู่ลึกลงไป.
   3. เอนไซม์ – ไม่ว่าจะมีอยู่ภายในหรือเติมเข้าไป – แทรกซึมได้เร็วขึ้นและย่อยสลายจุดยึดติดระหว่างกล้ามเนื้อกับเปลือกด้วยปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส.

   สิ่งนี้ช่วยให้:

   • ระยะเวลาบ่มสั้นลง (ใช้เวลาเป็นชั่วโมงแทน 1–3 วัน),
   • ความเสี่ยงต่อสีซีดจางหรือการสูญเสียความหวานลดลง,
   • ต้องใช้เกลือน้อยกว่าการแช่น้ำเกลือ.

 

4. ผลกระทบต่อสีและเนื้อสัมผัสน้อยที่สุด

   ต่างจากการแช่น้ำเกลือเป็นเวลานาน การใช้อัลตราซาวนด์:

   • ไม่ทำให้ค่าพารามิเตอร์สี L*, a*, b* เปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับกุ้งดิบ,
   • ไม่ทำให้เนื้อสัมผัสเสียหาย (ความแข็ง ความสามารถในการคืนตัว และความเหนียวในการเคี้ยวยังคงใกล้เคียงกัน).

   สิ่งนี้ทำให้อัลตราซาวนด์ปลอดภัยกว่าการบ่มในน้ำเกลือนานเกินไปอย่างมาก ซึ่งเป็นที่ทราบกันว่าทำให้สีหมองและความหวานลดลง.

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เทียบกับการแช่น้ำเกลือ

อัลตราซาวนด์ให้กลไกที่ควบคุมได้ดีกว่า เร็วกว่า และสะอาดกว่าการแพร่ของเกลือ.

พารามิเตอร์	การบ่มในน้ำเกลือแบบดั้งเดิม	วิธีที่ใช้อัลตราซาวนด์
เวลา	12–48h	3–4h (US + เอนไซม์)
การใช้เกลือ	สูง	ต่ำหรือไม่ใช้เลย
ความเสี่ยงจากการแช่นานเกินไป	สูง	ต่ำมาก
งานที่ใช้ในการแกะเปลือก	ปานกลาง	ลดลงได้ถึง 50%
การรักษาสี	มักลดลง	คงไว้
ความหวาน	อาจลดลง	คงไว้
เนื้อสัมผัส	สูญเสียความเด้ง	รักษาไว้
ความเสี่ยงด้านจุลินทรีย์	สูงกว่า (ระยะเวลาแปรรูปนาน)	ต่ำกว่า (ระยะเวลาแปรรูปสั้น)