Застосування ультразвуку для поліпшення розморожування та очищення креветок
Традиційне дозрівання креветок у розсолі може послабити зв’язок між панциром і м’ясом, але вимагає тривалого замочування та ретельного контролю за кількістю солі, щоб уникнути вицвітання кольору, втрати солодкого смаку та погіршення текстури. Останні досягнення показують, що потужний ультразвук може замінити або покращити процес дозрівання, прискорюючи як розморожування, так і розпушування панцира, зберігаючи при цьому якість креветок. Отримайте науково обґрунтовані відомості про те, як ультразвукова обробка підвищує ефективність переробки та якість кінцевого продукту із заморожених креветок.
Очищення креветок та пов’язані з цим труднощі
Очищення креветок є одним із найбільших факторів, що впливають на собівартість у переробці ракоподібних. Види, що мешкають у холодних водах, такі як Pandalus borealis, мають дуже міцне зчеплення м’язів із панциром, що робить механічне очищення свіжовиловлених креветок надзвичайно складним. Щоб вирішити цю проблему, переробники традиційно застосовують засолювання або дозрівання на льоду протягом 1–3 днів, що дозволяє ендогенним ферментам та дифузії солі послабити це зчеплення. Однак:
- тривале замочування може призвести до втрати червоного/жовтого кольору,
- надмірне споживання солі змінює смак і зменшує солодкість,
- продовження терміну зберігання підвищує ризик розвитку мікроорганізмів, і
- Кристалізація льоду під час замерзання може пошкодити тканини, якщо концентрація солі недостатня.
Сучасною альтернативою є ультразвукова обробка, яка діє фізично (кавітація, мікрострумені, зсувні сили), а не хімічно, забезпечуючи як швидке розморожування, так і прискорене розпушення оболонки з мінімальним погіршенням якості продукту.
Ультразвукове розморожування за допомогою ступінчастого пластинчастого сонікатора Hielscher
Як ультразвук покращує процес розморожування креветок
Швидкий теплообмін за рахунок кавітації
Ультразвук утворює мікроскопічні бульбашки в рідині, що оточує креветку. Ці бульбашки бурхливо розширюються й стискаються — це явище називається акустичною кавітацією.
Згідно з роботою Лі та ін. (2024):
Завдяки ультразвуку час розморожування скоротився з 87 хвилин (розморожування на повітрі) та 66 хвилин (розморожування під струменем води) до 48 хвилин, що свідчить про прискорення процесу на 48,9 %.
Криві розморожування заморожених креветок, оброблених різними методами розморожування. (AT: розморожування на повітрі, FWT: розморожування методом потокового гідролізу, US: розморожування з використанням ультразвуку, UST: розморожування методом SBEW з використанням ультразвуку)
Дослідження та графік: Лі та ін., 2024
Це відбувається через те, що кавітаційні бульбашки руйнуються:
- генерувати ударні хвилі та мікрострумені,
- зменшити товщину теплового примежового шару навколо їжі,
- та прискорюють танення внутрішніх кристалів льоду.
Захист від окислення ліпідів та білків
Лі та ін. (2024) показують, що поєднання ультразвуку з слабколужною електролізованою водою (SBEW) запобігає:
- Рівень MDA (маркер окислення ліпідів) знизився до 0,62 нмоль/мг у групі «ультразвук + SBEW» порівняно з 0,83 нмоль/мг у креветок, розморожених на повітрі.
- Рівень карбонільних сполук (окислення білків) був найнижчим у креветок, оброблених методом SBEW з використанням ультразвуку (1,63 нмоль/мг проти 3,21 нмоль/мг у разі розморожування на повітрі).
Збереження структури м’язів та утримання води
Розморожування за допомогою ультразвуку (UST):
- зберігає цілісність м’язових волокон, причому зразки, оброблені методом SBEW з використанням ультразвуку, демонструють щільно вирівняні волокна, подібні до тих, що є у свіжих креветок.
- забезпечує найменші втрати під час розморожування (4,06 %) та найменші втрати під час приготування порівняно з усіма іншими методами.
Вплив різних методів розморожування на зміни мікроструктури креветок
(FS: свіжі креветки, AT: розморожування на повітрі, FWT: розморожування методом гідролізу в потоці, US: розморожування за допомогою ультразвуку, UST: розморожування методом SBEW за допомогою ультразвуку)
Дослідження та ілюстрації: ©Li та ін., 2024
Ефективне розморожування та розморожування за допомогою ступінчастого пластинчастого сонікатора Hielscher
Покращене ультразвукове очищення креветок
-
Кавітація фізично послаблює межу розділу між оболонкою та м’язом
Данг та ін. (2018) встановили, що потужний ультразвук частотою 24 кГц спричиняє:
- спіралеподібні ямки на поверхні панцира,
- розмивання епікутикулярного шару,
- підвищена пористість,
- мікроканали, що простягаються у бік мембранного шару.
Ці структурні зміни значно покращують вивільнення оболонки.
Знімки, отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопа (SEM) на сторінці 37, чітко показують ямки на креветках, оброблених ультразвуком (US), та креветках, оброблених ультразвуком у поєднанні з ферментами (US+enzyme), тоді як зразки, оброблені лише ферментами, та необроблені зразки залишаються гладкими. -
Ультразвук зменшує обсяг робіт з очищення та підвищує вихід продукції
При застосуванні до або під час дозрівання ферментів:
- Енергоємність процесу очищення зменшилася з 7,8 мДж/г (сировина) до 3,9 мДж/г, що становить зниження на 50 %.
- Вихід м’яса збільшився (до ~90 % залежно від стану).
- Частка повністю очищених креветок значно зросла.
Вже саме ультразвук покращує здатність до відшарування; поєднання ультразвуку та ферментів дає ще кращий ефект.
-
Посилення дифузії ферментів за допомогою ультразвукових мікроканалів
Запропонований механізм призводить до:
- Утворюються кавітаційні ямки “точки входу” у оболонці.
- Ці поглиблення з’єднуються з більш глибокими мікроканалами.
- Ферменти — як ендогенні, так і додані — швидше проникають і гідролізують зв’язок між м’язом і оболонкою.
Це дає змогу:
- коротший термін дозрівання (години замість 1–3 днів),
- менший ризик вицвітання кольору або втрати солодкості,
- менші вимоги до кількості солі, ніж при засолюванні.
-
Мінімальний вплив на колір і текстуру
На відміну від тривалих сольових ванн, ультразвукові процедури:
- не змінили колірні параметри L*, a*, b* порівняно з сирими креветками,
- не вплинуло на текстуру (твердість, пружність та жуваність залишилися на тому ж рівні).
Це робить ультразвукову обробку набагато безпечнішою, ніж перезрівання в розсолі, яке, як відомо, притупляє колір і знижує солодкість.
Ультразвукова обробка у порівнянні з засолюванням
Ультразвук забезпечує більш контрольований, швидший і чистіший механізм, ніж дифузія солі.
| Параметр | Традиційне дозрівання у розсолі | Методи на основі ультразвуку |
|---|---|---|
| Час | 12–48 годин | 3–4 години (США + фермент) |
| Використання солі | Високий | Низький або відсутній |
| Ризик надмірного замочування | Високий | Дуже низький |
| Роботи з очищення | Помірний | Знижка до 50% |
| Збереження кольору | Часто знижується | Підтримується |
| Солодощі | Може зменшитися | Підтримується |
| Текстури | втрата пружності | Збережено |
| Мікробіологічний ризик | Вищий (тривалий час обробки) | Нижній (короткий виступ) |
Ступінчастий пластинчастий сонікатор Hielscher забезпечує більш швидке та рівномірне розморожування за допомогою повітряного ультразвуку.
Література / Список літератури
- 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.
Поширені запитання
Які існують поширені методи розморожування креветок у харчовій промисловості?
До поширених промислових методів розморожування креветок належать розморожування на повітрі, розморожування шляхом занурення у воду або під струменем води, розморожування у крижаній воді, а також, дедалі частіше, розморожування з використанням ультразвуку. Ці методи відрізняються за ефективністю теплообміну, причому ультразвук суттєво прискорює розморожування завдяки мікропотокам, що утворюються внаслідок кавітації, та покращеній теплопровідності.
Які фактори розморожування є важливими з точки зору безпеки харчових продуктів?
До важливих факторів безпеки харчових продуктів під час розморожування належать час і температурний профіль, оскільки тривале розморожування сприяє розмноженню мікроорганізмів і прискорює активність автолітичних ферментів; запобігання втратам соку, багатого на поживні речовини, що сприяє розмноженню мікроорганізмів; а також контроль процесів окислення, які можуть порушити цілісність білків і призвести до утворення маркерів псування, таких як TVB-N та альдегіди, що утворюються з ліпідів. Тому надзвичайно важливо забезпечити швидке та рівномірне розморожування при температурі нижче критичних порогів росту мікроорганізмів.
З чого складається панцир креветок?
Панцир креветки в основному складається з хітину, організованого у вигляді шаруватої кутикули з білками та мінералами, що утворюють жорсткий екзоскелет. Ультразвукові дослідження показують, що його зовнішня епікутикула може піддаватися ерозії внаслідок кавітації, утворюючи ямки та мікроканали, які послаблюють зчеплення з м’язом.
Як розморожування впливає на властивості міофібрилярних білків?
Розморожування впливає на міофібрилярні білки, сприяючи їх окислювальній модифікації, структурному розгортанню та деградації, особливо під час повільного розморожування. Під час традиційного розморожування збільшується утворення карбонільних груп, втрачаються сульфгідрильні групи, зменшується вміст α-спіралей та збільшується кількість структур у вигляді «випадкової спіралі», що свідчить про денатурацію. Розморожування з використанням ультразвуку, особливо в поєднанні з слабколужною електролізованою водою, зменшує ці ефекти та краще зберігає вторинні й третинні структури білків, їхню еластичність та здатність утримувати воду.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.