羅曉春教授課題組在Journal of Cleaner Production雜志上發(fā)表論文報(bào)道全新蝦殼廢棄物綠色酶法回收技術(shù)
7月3日，我院羅曉春教授課題組在Journal of Cleaner Production雜志(IF=7.246)上發(fā)表了一篇題為Enzymatic conversion and recovery of protein, chitin, and astaxanthin from shrimp shell waste的論文，博士研究生鄧俊勁為該文第一作者。（論文鏈接https://authors.elsevier.com/a/1bL5q3QCo9YjXn）
隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物養(yǎng)殖量迅速擴(kuò)大。中國(guó)每年消費(fèi)的僅南美白對(duì)蝦單一品種約200萬(wàn)噸，隨著國(guó)內(nèi)小龍蝦、蟹的養(yǎng)殖量逐年上升，這些甲殼類水產(chǎn)品加工產(chǎn)生了大量的殼廢棄物。甲殼類可食用的部分占比其鮮重不足50%，剩余的不可食用部分通常當(dāng)作為低值廉價(jià)的廢棄物處理。實(shí)際上這些廢棄物富含可被人類利用的物質(zhì)，以南美白對(duì)蝦加工剩余廢棄物（蝦殼）為例，它含有約50%的蛋白質(zhì)、20%的幾丁質(zhì)、25%的礦物及蝦青素。
幾丁質(zhì)是自然界中除纖維素外的第二大生物質(zhì)，除了存在于甲殼類、昆蟲(chóng)等動(dòng)物的外骨骼中外，還存在于大多數(shù)真菌的細(xì)胞壁中。與纖維素等多糖不同，幾丁質(zhì)是N-乙酰葡萄糖胺經(jīng)β-1,4糖苷鍵聚合形成的含氮多糖，地球上幾丁質(zhì)的含氮量超過(guò)人類通過(guò)Haber-Bosch方法（氮肥合成的方法）固定的氮?dú)饪偭俊-乙酰葡萄糖胺在哺乳動(dòng)物中有重要的生理功能，比如它是透明質(zhì)酸和關(guān)節(jié)滑液合成的重要前體，近十年的研究也發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)（包括轉(zhuǎn)錄因子）的N-乙酰葡萄糖胺修飾，調(diào)控了眾多的免疫激活、代謝調(diào)節(jié)等通路，這些機(jī)制賦予了幾丁寡糖豐富的生物學(xué)活性，包括美顏、緩解關(guān)節(jié)炎、血糖調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗炎作用等作用，其價(jià)值被越來(lái)越多的人關(guān)注。
傳統(tǒng)的蝦蟹殼廢棄物通常作為廉價(jià)的飼料原料使用，甲殼中的蛋白質(zhì)、幾丁質(zhì)及礦物的緊密纏繞及填充，動(dòng)物消化道蛋白酶很難降解消化其中的蛋白質(zhì)，而缺乏幾丁質(zhì)酶使得幾丁質(zhì)完全無(wú)法被哺乳動(dòng)物消化。由于缺乏可用的幾丁質(zhì)酶，傳統(tǒng)的蝦蟹殼幾丁質(zhì)高值化利用工藝，通常采取堿脫蛋白、酸脫礦制備幾丁質(zhì)，強(qiáng)堿脫乙?；苽錃ぞ厶恰ぞ厶敲杆庵苽錃す烟堑墓こ?。傳統(tǒng)工藝制備一噸幾丁質(zhì)相關(guān)產(chǎn)品，要消耗約25噸氫氧化鈉和2.5噸的鹽酸，同時(shí)排放大量含氮的酸堿污水，殼寡糖也因脫除了乙酰基而丟失部分生理功能。
羅曉春教授課題組前期獲得了高產(chǎn)的重組幾丁質(zhì)酶rChit46，可以高效降解幾丁質(zhì)得到幾丁寡糖，突破了以往幾丁質(zhì)缺乏有效幾丁質(zhì)酶，無(wú)法直接水解的技術(shù)瓶頸。結(jié)合篩選的兩個(gè)重組酸性蛋白酶rP6281及rSP，可回收91.4%的蛋白；再通過(guò)rChit46的水解，回收88.9%的幾丁質(zhì)成為幾丁寡糖產(chǎn)品；除去蛋白及幾丁質(zhì)的殘?jiān)苋菀壮樘岬玫轿r青素，與剩余的礦物分離。該工藝首次實(shí)現(xiàn)了蝦殼蛋白、幾丁質(zhì)、蝦青素及礦物的零浪費(fèi)（zero-waste）的綠色回收，該技術(shù)突破了傳統(tǒng)甲殼利用的高污染高成本的短板。相關(guān)技術(shù)可應(yīng)用于除南美白對(duì)蝦蝦殼外的其它幾丁質(zhì)廢棄物的高值化利用，包括小龍蝦殼、蟹殼及發(fā)酵真菌菌渣等。
該研究得到了廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項(xiàng)資金GDME-2018c008及GDOE[2019]A20項(xiàng)目的資助。
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