克氏原螯蝦副產(chǎn)物的綜合利用研究進展

王晨宇 黃鴻兵 尹思慧 陳友明 許志強 潘建林

摘? ? 要：隨著克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，克氏原螯蝦加工產(chǎn)業(yè)越來越受到重視，目前國內(nèi)克氏原螯蝦加工大多為初加工，大量的蝦頭、蝦殼成為副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品中含有豐富的可利用成分，包括甲殼素、蝦青素、殼聚糖等，可用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療材料、食品加工等領(lǐng)域。本文闡述目前國內(nèi)克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)克氏原螯蝦副產(chǎn)物甲殼素、殼聚糖、蝦青素相關(guān)加工產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)價值，克氏原螯蝦副產(chǎn)物現(xiàn)有的提取方法現(xiàn)狀，以及副產(chǎn)物提取遇到的環(huán)保和政策問題等，并提出相應(yīng)對策，進一步引導(dǎo)甲殼副產(chǎn)物綜合利用方向，為克氏原螯蝦副產(chǎn)物加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：克氏原螯蝦;甲殼;副產(chǎn)物;綜合利用

中圖分類號：TS254? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.10.018

Research Progress on Comprehensive Utilization of Shell by Products of Procambarus clarkii

WANG Chenyu， HUANG Hongbing， YIN Sihui， CHEN Youming，XU Zhiqiang， PAN Jianlin

（Freshwater Fisheries Research Institute of Jiangsu Province， Nanjing， Jiangsu 210017， China）

Abstract： With the rapid development of Procambarus clarkii industry， Procambarus clarkii processing industry has been paid more and more attention. At present， the processing of Procambarus clarkii in China is mostly initial processing， and a large number of shrimp heads and shrimp shells have become by-products. These by-products contain rich available components， including chitin， astaxanthin， chitosan， etc.， which could be used in industrial production， medical materials， and food processing and other fields.? This paper expounded the current development status of Procambarus clarkii industry in China， summarized the processing products and industrial value of chitin， chitosan and astaxanthin related to Procambarus clarkii by-products， the current status of extraction methods of Procambarus clarkii by-products， and the environmental protection and policy problems encountered in the extraction of by-products. Meanwhile， corresponding countermeasures to further guide the comprehensive utilization of shell by-products were put forward， to provide reference for the development of Procambarus clarkii by-products processing industry.

Key words： Procambarus clarkii; shell; by-products; comprehensive utilization

克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）隸屬節(jié)肢動物門甲殼綱十足目爬行亞目螯蝦科原螯蝦屬，最早來源于北美洲，經(jīng)過近70年的發(fā)展，成為我國重要的水生經(jīng)濟動物，養(yǎng)殖面積超過133萬hm2，全國年產(chǎn)量超過200萬t[1-2]，形成了一個覆蓋養(yǎng)殖、捕撈、收購、加工、銷售、副產(chǎn)物綜合利用的綜合性產(chǎn)業(yè)。

克氏原螯蝦加工一般包括出口加工和國內(nèi)加工。出口加工的產(chǎn)品有帶殼整蝦、凍熟蝦仁、凍熟風(fēng)尾蝦等產(chǎn)品。國內(nèi)加工的產(chǎn)品包括調(diào)味整蝦、速凍蝦尾、速凍蝦仁、蝦黃、蝦醬、甲殼副產(chǎn)物等[1]。近年來，隨著克氏原螯蝦國內(nèi)消費比例逐年增大，內(nèi)銷的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了出口量。據(jù)不完全統(tǒng)計，2019年，湖北、安徽、湖南、江西、江蘇、山東、浙江7省的113家年加工量在100 t以上的規(guī)模化克氏原螯蝦加工企業(yè)加工總量約80萬t[2]。

根據(jù)生產(chǎn)加工工藝的不同，克氏原螯蝦初級加工產(chǎn)品主要可以分為整肢蝦（不去頭也不去殼）、蝦仁（去頭去殼）、蝦尾（只去頭不去殼）三大系列，常見的有“凍煮帶黃克氏原螯蝦仁”、“凍煮水洗克氏原螯蝦仁”和“凍煮湯（配）料整肢克氏原螯蝦”等[1]，克氏原螯蝦甲殼的精深加工，主要包括甲殼素、殼聚糖等系列產(chǎn)品，年精深加工量在3萬t左右，約占加工總量的約1/16[2]。

由于克氏原螯蝦可食用部位較少，大量的蝦頭和蝦殼成為副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物中有豐富的可利用成分?？耸显r甲殼如果不加利用直接拋棄，一方面造成了一定程度上的資源浪費，也給環(huán)境保護增加了一定的壓力，綜合利用這些副產(chǎn)物進行資源化開發(fā)，不僅能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，更能減少環(huán)境污染，這將成為克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)深加工的重點發(fā)展方向之一。本研究通過對克氏原螯蝦副產(chǎn)物中可提取物質(zhì)及其相關(guān)作用進行歸納總結(jié)，指出了克氏原螯蝦副產(chǎn)物利用過程中存在的問題，并針對性提出相應(yīng)對策，為其高效利用提供參考。

1 克氏原螯蝦副產(chǎn)物可提取物質(zhì)

1.1 甲殼素

甲殼素（Chitin）又名為幾丁質(zhì)或甲殼質(zhì)等，化學(xué)名稱為化學(xué)名稱：β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，廣泛存在于蝦蟹的外殼中，同樣也大量存在于克氏原螯蝦的蝦殼中。

克氏原螯蝦殼中甲殼素的含量比較豐富，干蝦殼中甲殼素含量高達20%～30%[3]， 目前實際生產(chǎn)中從克氏原螯蝦殼中提取甲殼素的方法主要有酸堿法、EDTA法、發(fā)酵法等[4-5]，這些方法目前仍然存在著環(huán)境污染、成本高、流程繁復(fù)等問題，有待進一步地優(yōu)化改良。

1.2 蝦青素

1981年美國科學(xué)家Meyers等[6]首次從克氏原螯蝦副產(chǎn)物中提取獲得蝦青素，蝦青素（Astaxanthin）是一種類胡蘿卜素，屬于酮式類胡蘿卜素，化學(xué)名為3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，在自然界中廣泛存在，呈紅色固體粉末狀，可溶于脂，不溶于水，對高溫和光照比較敏感，且具有很強的抗氧化性，是維生素E抗氧化性的5倍以上。

目前，關(guān)于蝦青素的提取方法較多，常規(guī)的有堿提法[7]、油溶法[8]、有機溶劑提取法[9]等，其中有機溶液提取法是目前市場上比較行之有效的提取方法之一，超聲波輔助有機溶液提取可進一步提升克氏原螯蝦蝦青素的提取效率[9]。目前，商業(yè)上可利用的蝦青素主要從紅球菌中提取，但是商業(yè)培養(yǎng)紅球菌的規(guī)模仍然較為有限，因此，從克氏原螯蝦蝦殼中從中提取蝦青素具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.3 殼聚糖

殼聚糖（chitosan）是由甲殼素N-脫乙?；@得的生物聚合物，由于其生物功能性、安全性等優(yōu)良性能被行業(yè)關(guān)注。竇勇等[10]發(fā)現(xiàn)在常規(guī)制備殼聚糖的制備工藝基礎(chǔ)上，通過超聲輔助脫乙酰酶法制備殼聚糖可進一步改善殼聚糖的各項品質(zhì)指標(biāo)。殼聚糖的實際生產(chǎn)流程會產(chǎn)生大量的污染物，方建平等[11]發(fā)現(xiàn)通過分級凈化工藝既能分別回收其中蛋白質(zhì)、鈣離子等成分，還可降低約50%的污染物處理成本。

甲殼素和殼聚糖在生物醫(yī)學(xué)有許多的應(yīng)用，可作為制作愈合劑、藥物載體、食品保存劑及抗氧化劑等，其中殼聚糖在食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保和紡織業(yè)均有重要的價值[12-13]，同時也具有重要的商業(yè)應(yīng)用價值。

2 克氏原螯蝦提取物的應(yīng)用

2.1 甲殼素的應(yīng)用

Azuma Kazuo等[12]利用甲殼素為原料制備了新型生物粘合劑，與商用氰基丙烯酸酯膠粘劑相比具有相近的粘附強度，同時具有快速黏附和誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞遷移的能力。由此可見，甲殼素在生物材料方面值得繼續(xù)深入探究。

甲殼素在食品領(lǐng)域也有很大的應(yīng)用價值[13]。研究者們一直致力于延長冷凍食品的保存時間，保持新鮮度[14-15]。高密度聚乙烯薄膜被廣泛應(yīng)用于食品外包裝行業(yè)[16]，但容易因為缺氧導(dǎo)致食品的發(fā)酵[15]，溫度變化時也會導(dǎo)致水汽產(chǎn)生，促進真菌生長。使用甲殼素涂層則能很好地解決這些問題，甲殼素涂層有較好的控氧性，能限制食物與周邊環(huán)境的水分傳遞，抑制細(xì)菌的增長。由于甲殼素涂層擁有這些良好的特性，已開始應(yīng)用于食品外包裝[16]。

甲殼素廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、食品行業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域，且其對人體細(xì)胞有較好的親和力，能促進細(xì)胞再生，有較好的生物可降解性和生物相容性，亦被廣泛應(yīng)用于制作相關(guān)的生物醫(yī)用材料[17]。

2.2 蝦青素的應(yīng)用

蝦青素在醫(yī)藥保健方面應(yīng)用前景廣泛。蝦青素已被證明具有良好的生物活性，能有效防止脂質(zhì)過度氧化，還能有效抗癌、抗衰老、修復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多重保健功能，越來越受到保健市場歡迎[18]。張冬梅等[19]通過動物試驗證明，蝦青素可顯著提高小鼠的抗疲勞和耐缺氧能力。相信隨著研究的深入，蝦青素還會有更多的作用被大家所發(fā)現(xiàn)。

2.3 殼聚糖的應(yīng)用

張競成等[20]的研究證明對新鮮水果表面使用克氏原螯蝦殼聚糖進行涂膜處理后可以提高水果的抗氧化能力，延緩水果腐爛速度，

殼聚糖還有一定程度的抗真菌活性，與皮膚細(xì)胞也有較好的相容性，溶菌酶可將其降解消化和吸收，同時活化巨噬細(xì)胞，并增加其吞噬能力，因此具有一定的抑制真菌滅殺能力，還促進機體血液循環(huán)，使受損害的細(xì)胞和組織愈合[21]。

除此之外，有研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖衍生物還能輔助進行廢水處理，吸附水中金屬離子等[22-23]，說明其有應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域的潛力，但其應(yīng)用有待于進一步研究。

2.4 龍蝦殼提取物作為吸附劑應(yīng)用

大量的龍蝦殼被作為工業(yè)副產(chǎn)物和廚余垃圾而被遺棄，不僅造成大量的資源浪費還會造成很多污染。Zhang等[24]用廢棄蝦殼提取殼聚糖，在其表面包裹MnFe2O4后能較好地吸附Cu和Cd兩種重金屬，相較于其他類別的生物活性炭在去除水中的銅鎘離子還具有更高效的吸附能力，具有一定的應(yīng)用價值。梁越敢等[25]以Fe3O4修飾的龍蝦殼為吸附劑，研究其對水中磷的吸附效能，發(fā)現(xiàn)4 g·L-1磁性龍蝦殼除磷效率最佳，對低濃度含磷廢水（≤20 mg·L-1）的除磷率達91.6%，磁性龍蝦殼吸附除磷適宜的pH值范圍廣，具有一定的應(yīng)用前景。

2.5 其他應(yīng)用

蝦殼中的紅色素[26]有較好的穩(wěn)定性，天然無毒害，是較好的食品添加劑原料，并且在抗氧化和抗腫瘤增殖方面有一定作用。Felix等[27]利用克氏原螯蝦副產(chǎn)物制作蛋白凝膠等產(chǎn)品，也是作為克氏原螯蝦副產(chǎn)物加工的方向之一。

3 存在的問題

由于國內(nèi)克氏原螯蝦基本都是直接加工食用，導(dǎo)致龍蝦殼的回收較為困難，會有很多餐飲配料雜質(zhì)混合其中，提純處理較為困難，需要較多的前處理流程;與國外相比，國內(nèi)克氏原螯蝦加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對遲緩，工業(yè)化程度低，收集預(yù)處理過程主要以家庭作坊處理為主，難以形成規(guī)模，提取過程造成污染嚴(yán)重，提取效率低下;目前關(guān)于克氏原螯蝦殼副產(chǎn)物利用主要集中于活性物質(zhì)的提取及利用，關(guān)于其營養(yǎng)成分分析、飼料加工等方面的研究較少，克氏原螯蝦副產(chǎn)物浪費嚴(yán)重，以克氏原螯蝦殼制作動物飼料可減少成本，提高克氏原螯蝦副產(chǎn)物的剩余價值。以上均是阻礙克氏原螯蝦副產(chǎn)物加工業(yè)發(fā)展的問題。

4 結(jié)論與討論

當(dāng)前克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展期，據(jù)中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告[2]中的測算數(shù)據(jù)，2018年克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)總量達3 690億元，同比增長37.5%（未包括香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)、臺灣省，下同），其中，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值680億元，以加工業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值284億元，以餐飲為主的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2 726億元，較2017年分別同比增長40.6%，41.8%，36.3%。第三產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值的73.9%，在克氏原螯蝦產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了絕對主導(dǎo)地位。從中長期來看，產(chǎn)業(yè)總體供求關(guān)系將漸趨平衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將日趨成熟，產(chǎn)業(yè)鏈進一步延伸，發(fā)展方式從主要依賴規(guī)模擴張轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量綠色發(fā)展，高效利用龍蝦副產(chǎn)物中的有效成分將是龍蝦產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展最有效的途徑之一。

但是國內(nèi)克氏原螯蝦目前仍以第三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，以加工業(yè)為主的第二展業(yè)發(fā)展較為緩慢，加工水平普遍較低，深加工產(chǎn)品較少，有待進一步發(fā)展。由此可知，克氏原螯蝦加工產(chǎn)業(yè)將隨著克氏原螯蝦市場的擴大不斷發(fā)展，利用好工廠加工和餐廳食用完后剩余的副產(chǎn)物，有利于進一步提高克氏原螯蝦加工附加值，不僅能生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，還能降低消費者的邊際成本。

隨著國內(nèi)克氏原螯蝦養(yǎng)殖規(guī)模和加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對其進行綜合利用，提取甲殼素、殼聚糖等物質(zhì)，有助于減少環(huán)保壓力，擴展企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟價值。

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