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Accelerated Quality-Retentive Radio Frequency Drying of Squid with Pretreatment

Questo studio dimostra che il pretrattamento con campo elettrico pulsato (PEF) a 20 impulsi migliora significativamente l'efficienza dell'essiccazione e preserva la qualità del calamaro sottoposto all'essiccazione assistita da radiofrequenza con aria calda, creando una microstruttura porosa, superando sia i metodi di salamoia che quelli di disidratazione con etanolo.

Autori originali: Zitian Xia, Feilong Zhang, Yuqi Ge, Yongyang Xu, Yinzhe Jin, Wenzheng Shi, Juming Tang, Fanbin Kong, José V. García-Pérez, Yang Jiao

Pubblicato 2026-08-06

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CC BY 4.0

Autori originali: Zitian Xia, Feilong Zhang, Yuqi Ge, Yongyang Xu, Yinzhe Jin, Wenzheng Shi, Juming Tang, Fanbin Kong, José V. García-Pérez, Yang Jiao

Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo

Immaginate di cercare di asciugare una spugna bagnata, ma questa spugna è fatta di muscoli, densamente stipati di acqua, e volete asciugarla senza trasformarla in un mattone marrone e duro. Questa è la lotta quotidiana degli scienziati alimentari nel mondo della conservazione degli alimenti. Essi cercano costantemente modi per rimuovere l'acqua da alimenti deperibili come pesce e calamari per evitare che marciscano, ma si trovano di fronte a un delicato equilibrio. Se li asciugano troppo lentamente con aria calda, il cibo può diventare molliccio o perdere il suo sapore. Se li asciugano troppo velocemente con calore intenso, l'esterno brucia mentre l'interno rimane umido, oppure la consistenza diventa simile al cuoio.

Per risolvere questo problema, gli scienziati utilizzano una tecnica chiamata essiccazione a Radio Frequenza (RF). Pensate a questo come al cugino del forno a microonde, che riscalda il cibo dall'interno verso l'esterno facendo oscillare le molecole d'acqua e generando calore. Di solito è più veloce e uniforme rispetto al soffiare aria calda. Tuttavia, alcuni alimenti, come i calamari, hanno una pelle e una struttura muscolare dense e compatte che agiscono come una fortezza, intrappolando l'umidità all'interno e bloccando l'energia, impedendole di lavorare efficientemente. Per abbattere questa fortezza, gli scienziati utilizzano spesso dei pretrattamenti — passaggi speciali eseguiti prima del processo di essiccazione principale per rendere l'acqua più facile da rimuovere. Questi possono includere l'immersione del cibo in acqua salata (deidratazione osmotica), l'uso di alcol per estrarre l'acqua, o l'applicazione di Campi Elettrici Pulsati (PEF), che sono brevi e intensi impulsi di elettricità che bucano piccoli fori nelle cellule dell'alimento per far uscire l'acqua. La grande domanda è: quale di queste "chiavi" sblocca il miglior calamaro essiccato?

In questo studio, un team di ricercatori della Shanghai Ocean University e i loro colleghi internazionali hanno deciso di mettere alla prova tre diversi metodi di pretrattamento sul calamaro. Volevano vedere quale metodo rendesse il processo di essiccazione a Radio Frequenza più veloce mantenendo al contempo l'aspetto, il gusto e la consistenza del calamaro il più possibile vicini a quelli del prodotto fresco. Hanno confrontato la salamoia (immersione in acqua salata), la deidratazione con etanolo (immersione in alcol, talvolta aiutata da onde sonore) e il trattamento con Campo Elettrico Pulsato (PEF).

I risultati hanno delineato un quadro chiaro. Il metodo della salamoia, in cui il calamaro è stato immerso in acqua salata per quattro ore, si è rivelato essere una sorta di trappola. Sebbene abbia rimosso parte dell'acqua inizialmente, ha lasciato una dura "crosta di sale" sulla superficie del calamare. Questa crosta ha agito come uno scudo, bloccando l'energia della Radio Frequenza ed impedendo di riscaldare efficacementamente il calamaro. Una volta che l'umidità è scesa sotto un certo punto (1,56 g/g), il processo di essiccazione si è praticamente fermato, lasciando il calamaro troppo umido per essere completamente conservato.

Il metodo dell'etanolo è stato più veloce della salamoia, ma è arrivato con i suoi problemi. L'alcol ha fatto sì che i tessuti del calamaro si restringessero e si compattassero, quasi come un palloncino sgonfio. Questo ha reso più difficile la fuoriuscita dell'acqua durante l'essiccazione vera e propria, rallentando il processo rispetto al non fare nulla. Ha anche reso il calamaro meno capace di reidratarsi in seguito, il che significa che non assorbirebbe bene l'acqua se si cercasse di cucinarlo di nuovo.

Il vincitore dell'esperimento è stato il trattamento con Campo Elettrico Pulsato (PEF). Somministrando esattamente 20 impulsi di elettricità, i ricercatori hanno creato piccoli pori uniformi sulla superficie del calamaro senza danneggiarne la struttura. Questo è stato come aprire mille piccole porte nelle mura della fortezza. Di conseguenza, il calamaro trattato con PEF si è asciugato più velocemente, raggiungendo una velocità di essiccazione di 1,12 g/(g·h), che era superiore al gruppo di controllo non trattato.

Oltre alla velocità, il metodo PEF è stato il campione della qualità. Il calamare essiccato ha mantenuto molto meglio il proprio colore, con una differenza di colore totale (ΔE) di soli 20,95 ± 1,85, rispetto ai 33,37 ± 6,75 del gruppo non trattato. Ha anche presentato i livelli più bassi di ossidazione lipidica (una misura dell'irrancidimento), con un valore TBARS di 0,53 mg MDA/kg, il che significa che è rimasto più fresco e meno propenso a deteriorarsi. Quando i ricercatori hanno osservato il calamaro al microscopio, i campioni trattati con PEF presentavano una struttura porosa e piacevole, mentre gli altri erano coperti di sale, rimpiccioliti o irregolari.

In breve, il documento suggerisce che, sebbene immergere il calamaro in sale o alcol possa sembrare una buona idea per accelerare le cose, essi creano in realtà barriere che rallentano il processo o rovinano la consistenza. Il pretrattamento PEF, tuttavia, agisce come il perfetto aiutante. Apre solo abbastanza buchi per permettere all'acqua di uscire rapidamente senza rovinare la delicata struttura del calamaro, ottenendo un prodotto che si asciuga più velocemente, ha un aspetto migliore e rimane più fresco. I ricercatori hanno concluso che questo metodo offre le migliori prestazioni complessive per la produzione di calamari essiccati di alta qualità, pur sottolineando che sono necessari ulteriori studi per comprendere appieno come questi cambiamenti influenzino il sapore e i nutrienti a lungo termine.

Sintesi Tecnica: Essiccazione a Radiofrequenza Accelerata e con Conservazione della Qualità del Calamaro mediante Pretrattamento

Problematica
Il calamaro è un prodotto ittico altamente deperibile con un significativo valore economico, particolarmente nei mercati asiatici dove il calamaro essiccato è un alimento base. Sebbene l'essiccazione sia un metodo di conservazione efficace, l'essiccazione convenzionale ad aria calda soffre di una bassa efficienza termica e di un degrado della qualità dovuto alla densa microstruttura del muscolo del calamaro, che limita la migrazione dell'umidità e crea flussi opposti di calore e massa. Sebbene l'essiccazione HA-RF (Radiofrequenza assistita da Aria Calda) offra un riscaldamento volumetrico che allinea il trasferimento di calore e massa, la compattezza intrinseca del tessuto del calamaro può comunque limitare l'accoppiamento dell'energia RF e la diffusione dell'umidità. Di conseguenza, è necessario identificare strategie di pretrattamento che possano ottimizzare la cinetica di essiccazione HA-RF preservando al contempo la qualità sensoriale e nutrizionale del prodotto finale.

Metodologia
Questo studio ha valutato tre diverse strategie di pretrattamento per migliorare l'essiccazione HA-RF del calamaro:

Disidratazione Osmotica indotta da Salamoia: I campioni sono stati immersi in una soluzione di NaCl 200 g/L a 25°C per un massimo di 6 ore per determinare la cinetica del trasferimento di massa (perdita d'acqua e guadagno di solidi).
Disidratazione con Etanolo assistita da Ultrasuoni: I campioni sono stati trattati con etanolo assoluto in un bagno ad ultrasuoni (40 kHz, 150 W) a 25°C per un massimo di 30 minuti per valutare le capacità di deidratazione rapida.
Campo Elettrico Pulsato (PEF): Un dispositivo costruito su misura ha applicato campi elettrici (15 kV/cm) con un numero variabile di impulsi (da 10 a 50) per indurre l'elettroporazione.

Dopo l'ottimizzazione del pretrattamento, i campioni di calamaro sono stati sottoposti ad essiccazione HA-RF (aria calda a 60°C, 1 m/s). Lo studio ha monitorato la cinetica di essiccazione, i profili di temperatura e le proprietà dielettriche (specificamente la tangente di perdita, $\tan \delta$ ). Gli attributi qualitativi sono stati valutati attraverso l'analisi microstrutturale (SEM), la misurazione del colore ( $L^*, a^*, b^*$ e $\Delta E$ ), il rapporto di reidratazione e i livelli di ossidazione lipidica (TBARS). Le curve di essiccazione sono state adattate a cinque modelli matematici (Lewis, Henderson e Pabis, Logaritmico, Page e Jena) per caratterizzare il comportamento dell'essiccazione.

Risultati Chiave

Ottimizzazione del Pretrattamento:
- Salamoia: Il trasferimento di massa si è stabilizzato dopo 4 ore. Tuttavia, questo metodo ha causato la formazione di una densa crosta salina superficiale che ha ostacolato significativamente l'ulteriore essiccazione.
- Etanolo: Il trattamento con etanolo assistito da ultrasuoni ha raggiunto l'equilibrio entro 30 minuti. Sebbene efficace nella rimozione dell'acqua, ha causato contrazione tissutale e denaturazione proteica.
- PEF: Il trattamento con 20 impulsi ha creato micropori uniformi sulla superficie senza danni strutturali eccessivi, aumentando efficacemente la permeabilità delle membrane.
Cinetica di Essiccazione:
- Campioni in Salamoia: L'essiccazione è effettivamente cessata quando il contenuto di umidità è sceso al di sotto di 1,56 g/g. La formazione di una crosta salina ha ridotto la tangente di perdita dielettrica ( $\tan \delta$ ) di circa il 50%, limitando l'assorbimento dell'energia RF e impedendo al campione di raggiungere il contenuto di umidità target.
- Campioni trattati con Etanolo: La velocità di essiccazione (0,84 g/(g·h)) era inferiore al controllo non trattato (0,98 g/(g·h)), probabilmente a causa della contrazione proteica indotta dall'etanolo che ha ridotto i percorsi di diffusione interna.
- Campioni trattati con PEF: Questo gruppo ha raggiunto la velocità di essiccazione più elevata (1,12 g/(g·h)) e il tempo totale di essiccazione più breve (5 ore). Il modello di Page ha fornito il miglior adattamento per la cinetica di essiccazione in tutti i gruppi.
Attributi Qualitativi:
- Colore: I campioni trattati con PEF hanno esibito la minore differenza cromatica totale ( $\Delta E = 20,95 \pm 1,85$ ) e la maggiore luminosità ( $L^*$ ), indicando una conservazione del colore superiore rispetto al controllo ( $\Delta E = 33,37$ ) e ai gruppi trattati con etanolo.
- Reidratazione: I campioni trattati con PEF hanno dimostrato la più alta capacità di reidratazione, mentre i campioni trattati con etanolo hanno mostrato la più bassa, a causa del collasso tissutale irreversibile.
- Ossidazione Lipidica: Il trattamento PEF ha prodotto i valori TBARS più bassi (0,53 mg MDA/kg), suggerendo un'efficace soppressione dell'ossidazione lipidica, potenzialmente attraverso l'inattivazione degli enzimi ossidativi endogeni.
- Microstruttura: L'analisi SEM ha rivelato che i campioni di calamaro essiccati trattati con PEF possedevano una microstruttura porosa e uniforme, mentre i campioni in salamoia presentavano una crosta densa e i campioni trattati con etanolo mostravano una contrazione significativa.

Significato e Rivendicazioni
L'articolo conclude che il pretrattamento con Campo Elettrico Pulsato (PEF) (specificamente 20 impulsi) offre le migliori prestazioni complessive per accelerare l'essiccazione HA-RF del calamaro preservando la qualità del prodotto. A differenza della salamoia, che crea una barriera all'essiccazione, o dell'etanolo, che compromette la consistenza e la reidratazione, il PEF aumenta la permeabilità delle membrane cellulari per facilitare la diffusione dell'umidità senza indurre danni strutturali eccessivi.

Lo studio afferma che il pretrattamento PEF riesce a bilanciare l'efficienza di essiccazione con la conservazione della qualità, come dimostrato da:

Aumento delle velocità di essiccazione e riduzione dei tempi di lavorazione.
Conservazione superiore del colore e riduzione dell'ossidazione lipidica.
Miglioramento della capacità di reidratazione e di una microstruttura porosa più favorevole.

Gli autori sostengono che questi risultati forniscono una base teorica e una guida tecnica per ottimizzare i processi di essiccazione del calamaro efficienti e di alta qualità. Notano che, mentre lo studio attuale si concentra sulla cinetica di essiccazione e sulla qualità fisica, il lavoro futuro dovrebbe investigare gli impatti di questi pretrattamenti sui composti aromatici, sui meccanismi specifici di denaturazione proteica e sulla ritenzione dei nutrienti. Inoltre, l'articolo suggerisce che la modellazione quantitativa dei cambiamenti strutturali a livello cellulare e l'esplorazione di effetti sinergici con altri pretrattamenti a campo fisico siano i prossimi passi necessari.

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