海鲜加工副产物的增值利用及其益生元开发：一种促进肠道健康的循环经济策略

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Valorizing seafood processing by-products for prebiotic development: a circular economy approach to gut health

　　

•海鲜副产物是一种可持续的结构依赖性益生元来源。•低分子量的壳寡糖（COS）促进有益细菌；高脱乙酰度壳聚糖具有抗菌作用。•提取和纯化工艺影响结构及益生元功能。•海鲜来源的益生元显示出代谢和抗炎益处。•临床转化需要标准化流程和人体干预试验。

**引言**

全球海鲜生产过程中产生了大量剩余生物质，经常超过捕捞总量的50%。这产生了严重的环境问题，也代表了对宝贵生化资源的相当大损失（Xie, 2026）。全球近35%的海鲜捕捞量每年在价值链中丢失或被浪费。造成这种情况的主要原因包括因腐败导致的食品质量差、冷藏不当和处理方法不当，造成约220亿美元的经济损失（Wu et al., 2026）。传统上，剩余物被用于低价值用途，如动物饲料、垃圾填埋处置或海洋倾倒，这可能对沿海社区构成风险、导致沿海水体富营养化以及不可控的分解导致温室气体排放（Xie, 2026）。这些做法耗尽了宝贵的生化资源，并增加了海洋生态系统的环境压力。因此，迫切需要与循环经济相一致的可持续增值技术，将海鲜加工剩余物重新定位为高价值生物产品的关键原料，在缓解自然资源压力的同时产生经济效益（Xie, 2026; Advaitha et al., 2026, Cakmak et al., 2026）。

肠道菌群在调节宿主代谢、免疫功能和能量稳态方面发挥着关键作用，通过发酵膳食纤维产生短链脂肪酸（SCFAs），增强肠屏障完整性并调节系统性炎症（Fan & Pedersen, 2021）。黏膜完整性破坏和细菌内毒素移位为肠道菌群失调与肥胖、2型糖尿病、心血管疾病和慢性炎症之间的机制联系提供了基础，驱动代谢性内毒素血症和胰岛素抵抗。肠道菌群通过各种通道与宿主进行双向相互作用，微生物代谢物直接影响心血管风险、肥胖和脂质代谢（Van Hul et al., 2024）。这些相互关联的途径凸显了益生元和其他靶向微生物组干预措施作为代谢性疾病预防和管理策略的潜力（Wang et al., 2025）。

益生元被定义为"可被宿主微生物选择性利用并赋予健康益处的底物"（Hutkins et al., 2025）。菊粉、低聚果糖（FOS）和低聚半乳糖（GOS）是众所周知的益生元，支持乳杆菌和双歧杆菌的生长。尽管陆生植物仍然是传统益生元的主要来源，但海洋生物质和海鲜加工副产物正日益受到关注，成为结构上不同的寡糖类的可持续替代来源（Yun et al., 2026）。海鲜加工副产物已显示出作为益生元化合物可持续来源的前景。甲壳类废物中的几丁质、壳聚糖和壳寡糖（COS）支持有益微生物如梭菌簇IV和双歧杆菌科；废物衍生的壳聚糖比常规壳聚糖提供更大的益处（Addazii et al., 2026）。从鱼类加工废物中衍生的糖胺聚糖（GAGs）和蛋白水解物在发酵过程中产生平衡的短链脂肪酸谱，包括33-37%的乙酸、29-36%的丙酸和34-36%的丁酸（Geetha et al., 2023）。纤维素微粒、ulvan和琼寡糖刺激拟杆菌、双歧杆菌和乳杆菌（Gotteland et al., 2020）。海参煮液和金丝燕巢副产物等新来源最近通过调节肠道菌群显示出益生元前景（Sang et al., 2024; HuiYan et al., 2026）。

海鲜来源寡糖的益生元活性受结构特征控制，包括聚合度（DP）、乙酰化、分子量（Mw）和硫酸化模式。聚合度在调节壳聚糖衍生物的生物活性方面发挥着关键作用，低分子量的COS通过刺激乳酸菌生长表现出益生元效应，而高分子量的COS和壳聚糖通常通过抑制微生物生长表现出抗菌活性（Ahn et al., 2014）。乙酰化也调节功能：乙酰化的COS维持益生元活性并促进有益细菌；另一方面，脱乙酰化的COS通过正电荷介导的与细菌细胞表面的静电相互作用表现出抗菌特性（Mateos-Aparicio et al., 2016）。对于藻类多糖，较高的硫酸盐含量和较低的分子量增强了发酵和短链脂肪酸的产生（Karag?z et al., 2025）。这些结构特征影响海鲜来源益生元的可发酵性、微生物可及性和代谢效应。然而，决定分子量、硫酸化模式、乙酰化程度和整体生物活性的提取和纯化工艺对于从海鲜副产物中回收活性化合物至关重要（Rubak et al., 2026）。传统的化学提取方法通常涉及苛刻条件，可能导致解聚和脱硫酸化。酶辅助提取（EAE）提供了更温和的替代方案，但存在机制挑战，如酶竞争和过度水解。新兴技术包括超声波辅助提取（UAE）、微波辅助提取（MAE）和亚临界水提取（SWE）提供了快速和低溶剂消耗的替代方案，尽管其加工条件可能对分子结构产生不同的影响（Rout et al., 2025）。生物活性还受纯化方法的影响，特别是膜过滤和色谱法，功能改善并不总是与更高的纯度相关（Li et al., 2023）。

尽管体内证据令人鼓舞，但将海鲜基益生元转化为临床应用仍存在几个挑战，包括缺乏严格控制的人体研究、来源间和人群间的功效变异、缺乏标准化的提取和表征程序以及有限的工业化可扩展性。以往的综述已分别讨论了这些方面的一些内容；然而，本综述提供了一个批判性和整合性的综合，将海鲜废物增值、提取和纯化策略、肠道菌群调节机制、代谢健康结果和循环经济原则在一个框架内联系起来。其目标是通过确定主要知识空白、调和矛盾发现并概述将海鲜加工副产物转化为益生元的要求，来应对该领域的关键挑战，并提供证据支持其用于可持续肠道健康干预的潜在应用。

**章节摘录**

**文献检索方法**

进行了广泛和结构化的文献回顾，以收集和分析关于海鲜加工副产物增值、其益生元化合物及所使用的提取和纯化技术，以及这些化合物如何调节肠道菌群并促进代谢健康的机制的同行评审文献。文献检索时间为2020年1月至2026年1月，以识别最近的相关机制和转化研究。

**甲壳类加工废物**

甲壳类加工废物，如虾、蟹和龙虾壳，是一种重要但被忽视的几丁质来源，而几丁质是第二丰富的天然多糖。几丁质可以脱乙酰化为壳聚糖，一种溶解性更好的衍生物，壳聚糖可以通过化学或酶水解进一步解聚为壳寡糖（Ferri et al., 2025）。分子量和脱乙酰度（DD）影响细菌碳水化合物活性酶（CAZymes）的发酵性，在确定益生元潜力方面发挥着关键作用。

**传统提取方法**

从海鲜副产物中回收多糖和活性化合物的传统提取方法通常依赖于顺序化学处理。在甲壳类壳中，几丁质通常通过碱液脱蛋白后酸液脱矿来分离，而碱性脱乙酰化将几丁质转化为壳聚糖（Ahmed et al., 2026）。对于藻类生物质，热水提取仍然是回收多糖的广泛使用的方法。例如，从Ulva papenfussii中提取……

**对上消化道消化的抗性**

海鲜来源多糖在上消化道苛刻条件下保持稳定是其益生元功能所必需的。其化学结构决定了其对酸性环境和消化酶的敏感性。Charoensiddhi等人（2022）使用Ulva rigida和Gracilaria fisheri获得了富含多糖的提取物。他们表明这些提取物具有抗消化性，因为小肠酶无法分解它们……

**肥胖和代谢综合征**

海鲜来源益生元通过调节脂肪生成、脂质稳态和能量代谢显示出抗肥胖作用。提取方法至关重要，因为它决定了控制这些生物活性的结构特征。正如4.2节所讨论的，酶辅助提取（EAE）保留了硫酸化模式和最佳分子量，增强了发酵性和短链脂肪酸的产生，而传统提取可能通过解聚和脱硫酸化降低生物活性。当给予C57BL/6……

**循环经济和环境影响**

全球鱼类加工产生了大量的鱼类废物，相当于超过50%的捕捞量，存在环境问题和资源损失（Xie, 2026）。甲烷的影响是二氧化碳的25倍，估计占所有人为温室气体排放的8%，估计每年有35%的世界海鲜收获量丢失或被浪费（Grever, 2026）。传统上，这些残余物被用于低价值……

**结论**

海鲜加工副产物代表了结构多样且具有益生元潜力的可持续且很大程度上未被开发的化合物来源，如持续的体外和动物研究所证明的。然而，人体证据仍然有限，大多数数据来自发酵模型和临床前研究。分子量、聚合度、脱乙酰度和硫酸化模式等结构特征决定了可发酵性、CAZyme可及性和微生物利用，驱动选择性刺激……

**未引用参考文献**

A Ismail and A Emran, 2020; Turck et al., 2016; FISH4FISH – 欧盟委员会, 2022; Hehemann et al., 2012; Li et al., 2023; MARMADE, 2025; P et al., 2016。

**知情同意**

本研究不涉及人类受试者，因此不需要知情同意。

**科学写作中生成式人工智能的声明**

作者自行构思、设计和定稿所有图表。外部工具仅用于支持视觉草图和语言润色。没有使用任何外部工具来生成原始数据、执行分析或得出科学结论。所有科学内容、解释和最终呈现均由作者开发、核实和批准，作者对论文和图表承担全部责任。

**涉及人类受试者和/或动物的研究**

本研究不涉及任何作者进行的人类受试者或动物研究。

**利益冲突声明**

作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能被视为影响本论文中报告的工作。

**CRediT作者贡献声明**

Ali Hassan：撰写 – 初稿，方法论，数据整理，概念化，撰写 – 审阅与编辑。Nadia Yasin：撰写 – 审阅与编辑，可视化。Sana Shahid：撰写 – 审阅与编辑，软件。Giovanna Gomez d'Ayala*：监督，撰写 – 审阅与编辑，可视化，概念化。Donatella Duraccio：软件，撰写 – 审阅与编辑，可视化。Domenico Zannini：撰写 – 审阅与编辑，可视化。Mudassar Hussain*：撰写 – 审阅与编辑。

**资助**

未收到任何资金、资助或其他支持。

**利益冲突声明**

? 作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能被视为影响本论文中报告的工作。

Ali Hassan | Nadia Yasin | Sana Shahid | Giovanna Gomez d'Ayala | Donatella Duraccio | Domenico Zannini | Mudassar Hussain | Muneeba Naseer Chaudhary