Ứng dụng sóng siêu âm để cải thiện quá trình rã đông và bóc vỏ tôm

Phương pháp ủ tôm truyền thống bằng nước muối có thể làm lỏng liên kết giữa vỏ và thịt, nhưng đòi hỏi thời gian ngâm lâu và phải kiểm soát lượng muối cẩn thận để tránh hiện tượng phai màu, mất vị ngọt và làm giảm chất lượng kết cấu. Những tiến bộ gần đây cho thấy siêu âm công suất cao có thể thay thế hoặc nâng cao hiệu quả của quá trình ủ bằng cách đẩy nhanh cả quá trình rã đông và làm lỏng vỏ, đồng thời vẫn giữ nguyên chất lượng tôm. Tìm hiểu những thông tin khoa học về cách siêu âm giúp nâng cao hiệu quả chế biến và chất lượng sản phẩm cuối cùng của tôm đông lạnh.

Quá trình bóc vỏ tôm và những thách thức đi kèm

Việc bóc vỏ tôm là một trong những yếu tố gây tốn kém nhất trong quá trình chế biến giáp xác. Các loài tôm nước lạnh như Pandalus borealis có độ bám dính giữa cơ và vỏ rất mạnh, khiến việc bóc vỏ tôm tươi bằng phương pháp cơ học trở nên cực kỳ khó khăn. Để giải quyết vấn đề này, các nhà chế biến thường sử dụng phương pháp ngâm nước muối hoặc ủ đá trong vòng 1–3 ngày, nhằm tận dụng các enzym nội sinh và quá trình khuếch tán muối để làm suy yếu độ bám dính. Tuy nhiên:

• Ngâm lâu có thể làm mất màu đỏ/vàng,
• Việc hấp thụ quá nhiều muối sẽ làm thay đổi hương vị và làm giảm độ ngọt,
• việc kéo dài thời gian làm tăng nguy cơ nhiễm vi sinh vật, và
• Quá trình kết tinh băng trong quá trình đông lạnh có thể gây tổn thương mô nếu nồng độ muối không đủ.

Một phương pháp thay thế hiện đại là siêu âm, hoạt động dựa trên các tác động vật lý (hiện tượng xâm thực, các tia nước siêu nhỏ, lực cắt) thay vì hóa học, giúp vừa rã đông nhanh chóng vừa đẩy nhanh quá trình bong vỏ mà vẫn hạn chế tối đa sự suy giảm chất lượng sản phẩm.

 

Discover the groundbreaking potential of intense airborne ultrasound with the Hielscher stepped plate resonator. This innovative technology leverages high-power ultrasonic waves for precise, non-contact applications such as drying, defoaming, thawing and precision cleaning. Compact, versatile, and robust, the resonator's advanced stepped geometry amplifies and focuses sound waves to deliver powerful energy, making it ideal for delicate and complex industrial processes. Whether you're in manufacturing, aerospace, food processing, pharmaceuticals, or materials research, this technology opens new doors to efficiency and innovation.

 

Cách siêu âm giúp cải thiện quá trình rã đông tôm

Sự truyền nhiệt nhanh qua hiện tượng xâm thực

Sóng siêu âm tạo ra các bọt khí siêu nhỏ trong chất lỏng bao quanh tôm. Các bọt khí này giãn nở và co lại một cách dữ dội – một hiện tượng được gọi là hiện tượng xâm thực âm thanh.
Theo Li và các cộng sự (2024):
Công nghệ siêu âm đã giúp giảm thời gian rã đông từ 87 phút (rã đông bằng không khí) và 66 phút (rã đông bằng nước chảy) xuống còn 48 phút, tương đương với mức tăng tốc 48,9%.

 

 

Điều này xảy ra do hiện tượng vỡ bong bóng xâm thực:

• tạo ra sóng xung kích và các luồng khí siêu nhỏ,
• làm mỏng lớp biên nhiệt xung quanh thực phẩm,
• và đẩy nhanh quá trình tan chảy của các tinh thể băng bên trong.

Bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa lipid/protein

Li và các cộng sự (2024) đã chỉ ra rằng việc kết hợp siêu âm với nước điện phân có tính kiềm nhẹ (SBEW) giúp ngăn ngừa:

• Chỉ số MDA (chỉ số oxy hóa lipid) giảm xuống còn 0,62 nmol/mg ở nhóm tôm được rã đông bằng sóng siêu âm kết hợp với SBEW so với 0,83 nmol/mg ở nhóm tôm được rã đông bằng không khí.
• Hàm lượng các hợp chất carbonyl (sản phẩm của quá trình oxy hóa protein) thấp nhất ở tôm được xử lý bằng phương pháp SBEW kết hợp siêu âm (1,63 nmol/mg so với 3,21 nmol/mg ở tôm được rã đông bằng không khí).

Bảo tồn cấu trúc cơ và khả năng giữ nước

Rã đông bằng sóng siêu âm (UST):

• giữ nguyên tính toàn vẹn của sợi cơ, trong đó các mẫu được xử lý bằng phương pháp SBEW kết hợp siêu âm cho thấy các sợi cơ xếp thẳng hàng chặt chẽ, tương tự như tôm tươi.
• cho kết quả mức tổn thất do rã đông thấp nhất (4,06%) và mức tổn thất trong quá trình nấu thấp nhất so với tất cả các phương pháp khác.

 

 

Quá trình bóc vỏ tôm được cải thiện nhờ sóng siêu âm

1. Hiện tượng xâm thực làm suy yếu về mặt vật lý giao diện giữa vỏ và cơ

   Dang và các cộng sự (2018) đã phát hiện ra rằng sóng siêu âm công suất tần số 24 kHz tạo ra:

   • các vết lõm hình xoắn ốc trên bề mặt vỏ,
   • sự bào mòn của lớp biểu bì ngoài,
   • độ xốp tăng,
   • các vi kênh kéo dài về phía lớp màng.

   Những thay đổi về cấu trúc này giúp cải thiện đáng kể quá trình tách vỏ.
   Các hình ảnh SEM ở trang 37 cho thấy rõ các vết lõm trên tôm được xử lý bằng sóng siêu âm (US) và tôm được xử lý bằng sóng siêu âm kết hợp với enzyme, trong khi các mẫu tôm sống và mẫu chỉ được xử lý bằng enzyme vẫn giữ được bề mặt nhẵn mịn.

 

2. Siêu âm giúp giảm bớt công đoạn bóc vỏ và tăng năng suất

   Khi được sử dụng trước hoặc trong quá trình trưởng thành của enzyme:

   • Công suất bóc vỏ giảm từ 7,8 mJ/g (nguyên liệu) xuống còn 3,9 mJ/g, tương đương mức giảm 50%.
   • Năng suất thịt tăng lên (lên đến khoảng 90%, tùy thuộc vào điều kiện).
   • Tỷ lệ tôm đã bóc vỏ hoàn toàn đã tăng lên đáng kể.

   Chỉ riêng siêu âm thôi đã giúp cải thiện khả năng bóc tách; khi kết hợp siêu âm với enzyme thì hiệu quả còn mạnh mẽ hơn nữa.

 

3. Tăng cường sự khuếch tán của enzym thông qua các vi kênh siêu âm

   Cơ chế được đề xuất dẫn đến:

   1. Sự hình thành các vết lõm do hiện tượng xâm thực “các điểm vào” trong vỏ.
   2. Các hố này nối với các vi kênh nằm sâu hơn.
   3. Các enzym – dù là enzym nội sinh hay được bổ sung từ bên ngoài – đều thấm sâu nhanh hơn và thủy phân liên kết giữa cơ và vỏ.

   Điều này cho phép:

   • thời gian ủ ngắn hơn (tính bằng giờ thay vì 1–3 ngày),
   • ít có nguy cơ phai màu hoặc mất độ ngọt hơn,
   • cần ít muối hơn so với phương pháp ngâm muối.

 

4. Ảnh hưởng tối thiểu đến màu sắc và kết cấu

   Khác với việc ngâm mình trong nước muối trong thời gian dài, các liệu pháp siêu âm:

   • không thay đổi các thông số màu L*, a*, b* so với tôm sống,
   • không làm ảnh hưởng đến kết cấu (độ cứng, độ đàn hồi và độ dai vẫn tương đương).

   Điều này khiến việc sử dụng sóng siêu âm an toàn hơn nhiều so với phương pháp ủ chín quá mức trong dung dịch muối, vốn được biết là làm phai màu và giảm độ ngọt.

So sánh phương pháp xử lý bằng sóng siêu âm với phương pháp ngâm muối

Siêu âm mang lại một cơ chế có tính kiểm soát cao hơn, nhanh hơn và sạch hơn so với sự khuếch tán muối.

Thông số	Quá trình ủ muối truyền thống	Các phương pháp dựa trên siêu âm
Thời gian	12–48 giờ	3–4 giờ (US + enzyme)
Việc sử dụng muối	Cao	Thấp hoặc không có
Nguy cơ ngâm quá lâu	Cao	Rất thấp
Công việc bóc vỏ	Ôn hoà	Giảm giá tới 50%
Bảo toàn màu sắc	Thường được giảm giá	Được duy trì
Ngọt	Có thể giảm	Được duy trì
Kết cấu	mất độ đàn hồi	Được bảo quản
Rủi ro do vi sinh vật gây ra	Cao hơn (thời gian xử lý dài)	Thấp hơn (quy trình ngắn)