沈祺穎，江 吉，安珈慧，曾銘新

(北京師范大學(xué)珠海分校 工程技術(shù)學(xué)院，廣東 珠海 519085)

1 我國蝦蟹殼資源現(xiàn)狀

我國的湖泊眾多，海洋廣闊，因此我國的淡水養(yǎng)殖的資源十分豐富，特別在蝦蟹方面，我國的對蝦蟹養(yǎng)殖量和出口量的數(shù)量達(dá)到了世界第一，每一年的養(yǎng)殖量以百萬噸來計(jì)算，據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，2015年我國蝦蟹總生產(chǎn)量達(dá)到了686萬t，2016年達(dá)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(zhì)約60%,蛋白質(zhì)約20%，幾丁質(zhì)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(dá)到17.1%[4])等[5]則不足1%，因此研究人員針對這一現(xiàn)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(zhì)(甲殼素)的研究成果[6]。

2 幾丁質(zhì)(甲殼素)

幾丁質(zhì)，又叫做甲殼素，是N-乙酰葡糖胺通過β連接聚合而成的結(jié)構(gòu)同多糖，是一種性質(zhì)穩(wěn)定，生理活性強(qiáng)的高分子化合物，主要構(gòu)成真菌細(xì)胞壁[7]以及普遍存在于蝦、蟹，昆蟲等動物外殼中，幾丁質(zhì)的每年生物合成量約100億t，是地球的一種規(guī)模龐大的再生資源，人們對甲殼素進(jìn)行了大量研究和應(yīng)用，如今應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，環(huán)保，化工，食品等各個領(lǐng)域[8-9]。

3 提取幾丁質(zhì)的工藝發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 幾丁質(zhì)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(zhì)，再用堿來去除蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)。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(zhì)得率達(dá)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(zhì)得率為16.52%。此外seghir[12]等人在對蝦殼做了優(yōu)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(zhì)的乙?；潭瘸^了98%。

這一類方法是最為早期也是最為傳統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)，但是也有排除的工業(yè)廢水多，酸堿的溫度控制問題嚴(yán)重，耗能大并且比較危險(xiǎn)。因此現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)在生物法或者是用其他有機(jī)酸來提取代替此類方法。

3.1.2 微生物發(fā)酵法

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

乳酸菌發(fā)酵：乳酸菌是常見產(chǎn)酸和產(chǎn)蛋白酶的菌種，在乳酸菌代謝過程中，產(chǎn)出的酸和蛋白酶可以與蝦蟹殼中的灰份和蛋白質(zhì)反應(yīng)，從而達(dá)到去除的效果，陳亞[13]等人用此方法加以改進(jìn)，發(fā)酵溫度為37℃，發(fā)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(fā)酵初始pH值為5.5的情況下，幾丁質(zhì)的產(chǎn)出率有13.9%。而Rao等[14]分別用蝦殼和蝦頭做實(shí)驗(yàn)，用乳桿菌發(fā)酵后，得到的幾丁質(zhì)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(fā)酵蝦頭和蝦殼，經(jīng)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(fā)酵72 h，蛋白質(zhì)去除率打到94.8%，發(fā)酵廢渣中礦物質(zhì)只有0.77%。

芽孢桿菌發(fā)酵：因?yàn)檠挎邨U菌產(chǎn)酸和產(chǎn)蛋白酶的能力很強(qiáng)，所以目前很多研究會使用芽孢桿菌來對蝦蟹殼進(jìn)行發(fā)酵來去除蛋白質(zhì)和灰份，制取幾丁質(zhì)，如陳雪姣[15]等用高產(chǎn)蛋白酶的枯草芽孢桿菌B-1菌株發(fā)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(zhì)的去除率為88.9%。而李永強(qiáng)[16]在接種量為10%的芽孢桿菌，pH值為8.6，培養(yǎng)基成分為5%的蝦殼和10%的葡萄糖，發(fā)酵三天后，灰份的去除率達(dá)到了91%，但產(chǎn)蛋白酶的能力比較差，只去除了40%的蛋白質(zhì)，他通過加入另一種蛋白酶K后實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到93%的蛋白去除率和91%的灰份去除率。達(dá)到了提純高濃度的甲殼素的要求。

其他菌發(fā)酵：除了上面兩種菌株外，還有很多其他菌株發(fā)酵可以做去除蛋白質(zhì)和灰份的效果，如張婧[17]等人用嗜熱鏈球菌發(fā)酵發(fā)酵蝦頭，在蝦頭含量為10%，葡萄糖含量為5%，發(fā)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(fā)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(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是對環(huán)境友好，量產(chǎn)的可能性大。資源利用率高。但缺點(diǎn)是時間長，同時技術(shù)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(yōu)化

傳統(tǒng)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(chǎn)生大量工業(yè)廢水，污染問題很大，因此很多人開始用有機(jī)酸來代替鹽酸，如栢韻[18]等人用檸檬酸來進(jìn)行灰份的去除，在固液比為1∶12，反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(zhì)粉，與酸堿法相比可以回收鈣和蛋白質(zhì)，缺點(diǎn)是機(jī)酸一般比較貴。

3.3 蛋白質(zhì)的去除方法優(yōu)化

酶解法主要是通過商業(yè)蛋白酶或者用發(fā)酵液分離出的蛋白酶來對蝦蟹殼中的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，這一方法通常用在去除蛋白質(zhì)，因此通常會與酸來共同作用，來去除灰份與蛋白質(zhì)。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(fā)現(xiàn)，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(qiáng)[21]在通過多種蛋白酶中篩選出蛋白質(zhì)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(fā)酵時間為12 h，蛋白質(zhì)去除率可以達(dá)到82.62%。近期徐洋[22]等人通過超聲波輔助堿性酶法，蛋白質(zhì)回收率達(dá)到了87.42%。

這一方法在去除蛋白質(zhì)的方面上，優(yōu)點(diǎn)為反應(yīng)條件容易達(dá)到，對甲殼素影響較小，環(huán)境污染比較輕，缺點(diǎn)為對蛋白質(zhì)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(jìn)行去除蛋白質(zhì)，這一方法目前研究得還不夠成熟，大規(guī)模生產(chǎn)需要的蛋白酶較多，使得成本比較重。

4 結(jié)論

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