小龍蝦剝殼技術(shù)及蝦殼綜合利用研究進(jìn)展

粟 燕，吳偉倫，汪 蘭，于 巍，孫雪芹，鮑 瑜，康 峻，吳 茜，石 柳,*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430064；2.湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工研究分中心，湖北 武漢 430064；3.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 420068；4.湖北新柳伍食品集團(tuán)有限公司，湖北 潛江 433133；5.湖北潛網(wǎng)生態(tài)小龍蝦產(chǎn)業(yè)園集團(tuán)有限公司，湖北 潛江 433115）

小龍蝦，學(xué)名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），屬甲殼綱、十足目、螯蝦科動(dòng)物，原產(chǎn)于美國(guó)、墨西哥等地，20世紀(jì)30年代引入中國(guó)。到20世紀(jì)90年代初，小龍蝦漸漸走向大眾視野，在國(guó)家政策的扶持和帶動(dòng)下，如今已是我國(guó)長(zhǎng)江中下游各省市重要的經(jīng)濟(jì)淡水蝦類[1]。2021年，我國(guó)小龍蝦養(yǎng)殖面積2 600 hm2，養(yǎng)殖總產(chǎn)量達(dá)到263.36 萬t，位列我國(guó)淡水養(yǎng)殖品種第6位。其中湖北省的小龍蝦產(chǎn)量連續(xù)15 年居全國(guó)首位，占總產(chǎn)量的40.77%[2]。小龍蝦產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)呛笔∈笾攸c(diǎn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈之一，2021年全省小龍蝦綜合產(chǎn)值達(dá)到1 325.4 億元，同比增長(zhǎng)26.5%，全省小龍蝦第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)643 億元[3]。2015—2021年中國(guó)養(yǎng)殖小龍蝦總面積和總產(chǎn)量如圖1所示。

小龍蝦味道鮮美、口感細(xì)嫩、營(yíng)養(yǎng)豐富，小龍蝦肉不僅脂肪含量低、蛋白質(zhì)含量高、礦物質(zhì)和微量元素豐富[10]，而且蝦殼中還含有豐富的甲殼素、殼聚糖和蝦青素等[11]。但小龍蝦蝦殼堅(jiān)硬，很難剝離，目前主要采用手工剝殼方式將蝦肉分離，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在小龍蝦加工季節(jié)常出現(xiàn)千人剝蝦的場(chǎng)面。且蝦殼分離后利用率較低，以提取甲殼素為主，剩余多用于動(dòng)物飼料，附加值低。針對(duì)小龍蝦去蝦頭、剝蝦自動(dòng)化程度不高、加工效率低、副產(chǎn)物附加值低的問題，小龍蝦剝蝦工藝和裝備亟待升級(jí)，蝦殼深加工水平亟需突破。因此，本文綜述小龍蝦剝殼方式和蝦殼的綜合利用研究進(jìn)展，為促進(jìn)小龍蝦產(chǎn)業(yè)鏈強(qiáng)鏈延鏈提供新的思路。

1 小龍蝦剝殼技術(shù)

小龍蝦蝦殼堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前市面上還未有成熟小龍蝦工業(yè)專用剝殼機(jī)，因而現(xiàn)階段小龍蝦剝殼主要采用人工剝殼方式，該方法效率較低，成本較高。為了提高小龍蝦的剝殼效率，國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院所和小龍蝦加工企業(yè)、食品加工裝備制造企業(yè)積極探索預(yù)處理技術(shù)和開發(fā)機(jī)械設(shè)備，在海蝦剝殼機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，創(chuàng)制小龍蝦工業(yè)專用剝殼機(jī)。

1.1 手工剝殼

目前，小龍蝦加工企業(yè)多采用手工剝殼方式。小龍蝦加工廠常用的剝殼流程是先將小龍蝦煮熟，后手工進(jìn)行三步剝殼：頭尾分離、去第1節(jié)殼、完整拉出蝦仁[12]。與機(jī)械剝殼相比，手工剝殼的蝦仁更完整，殘肉率更低。然而，手工剝殼費(fèi)力、耗時(shí)、人工成本高昂，且在剝殼過程中可能出現(xiàn)微生物污染甚至危及食品安全。

1.2 預(yù)處理剝殼

1.2.1 低溫處理

將蝦尾冷凍后再解凍，然后進(jìn)行手工剝殼，手工剝殼是目前蝦剝殼常用的方法之一。易俊潔等[13]將鮮活對(duì)蝦于－18 ℃冷凍4 h速凍后室溫自然解凍，再進(jìn)行手工脫殼，蝦仁完整性可達(dá)到95.0%，但蝦肉汁液流失率增加，影響蝦肉的感官品質(zhì)。Pan Chuang等[14]用冰鹽水處理凡納濱對(duì)蝦，使蝦體溫度急劇下降，肌肉快速萎縮，幫助殼肉更好地分離，這既能加快剝殼速度，還能保證蝦體的完整度。此外，低溫還能弱化酶活性，使化學(xué)反應(yīng)緩慢進(jìn)行，制約微生物活動(dòng)，最大限度地保證蝦仁品質(zhì)；且與冷凍處理相比，冰鹽水處理蝦肉品質(zhì)更好。

1.2.2 高溫處理

工廠常用的小龍蝦剝殼方法是將小龍蝦熱燙50 s之后冷卻，再進(jìn)行手工剝殼。熱處理使蝦肉蛋白變性，破壞蝦殼與肉的連接，有利于剝殼。熱燙處理會(huì)導(dǎo)致蝦肉熟化，從而使蝦仁的風(fēng)味和質(zhì)地發(fā)生改變，與新鮮蝦仁品質(zhì)相比呈現(xiàn)較大的差異，導(dǎo)致蝦仁食用性降低。不僅如此，熱處理還會(huì)導(dǎo)致蝦肉持水能力降低，風(fēng)味劣化，降低終產(chǎn)品價(jià)值[15]。

1.2.3 超高壓技術(shù)

超高壓是一種只作用于大分子（如蛋白質(zhì)）的非共價(jià)結(jié)構(gòu)的冷處理技術(shù)，超高壓處理不僅不會(huì)破壞水產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分和品質(zhì)，還能起到殺菌的作用。另外，也會(huì)使黏連組織蛋白發(fā)生變性，促進(jìn)殼肉分離[16]。所以，該技術(shù)也被運(yùn)用到小龍蝦的剝殼研究中。選取洗凈的鮮活小龍蝦放入真空包裝后，送入超高壓設(shè)備處理腔，處理壓力200～400 MPa、保壓時(shí)間1～10 min進(jìn)行高壓處理[17]。

葉韜[18]、張家清[19]等研究壓力（100～300 MPa）和保壓時(shí)間（1～10min）對(duì)小龍蝦剝殼效果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力設(shè)置為200～300 MPa、保壓時(shí)間為3～10 min時(shí)，小龍蝦的脫殼率和蝦肉完整率均達(dá)到100%。加壓后，蝦殼和蝦肉基本分離，可以直接將蝦肉從蝦殼中完整拉出。經(jīng)過超高壓技術(shù)處理的蝦會(huì)出現(xiàn)輕微的成熟風(fēng)味，硬度和彈性增大，蝦肉纖維組織集聚在一起，結(jié)構(gòu)變得均勻緊密。利用超高壓技術(shù)進(jìn)行蝦剝殼明顯縮短了蝦剝殼時(shí)間，提高了蝦肉外觀的完整性，同時(shí)優(yōu)化了蝦肉得率。

1.3 機(jī)械剝殼

目前，蝦機(jī)械剝殼在工業(yè)上已經(jīng)有一些應(yīng)用，但還未有小龍蝦工業(yè)專用剝殼機(jī)。1969年9月，美國(guó)發(fā)明的一種淡水螯蝦剝殼機(jī)面世[20]。經(jīng)過蒸煮處理的蝦在向下運(yùn)行至剝殼機(jī)構(gòu)入口的整個(gè)過程中處于翻滾狀態(tài)，通過借助錐體對(duì)著圓盤外表面的摩擦傳動(dòng)來完成剝殼，隨后輸送至蝦肉傳送帶，水洗后得到蝦仁。該機(jī)器主要運(yùn)用于體長(zhǎng)不超過10 cm的原料蝦，剝殼的蝦肉質(zhì)量較好，碎肉較少。

2011年，張進(jìn)疆等[21]開發(fā)出了一種多功能、損失小、效率高的自動(dòng)化對(duì)蝦剝殼加工裝備，該裝備的設(shè)計(jì)原理是將已去頭的蝦固定在旋轉(zhuǎn)圓盤上，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中完成抓蝦、開背、殼肉分離等操作。夾持機(jī)構(gòu)是蝦剝殼機(jī)的核心部件，它把蝦體從傳送帶上抓取夾住，通過定位、壓實(shí)，把待加工的蝦體帶到不同的工位進(jìn)行切割、去腸線、取肉、剝殼等。該蝦剝殼裝備能實(shí)現(xiàn)完整的剝蝦殼作業(yè)，但該裝備存在蝦剝殼處理量偏低的問題，只適用于酒店和小型食品加工作坊，不適用于工業(yè)化加工。

2022年，王杰[22]開發(fā)出了一種便捷、高效的全自動(dòng)小龍蝦剝殼設(shè)備，該設(shè)備通過設(shè)置的配套轉(zhuǎn)運(yùn)組件，對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的蝦殼碎屑進(jìn)行收集，同時(shí)設(shè)置了磁性吸附結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)再次快速固定，增加了設(shè)備的使用便捷性，利用振動(dòng)馬達(dá)以及彈簧桿相互配合振動(dòng)，進(jìn)而使得下料倉(cāng)內(nèi)部的小龍蝦不斷抖落進(jìn)生產(chǎn)通道中，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使得機(jī)械更加智能化。但該設(shè)備還未正式投入使用，具體的剝蝦效果還無法驗(yàn)證。

2 蝦殼的利用

蝦殼副產(chǎn)物中含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并含有甲殼素、蝦青素，富含n-3多不飽和脂肪酸、蝦油、氨基酸、有益元素和維生素；蝦殼中含粗蛋白29.6%、粗脂肪7.02%、鈣13.32%[23]。國(guó)內(nèi)小龍蝦加工產(chǎn)業(yè)中，80%的蝦殼廢棄物被直接丟棄，只有少部分小龍蝦蝦殼用于甲殼素、蝦青素、鈣等活性成分的提取，以及配制飼料。餐飲業(yè)殘余的小龍蝦殼，因沾滿油漬難以處理，更是被直接丟棄。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年產(chǎn)生的小龍蝦廢棄物高達(dá)100 萬t，這不僅浪費(fèi)了資源，還破壞了環(huán)境。

蝦殼一般營(yíng)養(yǎng)成分如表1所示。

2.1 甲殼素與殼聚糖

甲殼素又稱甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)，自然界中的甲殼素廣泛存在于低等植物菌類、蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物的外殼以及真菌的細(xì)胞壁中[24]。小龍蝦頭殼及尾殼中都含有大量的甲殼素，具有良好的回收和二次利用價(jià)值[25]。甲殼素可通過多種方法提取，如強(qiáng)酸提取法、超聲輔助乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）提取法等。竇勇等[26]用EDTA法提取甲殼素，當(dāng)EDTA質(zhì)量濃度為18 g/100 mL時(shí)，甲殼素的提取率最高，純度最佳。蔚鑫鑫等[27]用鹽酸和氫氧化鈉提取方法，結(jié)果證實(shí)該方法可達(dá)到16.52%的提取率。Wang Yuehai等[28]用酸性天然低共熔溶劑從甲殼類動(dòng)物廢棄物中提取甲殼素，得到純度為90.2%、產(chǎn)率為85.6%的高相對(duì)分子質(zhì)量的甲殼素。提取的甲殼素在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛，可用作食品填充劑、調(diào)味劑、果汁脫色劑等。甲殼素通過脫乙?；?，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)闅ぞ厶?，殼聚糖不僅具有降血壓、降血脂、降膽固醇、防治糖尿病等功能，還具有抗腫瘤活性、增強(qiáng)免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群、止血等生理功能，因此也被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上[29]。

2.2 蝦青素

蝦青素被公認(rèn)為最強(qiáng)的抗氧化劑，已憑借強(qiáng)大的色素沉積能力、高水平的免疫調(diào)節(jié)活性等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于疾病預(yù)防、化妝品生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域。小龍蝦蝦殼中含有大量蝦青素，含量80～90 μg/g[30]，遠(yuǎn)高于明蝦和南極磷蝦（34.43、55.75 μg/g）[31-32]。目前，已有研究發(fā)現(xiàn)多種可行、有效的蝦青素提取方法，而備受人們青睞與認(rèn)可的有堿提法、超臨界CO2萃取法等[33]。侯會(huì)絨等[34]以小龍蝦蝦殼為原料，采用浸泡抽提加以超聲波輔助的方法，在料液比1∶18.2（m/V）、超聲波功率163 W、超聲作用時(shí)間29.4 min條件下提取蝦青素，結(jié)果表明，此條件下蝦青素含量為62.52 μg/g。宋慶洋等[35]對(duì)小龍蝦蝦殼提取蝦青素條件進(jìn)行優(yōu)化，利用丙酮、無水乙醇和石油醚為提取溶劑，采用冷凍干燥、常溫風(fēng)干和烘干3 種不同的前處理方式提取蝦青素，結(jié)果表明，提取條件為料液比1∶20、溫度30 ℃、時(shí)間2 h，重復(fù)提取2 次，對(duì)冷凍干燥處理的小龍蝦蝦殼粉蝦青素的提取效果最佳。該條件下蝦青素加標(biāo)回收率為99.2%，新鮮蝦殼蝦青素平均提取量為148.2 μg/g。

2.3 鈣金屬螯合肽

肽金屬離子螯合物既是一種礦物質(zhì)補(bǔ)充劑，也是一類螯合物體系[36]。肽與鈣離子相結(jié)合后，可使肽的利用率大幅提升，也能加快鈣的吸收，尤其是生物穩(wěn)定性增強(qiáng)，因此是輸送鈣元素的最佳載體[37]。鈣是人體所必需的元素之一，而小龍蝦蝦殼中的鈣含量豐富，可作為天然且優(yōu)質(zhì)的鈣源[38]。采用不同的方法從蝦殼中提取的鈣含量也有所不同，李亞楠等[39]以蝦殼為原料，采用多種有機(jī)酸混合法提取鈣元素，提取量高達(dá)126.04 mg/g。廖曉峰等[40]采用胰蛋白酶水解法提取生物蛋白鈣，結(jié)果表明，提取的鈣含量為8.4 mg/g。魏穎等[41]采用乳酸提取法提取乳酸鈣，從蝦殼粉中提取的鈣含量為76.25 mg/g。朱繼國(guó)等[11]利用超聲波輔助法抽濾制備谷氨酸螯合鈣，最終測(cè)得成品谷氨酸螯合鈣的螯合產(chǎn)率為93.68%。

2.4 制備氧化鈣型固體堿催化劑

利用蝦蟹殼類生物質(zhì)廢棄物制備的固體堿催化劑具有多重優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為操作流程少、經(jīng)濟(jì)投入低、利用率高。Shen Feng等[42]以蟹殼為原料，通過高溫煅燒，制備出氧化鈣和多孔碳的雜化材料。Liu Liang等[43]以蟹殼煅燒制備鈣鈦礦的碳基載體，成功研制出了燃料電池電極材料。趙宇培等[44]以小龍蝦的蝦頭、身殼為原料，生產(chǎn)出氧化鈣型固體堿，該催化劑的最大特點(diǎn)是堿量高、堿強(qiáng)度適中，并且在Knoevenagel縮合反應(yīng)中表現(xiàn)很強(qiáng)的催化活性。用小龍蝦蝦殼廢棄物制備固體堿催化劑，對(duì)小龍蝦蝦殼的利用具有重要的探索意義。

2.5 飼料添加粉

小龍蝦蝦殼最常用的回收利用是制備飼料，通常將蝦殼干燥后研磨成粉，添加到水產(chǎn)、畜禽的養(yǎng)殖飼料中。Fagbenro等[45]用糖類加入乳酸菌，在30 ℃條件下發(fā)酵克氏原螯蝦蝦殼，生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)飼料。葉玉珍[46]使用蝦殼粉替代魚粉制備鯉魚飼料，魚的生長(zhǎng)速度快，養(yǎng)殖效果佳，當(dāng)年的全雌鯉達(dá)到了400 g以上的規(guī)格；黃春紅等[47]用小龍蝦蝦殼粉替代菜籽粕飼養(yǎng)鯽魚，鯽魚的特定生長(zhǎng)率和飼料效率提高，肝臟脂肪沉積量明顯降低。石天亮等[48]用蝦殼粉替代魚粉用于養(yǎng)殖中華鱉的飼料，提高了中華鱉的免疫力，并改善了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與風(fēng)味。

2.6 在食品中的應(yīng)用

小龍蝦殼富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，現(xiàn)也用于食品中。周宇科等[49]在釀造米醋的不同階段，將小龍蝦殼加入米醋中，探究了蝦殼對(duì)米醋釀造的影響。結(jié)果表明，添加蝦殼均有助于提高米醋的風(fēng)味和抗氧化活性。佘敏等[50]將小龍蝦殼經(jīng)真空冷凍干燥與超微粉碎制得蝦殼粉，添加于淀粉中，制得的蝦條產(chǎn)品感官品質(zhì)良好。陳宇航等[51]以蝦頭、豬肉等為原料，研磨超細(xì)蝦殼粉，研制出的超細(xì)蝦殼粉高鈣肉腸不僅能夠提高鈣質(zhì)的吸收率，而且改善了肉腸口感，提高了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，賦予肉腸特殊的鮮蝦風(fēng)味。

3 結(jié) 語

小龍蝦剝殼是制約小龍蝦產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的剝殼方法，如冰凍解凍、熱燙熟化等存在耗時(shí)、感官質(zhì)量下降等問題，而新型剝殼技術(shù)及配套裝備還處于摸索階段，不能滿足日益激增的市場(chǎng)需求。因此，開發(fā)適用于工業(yè)生產(chǎn)的小龍蝦剝殼裝置迫在眉睫。同時(shí)，我國(guó)每年有大量的小龍蝦殼副產(chǎn)物，除傳統(tǒng)的配制飼料和以甲殼素為主的活性成分提取外，現(xiàn)已有少量逐漸用于制備鈣金屬螯合肽和氧化鈣型固體堿催化劑等，產(chǎn)品規(guī)模相對(duì)較小，更多的有效利用有待進(jìn)一步開發(fā)。