Các kỹ thuật bóc vỏ tôm trong công nghiệp chế biến

Đối với tôm tươi, rất khó tách vỏ ra khỏi thịt, do đó tôm bắt được phải ủ trên đá hoặc ngâm nước muối vài ngày trước khi lột vỏ. Việc bóc vỏ tôm có thể được thực hiện bằng tay hoặc máy tùy theo nhà sản xuất. Cả cách bóc vỏ bằng tay và bằng máy đều có đặc điểm chung là đều phải tiến hành đối với tôm đã nới lỏng vỏ mặc dù chúng có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Khi lột vỏ đối với tôm không đủ độ nới lỏng vỏ, sẽ dẫn đến thịt và vỏ bị vỡ, năng suất thịt thấp, chất lượng cảm quan thấp, tỷ lệ vỏ còn lại trên thịt cao và tiêu tốn nhiều công sức của lao động do bóc lại. Do đó, việc nới lỏng vỏ là một bước quan trọng cần được xem xét chuyên sâu. Vỏ có thể được nới lỏng bằng cách áp dụng quy trình làm chín thông thường hoặc các công nghệ mới.

Nhiều công nghệ hiện đại để tách vỏ tôm ra đời thay thế cách chế biến nhiệt truyền thông. Ảnh: Cuisine at home.

Một số công nghệ thực phẩm đã xuất hiện trong thế kỷ trước như một giải pháp thay thế cho các phương pháp chế biến nhiệt truyền thống và thông thường. Các công nghệ chế biến thực phẩm mới này ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học, nhà sản xuất và người tiêu dùng thực phẩm vì chúng có tác động không nhỏ đến các đặc tính dinh dưỡng và cảm quan. Các phương pháp này có đặc điểm chung là đòi hỏi phải tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường với trọng tâm là tính bền vững. Một số công nghệ như áp suất cao, vi sóng, sóng siêu âm, enzyme, ... hiện đang được thương mại hóa trong chế biến thực phẩm. Những công nghệ mới này đã được nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng đối với các đặc tính khác nhau của thực phẩm, đặc biệt là các đặc tính về vỏ, cảm quan, vật lý, hóa học, sinh học và vi sinh học. Bài viết này sẽ thu thập và giới thiệu thông tin hiện có và đang phát triển về tác động của các công nghệ mới này đối với việc lột vỏ tôm trong chế biến.

Sử dụng áp suất cao (High Pressure - HP)

Kĩ thuật áp suất cao (HP) hoạt động theo nguyên lý Le Chatelier, bất kỳ hiện tượng nào ở trạng thái cân bằng trong một phản ứng hóa học, chuyển pha hoặc thay đổi cấu hình phân tử kèm theo sự giảm thể tích và ngược lại (Chawla, Patil, & Singh, 2011). Nhà sản xuất sẽ điều chỉnh áp suất cho vỏ của tôm được tách ra. HP ảnh hưởng đáng kể đến các liên kết không cộng hóa trị và tương tác (hydro, ion, kỵ nước) vì chúng nhạy cảm với áp suất, trong khi ít ảnh hưởng đến liên kết cộng hóa trị. Các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, như hương vị, không bị ảnh hưởng bởi HP nhưng các thành phần có trọng lượng phân tử cao, như protein, có nhiều khả năng bị ảnh hưởng hơn (Carlez, Rosec, Richard, & Cheftel, 1994).

Kĩ thuật đã được áp dụng rộng rãi trên nhiều loại thực phẩm, trái cây và cả trên nhuyễn thể có vỏ từ những năm 2000 nhưng chỉ khi đến năm 2010, từ một báo cáo của Hiệp hội Kỹ sư Nông nghiệp và Sinh học Hoa Kỳ mô tả rằng HP đã cung cấp một sự cải thiện đáng kể về khả năng lột vỏ, tính toàn vẹn của đuôi, sự rụng nhỏ giọt và thay đổi màu sắc của tôm thẻ chân trắng Penaeus vannamei (Yang và ctv, 2010). Xử lý áp suất ở 200 MPa trong 3 phút là đủ cho mục đích bóc tách. Hơn nữa, điều kiện áp suất này làm cho phần đuôi của tôm lột vỏ có độ nguyên vẹn cao. Chất lượng của tôm xử lý HP (200 MPa, 3 phút) đã được cải thiện hơn nữa khi tỷ lệ hao hụt giảm một nửa so với tôm tươi không xử lý và màu sắc không thay đổi. Người ta cho rằng áp suất đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của nước vào tôm và dẫn đến sự biến tính protein làm tăng khả năng giữ nước do sự tiếp xúc của các vị trí liên kết nước trên bề mặt protein.

Mô hình máy áp suất trong công nghệ lột vỏ tôm (ảnh nguồn: Dang và ctv, 2017)

Cơ chế: Áp suất có thể được truyền theo phương pháp trực tiếp hoặc phương pháp gián tiếp hoặc gia nhiệt môi trường áp suất để tạo ra áp suất cao. 

- Trong phương pháp trực tiếp, một piston được chuyển động bởi một bơm áp suất thấp, tạo ra áp suất cao, trực tiếp tạo áp suất cho môi chất có áp suất. Các bộ phận điển hình (Hình 1) bao gồm một bình chịu áp lực, nắp đậy, piston, tuần hoàn nước, môi trường truyền áp suất và một bộ phận điều khiển. Về cơ bản, thực phẩm được đóng gói và được nạp vào bình áp lực. Bình được làm đầy trước với môi trường truyền áp suất, thường là nước. Khi bình được đóng bằng cách đóng trên và dưới, chất lỏng được tạo áp suất bằng một pít-tông và áp suất (từ 100 đến 600 MPa) được truyền ngay lập tức và đồng đều khắp thực phẩm được đóng gói. Nhiệt độ được duy trì bởi nước tuần hoàn xung quanh bình áp suất, một số sự gia tăng nhiệt độ xảy ra trong quá trình điều áp do quá trình gia nhiệt đoạn nhiệt. Bộ phận điều khiển giám sát thời gian quá trình, cường độ áp suất và nhiệt độ. 

- Trong phương pháp gián tiếp, áp suất được tạo ra bởi một bộ tăng áp cao để bơm môi chất có áp suất (nước) từ bể chứa vào bình áp suất cao và hầu hết các hệ thống HP công nghiệp sử dụng phương pháp này. Khi gia nhiệt môi trường áp suất, áp suất cao được tạo ra từ nhiệt độ cao, do đó phương pháp này yêu cầu điều khiển nhiệt độ rất chính xác với toàn bộ thể tích bên trong của bình áp suất.

Sử dụng chế biến HP để cải thiện khả năng lột vỏ của tôm, chất lượng và sự an toàn của tôm được áp suất rất quan trọng. Tuy nhiên, ảnh hưởng của HP đối với các đặc tính hóa học, hóa lý và vi sinh chưa được đánh giá đối với tôm có vỏ chế biến HP.

Sử dụng Enzyme

Xử lý bằng enzyme như một phương pháp xử lý sơ bộ trước khi tách vỏ đã được áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm từ lâu, chủ yếu là trong lĩnh vực thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu việc sử dụng các enzyme để bóc vỏ cam, bưởi, nho, quýt,... và thậm chí cả màng vỏ trứng. 

 Enzyme là một phương pháp xử lý sơ bộ trước khi tách vỏ đã được áp dụng từ lâu. Ảnh: Jill Hemman/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy.

Một phương pháp được nghiên cứu bởi Fehmerling (1970) sử dụng enzyme để phân giải vỏ nhuyễn thể và tôm. Phương pháp này dựa trên hỗn hợp nước của protease (60-96%), carbohydrase (4-40%) và cellulase (1-20%) và xử lý trong khoảng 45-300 phút ở 32-80°C. Đối với xử lý tôm, nồng độ của hỗn hợp enzyme thấp, tức là 0,01-5%. Phương pháp này dựa trên sự phân hủy enzyme của protein giữa thịt và vỏ và của chitin liên kết với protein và khoáng chất trong vỏ.

Sử dụng vi sóng (microwave)

Việc làm nóng bằng lò vi sóng được biết đến nhiều là do khả năng của các vật liệu hấp thụ năng lượng vi sóng và chuyển nó thành nhiệt. Sự chuyển đổi có thể xảy ra theo hai cơ chế, phân cực lưỡng cực và dẫn truyền ion. 

Cơ chế trước đây là nhiệt được tạo ra bởi các phân tử phân cực như nước, do khả năng liên kết của các phân tử với điện trường. Phân tử quay sẽ va chạm với một phân tử khác tạo ra ma sát dẫn đến sinh nhiệt. Theo cơ chế thứ hai, các ion hòa tan sẽ di chuyển từ nơi này sang nơi khác do sự hiện diện của điện trường. Do lực cản của dung dịch nên va chạm giữa các phân tử diễn ra và tạo ra ma sát và do đó là nhiệt. Cần lưu ý rằng, vi sóng có thể có các hiệu ứng không nhiệt, trong tổng hợp hữu cơ, được tạo ra từ tương tác trực tiếp của điện trường với các phân tử cụ thể trong môi trường phản ứng mà không liên quan đến hiệu ứng nhiệt độ.

Thiết bị rã đông tôm bằng lò vi sóng. Ảnh: foodmicrowaveequipment.com

Trong công nghiệp chế biến tôm, người ta chỉ sử dụng rộng rãi vi sóng cho việc rã đông. Ngoài ra, với cơ chế thứ 2, kĩ thuật này có tiềm năng được ứng dụng vào việc lột với tôm, cụ thể là xử lý bằng vi sóng vừa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân chitin có tính axit và giảm thời gian thủy phân từ quy trình gia nhiệt 120 phút thông thường xuống quy trình vi sóng 12 phút do bức xạ vi sóng làm nóng nhanh hơn (Ajavakom, Supsvetson, Somboot, & Sukwattanasinitt, 2012). Tương tự là quá trình khử acetyl hóa chitin thành chitosan được hỗ trợ bằng vi sóng nhanh hơn nhiều (15-30 phút) so với quá trình khử acetyl hóa có hỗ trợ trong nồi hấp (1-2 giờ) (Alishahi và cộng sự, 2011).

Phương pháp này được đánh giá là khá an toàn, vì dưới tác động nhiệt của vi sóng, các vi sinh vật sẽ được loại trừ hầu như triệt để. 

Sóng siêu âm (ultrasound)

Siêu âm là một công nghệ phi nhiệt áp dụng các sóng âm có tần số cao hơn tần số mà con người có thể nghe thấy. Siêu âm có thể được phân thành hai loại chính, siêu âm tần số cao (2-20 MHz) và siêu âm tần số thấp (20-100 kHz), cả hai đều đã được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Siêu âm tần số thấp (công suất cao), còn được gọi là siêu âm công suất, đã được ứng dụng để điều chỉnh các đặc tính vật lý, hóa học và sinh hóa của sản phẩm thực phẩm thông qua quá trình xâm thực. Ứng dụng này phổ biến trong chiết xuất, đông lạnh, làm khô, nhũ hóa và bất hoạt vi khuẩn gây bệnh trên bề mặt tiếp xúc với thực phẩm. Mặt khác, sóng siêu âm tần số cao (công suất thấp) đã được sử dụng để kiểm soát các đặc tính hóa lý và thành phần của sản phẩm thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản.

Mô hình của kỹ thuật sử dụng sóng siêu âm Ảnh: Dang và ctv, 2017.

Dang và cộng sự (2018), đã báo cáo tiềm năng sử dụng sóng siêu âm bởi đặc tính kết cấu của tôm phụ thuộc nhiều vào việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình siêu âm (biên độ 27,6 μm, thời gian 120 phút và xung 0,9 giây), trong khi khả năng nới lỏng vỏ của tôm được theo dõi  hoàn toàn ít hơn phụ thuộc vào nhiệt độ. Việc tăng biên độ (0-46 µm) và thời gian (0-45 phút) của siêu âm trước khi thành thục bằng enzyme (0,5% Endocut-03L, 6 giờ và 3 ° C) làm tăng khả năng nới lỏng vỏ của tôm. Sự kết hợp song song của siêu âm và enzyme (biên độ 18,4 μm, xung 0,9 giây, 0,5% Endocut-3L, thời gian 3 giờ và 4 giờ, và T ≤ 5 ° C) đã cải thiện đáng kể khả năng nới lỏng vỏ của tôm mà không ảnh hưởng bất lợi đến kết cấu và màu sắc của tôm. Siêu âm được phát hiện là làm bất hoạt enzyme phân giải protein trong dung dịch và thay đổi các đặc tính cấu trúc của vỏ tôm. 

Các công nghiệp trên đã bước đầu được phát triển về tiềm năng và giá trị sử dụng những vẫn còn đang đối mặt với nhiều thách thức như giá thành công nghiệp khá đắt đỏ, chuyển giao công nghiệp cần nhiều thời gian, có thể gây ảnh hưởng tới sản phẩm thịt tôm,... Dù vậy, với sự lớn mạnh của công nghệ như hiện nay khả năng cao sẽ xuất hiện thêm nhiều kỹ thuật mới an toàn, tiện lợi và tiết kiệm hơn giúp cho việc thực tiễn hóa các kỹ thuật này trên trở nên khả thi.