小龙虾剥壳技术及虾壳综合利用研究进展

粟 燕，吴伟伦，汪 兰，于 巍，孙雪芹，鲍 瑜，康 峻，吴 茜，石 柳,*

（1.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，农业农村部农产品冷链物流技术重点实验室，湖北 武汉 430064；2.湖北省农业科技创新中心农产品加工研究分中心，湖北 武汉 430064；3.湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北 武汉 420068；4.湖北新柳伍食品集团有限公司，湖北 潜江 433133；5.湖北潜网生态小龙虾产业园集团有限公司，湖北 潜江 433115）

小龙虾，学名克氏原螯虾（Procambarus clarkii），属甲壳纲、十足目、螯虾科动物，原产于美国、墨西哥等地，20世纪30年代引入中国。到20世纪90年代初，小龙虾渐渐走向大众视野，在国家政策的扶持和带动下，如今已是我国长江中下游各省市重要的经济淡水虾类[1]。2021年，我国小龙虾养殖面积2 600 hm2，养殖总产量达到263.36 万t，位列我国淡水养殖品种第6位。其中湖北省的小龙虾产量连续15 年居全国首位，占总产量的40.77%[2]。小龙虾产业链是湖北省十大重点农业产业链之一，2021年全省小龙虾综合产值达到1 325.4 亿元，同比增长26.5%，全省小龙虾第三产业产值达643 亿元[3]。2015—2021年中国养殖小龙虾总面积和总产量如图1所示。

小龙虾味道鲜美、口感细嫩、营养丰富，小龙虾肉不仅脂肪含量低、蛋白质含量高、矿物质和微量元素丰富[10]，而且虾壳中还含有丰富的甲壳素、壳聚糖和虾青素等[11]。但小龙虾虾壳坚硬，很难剥离，目前主要采用手工剥壳方式将虾肉分离，劳动强度大，在小龙虾加工季节常出现千人剥虾的场面。且虾壳分离后利用率较低，以提取甲壳素为主，剩余多用于动物饲料，附加值低。针对小龙虾去虾头、剥虾自动化程度不高、加工效率低、副产物附加值低的问题，小龙虾剥虾工艺和装备亟待升级，虾壳深加工水平亟需突破。因此，本文综述小龙虾剥壳方式和虾壳的综合利用研究进展，为促进小龙虾产业链强链延链提供新的思路。

1 小龙虾剥壳技术

小龙虾虾壳坚硬，结构复杂，目前市面上还未有成熟小龙虾工业专用剥壳机，因而现阶段小龙虾剥壳主要采用人工剥壳方式，该方法效率较低，成本较高。为了提高小龙虾的剥壳效率，国内相关科研院所和小龙虾加工企业、食品加工装备制造企业积极探索预处理技术和开发机械设备，在海虾剥壳机的基础上加以改进，创制小龙虾工业专用剥壳机。

1.1 手工剥壳

目前，小龙虾加工企业多采用手工剥壳方式。小龙虾加工厂常用的剥壳流程是先将小龙虾煮熟，后手工进行三步剥壳：头尾分离、去第1节壳、完整拉出虾仁[12]。与机械剥壳相比，手工剥壳的虾仁更完整，残肉率更低。然而，手工剥壳费力、耗时、人工成本高昂，且在剥壳过程中可能出现微生物污染甚至危及食品安全。

1.2 预处理剥壳

1.2.1 低温处理

将虾尾冷冻后再解冻，然后进行手工剥壳，手工剥壳是目前虾剥壳常用的方法之一。易俊洁等[13]将鲜活对虾于－18 ℃冷冻4 h速冻后室温自然解冻，再进行手工脱壳，虾仁完整性可达到95.0%，但虾肉汁液流失率增加，影响虾肉的感官品质。Pan Chuang等[14]用冰盐水处理凡纳滨对虾，使虾体温度急剧下降，肌肉快速萎缩，帮助壳肉更好地分离，这既能加快剥壳速度，还能保证虾体的完整度。此外，低温还能弱化酶活性，使化学反应缓慢进行，制约微生物活动，最大限度地保证虾仁品质；且与冷冻处理相比，冰盐水处理虾肉品质更好。

1.2.2 高温处理

工厂常用的小龙虾剥壳方法是将小龙虾热烫50 s之后冷却，再进行手工剥壳。热处理使虾肉蛋白变性，破坏虾壳与肉的连接，有利于剥壳。热烫处理会导致虾肉熟化，从而使虾仁的风味和质地发生改变，与新鲜虾仁品质相比呈现较大的差异，导致虾仁食用性降低。不仅如此，热处理还会导致虾肉持水能力降低，风味劣化，降低终产品价值[15]。

1.2.3 超高压技术

超高压是一种只作用于大分子（如蛋白质）的非共价结构的冷处理技术，超高压处理不仅不会破坏水产品的营养成分和品质，还能起到杀菌的作用。另外，也会使黏连组织蛋白发生变性，促进壳肉分离[16]。所以，该技术也被运用到小龙虾的剥壳研究中。选取洗净的鲜活小龙虾放入真空包装后，送入超高压设备处理腔，处理压力200～400 MPa、保压时间1～10 min进行高压处理[17]。

叶韬[18]、张家清[19]等研究压力（100～300 MPa）和保压时间（1～10min）对小龙虾剥壳效果的影响，发现当压力设置为200～300 MPa、保压时间为3～10 min时，小龙虾的脱壳率和虾肉完整率均达到100%。加压后，虾壳和虾肉基本分离，可以直接将虾肉从虾壳中完整拉出。经过超高压技术处理的虾会出现轻微的成熟风味，硬度和弹性增大，虾肉纤维组织集聚在一起，结构变得均匀紧密。利用超高压技术进行虾剥壳明显缩短了虾剥壳时间，提高了虾肉外观的完整性，同时优化了虾肉得率。

1.3 机械剥壳

目前，虾机械剥壳在工业上已经有一些应用，但还未有小龙虾工业专用剥壳机。1969年9月，美国发明的一种淡水螯虾剥壳机面世[20]。经过蒸煮处理的虾在向下运行至剥壳机构入口的整个过程中处于翻滚状态，通过借助锥体对着圆盘外表面的摩擦传动来完成剥壳，随后输送至虾肉传送带，水洗后得到虾仁。该机器主要运用于体长不超过10 cm的原料虾，剥壳的虾肉质量较好，碎肉较少。

2011年，张进疆等[21]开发出了一种多功能、损失小、效率高的自动化对虾剥壳加工装备，该装备的设计原理是将已去头的虾固定在旋转圆盘上，在连续转动的过程中完成抓虾、开背、壳肉分离等操作。夹持机构是虾剥壳机的核心部件，它把虾体从传送带上抓取夹住，通过定位、压实，把待加工的虾体带到不同的工位进行切割、去肠线、取肉、剥壳等。该虾剥壳装备能实现完整的剥虾壳作业，但该装备存在虾剥壳处理量偏低的问题，只适用于酒店和小型食品加工作坊，不适用于工业化加工。

2022年，王杰[22]开发出了一种便捷、高效的全自动小龙虾剥壳设备，该设备通过设置的配套转运组件，对生产过程中产生的虾壳碎屑进行收集，同时设置了磁性吸附结构，实现再次快速固定，增加了设备的使用便捷性，利用振动马达以及弹簧杆相互配合振动，进而使得下料仓内部的小龙虾不断抖落进生产通道中，降低劳动强度，使得机械更加智能化。但该设备还未正式投入使用，具体的剥虾效果还无法验证。

2 虾壳的利用

虾壳副产物中含有大量营养物质，并含有甲壳素、虾青素，富含n-3多不饱和脂肪酸、虾油、氨基酸、有益元素和维生素；虾壳中含粗蛋白29.6%、粗脂肪7.02%、钙13.32%[23]。国内小龙虾加工产业中，80%的虾壳废弃物被直接丢弃，只有少部分小龙虾虾壳用于甲壳素、虾青素、钙等活性成分的提取，以及配制饲料。餐饮业残余的小龙虾壳，因沾满油渍难以处理，更是被直接丢弃。相关数据显示，我国每年产生的小龙虾废弃物高达100 万t，这不仅浪费了资源，还破坏了环境。

虾壳一般营养成分如表1所示。

2.1 甲壳素与壳聚糖

甲壳素又称甲壳质、几丁质，自然界中的甲壳素广泛存在于低等植物菌类、虾、蟹等甲壳类动物的外壳以及真菌的细胞壁中[24]。小龙虾头壳及尾壳中都含有大量的甲壳素，具有良好的回收和二次利用价值[25]。甲壳素可通过多种方法提取，如强酸提取法、超声辅助乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）提取法等。窦勇等[26]用EDTA法提取甲壳素，当EDTA质量浓度为18 g/100 mL时，甲壳素的提取率最高，纯度最佳。蔚鑫鑫等[27]用盐酸和氢氧化钠提取方法，结果证实该方法可达到16.52%的提取率。Wang Yuehai等[28]用酸性天然低共熔溶剂从甲壳类动物废弃物中提取甲壳素，得到纯度为90.2%、产率为85.6%的高相对分子质量的甲壳素。提取的甲壳素在食品行业应用广泛，可用作食品填充剂、调味剂、果汁脱色剂等。甲壳素通过脱乙酰基，继而转变为壳聚糖，壳聚糖不仅具有降血压、降血脂、降胆固醇、防治糖尿病等功能，还具有抗肿瘤活性、增强免疫力、调节肠道菌群、止血等生理功能，因此也被广泛应用在医学上[29]。

2.2 虾青素

虾青素被公认为最强的抗氧化剂，已凭借强大的色素沉积能力、高水平的免疫调节活性等优势，广泛应用于疾病预防、化妆品生产等相关领域。小龙虾虾壳中含有大量虾青素，含量80～90 μg/g[30]，远高于明虾和南极磷虾（34.43、55.75 μg/g）[31-32]。目前，已有研究发现多种可行、有效的虾青素提取方法，而备受人们青睐与认可的有碱提法、超临界CO2萃取法等[33]。侯会绒等[34]以小龙虾虾壳为原料，采用浸泡抽提加以超声波辅助的方法，在料液比1∶18.2（m/V）、超声波功率163 W、超声作用时间29.4 min条件下提取虾青素，结果表明，此条件下虾青素含量为62.52 μg/g。宋庆洋等[35]对小龙虾虾壳提取虾青素条件进行优化，利用丙酮、无水乙醇和石油醚为提取溶剂，采用冷冻干燥、常温风干和烘干3 种不同的前处理方式提取虾青素，结果表明，提取条件为料液比1∶20、温度30 ℃、时间2 h，重复提取2 次，对冷冻干燥处理的小龙虾虾壳粉虾青素的提取效果最佳。该条件下虾青素加标回收率为99.2%，新鲜虾壳虾青素平均提取量为148.2 μg/g。

2.3 钙金属螯合肽

肽金属离子螯合物既是一种矿物质补充剂，也是一类螯合物体系[36]。肽与钙离子相结合后，可使肽的利用率大幅提升，也能加快钙的吸收，尤其是生物稳定性增强，因此是输送钙元素的最佳载体[37]。钙是人体所必需的元素之一，而小龙虾虾壳中的钙含量丰富，可作为天然且优质的钙源[38]。采用不同的方法从虾壳中提取的钙含量也有所不同，李亚楠等[39]以虾壳为原料，采用多种有机酸混合法提取钙元素，提取量高达126.04 mg/g。廖晓峰等[40]采用胰蛋白酶水解法提取生物蛋白钙，结果表明，提取的钙含量为8.4 mg/g。魏颖等[41]采用乳酸提取法提取乳酸钙，从虾壳粉中提取的钙含量为76.25 mg/g。朱继国等[11]利用超声波辅助法抽滤制备谷氨酸螯合钙，最终测得成品谷氨酸螯合钙的螯合产率为93.68%。

2.4 制备氧化钙型固体碱催化剂

利用虾蟹壳类生物质废弃物制备的固体碱催化剂具有多重优势，具体表现为操作流程少、经济投入低、利用率高。Shen Feng等[42]以蟹壳为原料，通过高温煅烧，制备出氧化钙和多孔碳的杂化材料。Liu Liang等[43]以蟹壳煅烧制备钙钛矿的碳基载体，成功研制出了燃料电池电极材料。赵宇培等[44]以小龙虾的虾头、身壳为原料，生产出氧化钙型固体碱，该催化剂的最大特点是碱量高、碱强度适中，并且在Knoevenagel缩合反应中表现很强的催化活性。用小龙虾虾壳废弃物制备固体碱催化剂，对小龙虾虾壳的利用具有重要的探索意义。

2.5 饲料添加粉

小龙虾虾壳最常用的回收利用是制备饲料，通常将虾壳干燥后研磨成粉，添加到水产、畜禽的养殖饲料中。Fagbenro等[45]用糖类加入乳酸菌，在30 ℃条件下发酵克氏原螯虾虾壳，生产出了优质的水产饲料。叶玉珍[46]使用虾壳粉替代鱼粉制备鲤鱼饲料，鱼的生长速度快，养殖效果佳，当年的全雌鲤达到了400 g以上的规格；黄春红等[47]用小龙虾虾壳粉替代菜籽粕饲养鲫鱼，鲫鱼的特定生长率和饲料效率提高，肝脏脂肪沉积量明显降低。石天亮等[48]用虾壳粉替代鱼粉用于养殖中华鳖的饲料，提高了中华鳖的免疫力，并改善了其营养价值与风味。

2.6 在食品中的应用

小龙虾壳富含蛋白质、矿物质等营养成分，营养物质含量高，现也用于食品中。周宇科等[49]在酿造米醋的不同阶段，将小龙虾壳加入米醋中，探究了虾壳对米醋酿造的影响。结果表明，添加虾壳均有助于提高米醋的风味和抗氧化活性。佘敏等[50]将小龙虾壳经真空冷冻干燥与超微粉碎制得虾壳粉，添加于淀粉中，制得的虾条产品感官品质良好。陈宇航等[51]以虾头、猪肉等为原料，研磨超细虾壳粉，研制出的超细虾壳粉高钙肉肠不仅能够提高钙质的吸收率，而且改善了肉肠口感，提高了产品的营养价值，赋予肉肠特殊的鲜虾风味。

3 结 语

小龙虾剥壳是制约小龙虾产业的一个重要技术环节。传统的剥壳方法，如冰冻解冻、热烫熟化等存在耗时、感官质量下降等问题，而新型剥壳技术及配套装备还处于摸索阶段，不能满足日益激增的市场需求。因此，开发适用于工业生产的小龙虾剥壳装置迫在眉睫。同时，我国每年有大量的小龙虾壳副产物，除传统的配制饲料和以甲壳素为主的活性成分提取外，现已有少量逐渐用于制备钙金属螯合肽和氧化钙型固体碱催化剂等，产品规模相对较小，更多的有效利用有待进一步开发。