蝦蟹殼中幾丁質資源提取研究綜述

沈祺穎，江 吉，安珈慧，曾銘新

(北京師范大學珠海分校 工程技術學院，廣東 珠海 519085)

1 我國蝦蟹殼資源現狀

我國的湖泊眾多，海洋廣闊，因此我國的淡水養殖的資源十分豐富，特別在蝦蟹方面，我國的對蝦蟹養殖量和出口量的數量達到了世界第一，每一年的養殖量以百萬噸來計算，據統計[1]，2015年我國蝦蟹總生產量達到了686萬t，2016年達到了712萬t[2]，除了鮮食之外，我國蝦的主要用途則是做成蝦仁，面包蝦，蝦滑等，而蟹的用途則是蟹肉罐頭，和蟹黃醬等等，但是加工過程中會有大量的加工廢棄物，如蝦殼，蟹殼等。而蝦殼，蝦頭等廢棄物中含有鈣質約60%,蛋白質約20%，幾丁質約20%，其余的如蝦青素[3]，游離氨基酸，少量脂肪(雪蟹除外其脂肪達到17.1%[4])等[5]則不足1%，因此研究人員針對這一現象做了大量的研究工作，并取得一定的成果，本文則主要是講解幾丁質(甲殼素)的研究成果[6]。

2 幾丁質(甲殼素)

幾丁質，又叫做甲殼素，是N-乙酰葡糖胺通過β連接聚合而成的結構同多糖，是一種性質穩定，生理活性強的高分子化合物，主要構成真菌細胞壁[7]以及普遍存在于蝦、蟹，昆蟲等動物外殼中，幾丁質的每年生物合成量約100億t，是地球的一種規模龐大的再生資源，人們對甲殼素進行了大量研究和應用，如今應用于醫學，農業，環保，化工，食品等各個領域[8-9]。

3 提取幾丁質的工藝發展現狀

3.1 幾丁質的提取分離

3.1.1 酸堿法

此方法是通過用酸來去除去蝦蟹殼中的灰份等礦物質，再用堿來去除蛋白質和脂類物質。最后再通過用高錳酸鉀或者雙氧水來氧化褪色。伍軍[10]等通過用1.5%的鹽酸和8%的氫氧化鈉處理蝦殼后，得到的幾丁質得率達到16%。蔚鑫鑫[11]等人用1.0 mol/L的鹽酸處理24 h和2.0 mol/L氫氧化鈉處理4 h后，幾丁質得率為16.52%。此外seghir[12]等人在對蝦殼做了優化后，通過28.6%的氫氧化鈉、溫度為81.15°，處理9.55 h的條件下，獲得的幾丁質的乙酰化程度超過了98%。

這一類方法是最為早期也是最為傳統的方法，這種方法有工藝簡單，提取的濃度高，處理的周期短，工藝成熟等優點，但是也有排除的工業廢水多，酸堿的溫度控制問題嚴重，耗能大并且比較危險。因此現在研究的熱點在生物法或者是用其他有機酸來提取代替此類方法。

3.1.2 微生物發酵法

而微生物發酵法則是通過利用微生物的代謝物發酵產生的酸和堿類物質來去除蝦蟹殼中的蛋白和灰份，從而直接獲得幾丁質，這種方法是目前前景最好的一種方法，也是當今的研究熱點。目前主要以乳酸菌和芽孢桿菌發酵為主。

乳酸菌發酵：乳酸菌是常見產酸和產蛋白酶的菌種，在乳酸菌代謝過程中，產出的酸和蛋白酶可以與蝦蟹殼中的灰份和蛋白質反應，從而達到去除的效果，陳亞[13]等人用此方法加以改進，發酵溫度為37℃，發酵時間為96 h，葡萄糖加入量為5%，固液比1.0∶3.0(m/V,g∶mL)，發酵初始pH值為5.5的情況下，幾丁質的產出率有13.9%。而Rao等[14]分別用蝦殼和蝦頭做實驗，用乳桿菌發酵后，得到的幾丁質得率分別為4.5%和13.0%。李磊[6]等人從蝦頭中分離出共附生乳酸菌，并用來發酵蝦頭和蝦殼，經過篩選得出一種在蝦頭中易生長的嗜酸乳酸桿菌，在15%的葡萄糖，初始pH值為7，溫度為40%的條件下，發酵72 h，蛋白質去除率打到94.8%，發酵廢渣中礦物質只有0.77%。

芽孢桿菌發酵：因為芽孢桿菌產酸和產蛋白酶的能力很強，所以目前很多研究會使用芽孢桿菌來對蝦蟹殼進行發酵來去除蛋白質和灰份，制取幾丁質，如陳雪姣[15]等用高產蛋白酶的枯草芽孢桿菌B-1菌株發酵南極磷蝦殼，在37℃，72 h，接種量為4%，液料比為1∶3的情況下，蛋白質的去除率為88.9%。而李永強[16]在接種量為10%的芽孢桿菌，pH值為8.6，培養基成分為5%的蝦殼和10%的葡萄糖，發酵三天后，灰份的去除率達到了91%，但產蛋白酶的能力比較差，只去除了40%的蛋白質，他通過加入另一種蛋白酶K后實驗，可以達到93%的蛋白去除率和91%的灰份去除率。達到了提純高濃度的甲殼素的要求。

其他菌發酵：除了上面兩種菌株外，還有很多其他菌株發酵可以做去除蛋白質和灰份的效果，如張婧[17]等人用嗜熱鏈球菌發酵發酵蝦頭，在蝦頭含量為10%，葡萄糖含量為5%，發酵64 h后，獲得最高去除蛋白率94.15%，去除灰份為83.27%。

在微生物發酵上，除了菌株的篩選，溫度，適度，pH值都會對蛋白去除率和灰份去除率有很大影響，這一方面還有很大的研究空間。微生物發酵的優點是對環境友好，量產的可能性大。資源利用率高。但缺點是時間長，同時技術還不夠成熟。因此這是一個很有前景的研究方面。

3.2 灰份的去除研究方法優化

傳統的灰份去除方法是用鹽酸，但是雖然這種工藝簡單，但是會產生大量工業廢水，污染問題很大，因此很多人開始用有機酸來代替鹽酸，如栢韻[18]等人用檸檬酸來進行灰份的去除，在固液比為1∶12，反應時間為2.5 h，檸檬酸濃度為8%的情況下，灰份的剩余含量為0.42%。陳麗梅[19]等用南美對蝦作為實驗材料，用檸檬酸和NaOH制備甲殼素，得到了純凈的檸檬酸鈣和蛋白質粉，與酸堿法相比可以回收鈣和蛋白質，缺點是機酸一般比較貴。

3.3 蛋白質的去除方法優化

酶解法主要是通過商業蛋白酶或者用發酵液分離出的蛋白酶來對蝦蟹殼中的蛋白質進行水解，這一方法通常用在去除蛋白質，因此通常會與酸來共同作用，來去除灰份與蛋白質。如劉錫紅[20]等通過對堿性蛋白酶，酸性蛋白酶，木瓜蛋白酶和胰蛋白酶比較水解效果發現，堿性蛋白酶在添加量為5000 U/g。pH值為8.5的情況，溫度60%，底物濃度為2 g/100mL，水解6 h之后,水解蛋白程度為78.3%。李永強[21]在通過多種蛋白酶中篩選出蛋白質效果最好的蛋白酶K，在添加量為1000 U/g的酶中，Ph值為8.0的情況下，發酵時間為12 h，蛋白質去除率可以達到82.62%。近期徐洋[22]等人通過超聲波輔助堿性酶法，蛋白質回收率達到了87.42%。

這一方法在去除蛋白質的方面上，優點為反應條件容易達到，對甲殼素影響較小，環境污染比較輕，缺點為對蛋白質的去除程度不夠，耗時長，需要找到去除蛋白程度更高的酶來進行去除蛋白質，這一方法目前研究得還不夠成熟，大規模生產需要的蛋白酶較多，使得成本比較重。

4 結論

在從蝦蟹殼中提取提取幾丁質的研究方法中。微生物發酵和酶解的方法是如今的熱點，隨著我國蝦蟹殼的產量不斷提升，如何更加有效的和環保的利用好這一資源引起廣泛的關注和研究。而這兩個方法對傳統方法來說也確實有機會和有希望達到產品和環境保護的要求，因此，這兩種方法的研究具有很大的積極意義。