克氏原螯蝦副產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：隨著克氏原螯蝦產業的蓬勃發展，克氏原螯蝦加工產業越來越受到重視，目前國內克氏原螯蝦加工大多為初加工，大量的蝦頭、蝦殼成為副產品，這些副產品中含有豐富的可利用成分，包括甲殼素、蝦青素、殼聚糖等，可用于工業生產、醫療材料、食品加工等領域。本文闡述目前國內克氏原螯蝦產業發展現狀，總結克氏原螯蝦副產物甲殼素、殼聚糖、蝦青素相關加工產品及產業價值，克氏原螯蝦副產物現有的提取方法現狀，以及副產物提取遇到的環保和政策問題等，并提出相應對策，進一步引導甲殼副產物綜合利用方向，為克氏原螯蝦副產物加工產業發展提供參考。

關鍵詞：克氏原螯蝦;甲殼;副產物;綜合利用

中圖分類號：TS254? ? ? ? ?文獻標識碼：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，經過近70年的發展，成為我國重要的水生經濟動物，養殖面積超過133萬hm2，全國年產量超過200萬t[1-2]，形成了一個覆蓋養殖、捕撈、收購、加工、銷售、副產物綜合利用的綜合性產業。

克氏原螯蝦加工一般包括出口加工和國內加工。出口加工的產品有帶殼整蝦、凍熟蝦仁、凍熟風尾蝦等產品。國內加工的產品包括調味整蝦、速凍蝦尾、速凍蝦仁、蝦黃、蝦醬、甲殼副產物等[1]。近年來，隨著克氏原螯蝦國內消費比例逐年增大，內銷的產量已經遠遠超過了出口量。據不完全統計，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以上的規模化克氏原螯蝦加工企業加工總量約80萬t[2]。

根據生產加工工藝的不同，克氏原螯蝦初級加工產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物，這些副產物中有豐富的可利用成分。克氏原螯蝦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，也給環境保護增加了一定的壓力，綜合利用這些副產物進行資源化開發，不僅能產生經濟效益，更能減少環境污染，這將成為克氏原螯蝦產業深加工的重點發展方向之一。本研究通過對克氏原螯蝦副產物中可提取物質及其相關作用進行歸納總結，指出了克氏原螯蝦副產物利用過程中存在的問題，并針對性提出相應對策，為其高效利用提供參考。

1 克氏原螯蝦副產物可提取物質

1.1 甲殼素

甲殼素（Chitin）又名為幾丁質或甲殼質等，化學名稱為化學名稱：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、發酵法等[4-5]，這些方法目前仍然存在著環境污染、成本高、流程繁復等問題，有待進一步地優化改良。

1.2 蝦青素

1981年美國科學家Meyers等[6]首次從克氏原螯蝦副產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，關于蝦青素的提取方法較多，常規的有堿提法[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，商業上可利用的蝦青素主要從紅球菌中提取，但是商業培養紅球菌的規模仍然較為有限，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-脫乙酰基而獲得的生物聚合物，由于其生物功能性、安全性等優良性能被行業關注。竇勇等[10]發現在常規制備殼聚糖的制備工藝基礎上，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指標。殼聚糖的實際生產流程會產生大量的污染物，方建平等[11]發現通過分級凈化工藝既能分別回收其中蛋白質、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學有許多的應用，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、農業、環保和紡織業均有重要的價值[12-13]，同時也具有重要的商業應用價值。

2 克氏原螯蝦提取物的應用

2.1 甲殼素的應用

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炎癥細胞遷移的能力。由此可見，甲殼素在生物材料方面值得繼續深入探究。

甲殼素在食品領域也有很大的應用價值[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用于食品外包裝行業[16]，但容易因為缺氧導致食品的發酵[15]，溫度變化時也會導致水汽產生，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境的水分傳遞，抑制細菌的增長。由于甲殼素涂層擁有這些良好的特性，已開始應用于食品外包裝[16]。

甲殼素廣泛應用于工農業、食品行業和醫藥領域，且其對人體細胞有較好的親和力，能促進細胞再生，有較好的生物可降解性和生物相容性，亦被廣泛應用于制作相關的生物醫用材料[17]。

2.2 蝦青素的應用

蝦青素在醫藥保健方面應用前景廣泛。蝦青素已被證明具有良好的生物活性，能有效防止脂質過度氧化，還能有效抗癌、抗衰老、修復中樞神經系統等多重保健功能，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現。

2.3 殼聚糖的應用

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，使受損害的細胞和組織愈合[21]。

除此之外，有研究發現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]，說明其有應用于環保領域的潛力，但其應用有待于進一步研究。

2.4 龍蝦殼提取物作為吸附劑應用

大量的龍蝦殼被作為工業副產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，發現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，具有一定的應用前景。

2.5 其他應用

蝦殼中的紅色素[26]有較好的穩定性，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物制作蛋白凝膠等產品，也是作為克氏原螯蝦副產物加工的方向之一。

3 存在的問題

由于國內克氏原螯蝦基本都是直接加工食用，導致龍蝦殼的回收較為困難，會有很多餐飲配料雜質混合其中，提純處理較為困難，需要較多的前處理流程;與國外相比，國內克氏原螯蝦加工產業發展相對遲緩，工業化程度低，收集預處理過程主要以家庭作坊處理為主，難以形成規模，提取過程造成污染嚴重，提取效率低下;目前關于克氏原螯蝦殼副產物利用主要集中于活性物質的提取及利用，關于其營養成分分析、飼料加工等方面的研究較少，克氏原螯蝦副產物浪費嚴重，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物的剩余價值。以上均是阻礙克氏原螯蝦副產物加工業發展的問題。

4 結論與討論

當前克氏原螯蝦產業正處于高速發展期，據中國相關產業發展報告[2]中的測算數據，2018年克氏原螯蝦產業總量達3 690億元，同比增長37.5%（未包括香港特別行政區、澳門特別行政區、臺灣省，下同），其中，第一產業產值680億元，以加工業為主的第二產業產值284億元，以餐飲為主的第三產業產值2 726億元，較2017年分別同比增長40.6%，41.8%，36.3%。第三產業占總產值的73.9%，在克氏原螯蝦產業中占據了絕對主導地位。從中長期來看，產業總體供求關系將漸趨平衡，產業結構將日趨成熟，產業鏈進一步延伸，發展方式從主要依賴規模擴張轉變為高質量綠色發展，高效利用龍蝦副產物中的有效成分將是龍蝦產業高質量綠色發展最有效的途徑之一。

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

隨著國內克氏原螯蝦養殖規模和加工產業的發展，對其進行綜合利用，提取甲殼素、殼聚糖等物質，有助于減少環保壓力，擴展企業產業鏈，創造更高的經濟價值。

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