《Applied Research》：Seafood By-Product Valorization: Emerging Extraction Technologies and Applications
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海鲜产业在全球营养、生计和经济增长中扮演着关键角色，然而收获生物量的50%-70%可能成为副产物，既造成环境问题又提供了宝贵资源。外壳、皮、骨、鳞片和内脏富含蛋白质、肽类、脂质、胶原蛋白、明胶、甲壳素和色素，具有多种工业应用价值。近期环保型提取方法，包括酶解（
海鲜产业在全球营养、生计和经济增长中扮演着关键角色，然而收获生物量的50%-70%可能成为副产物，既造成环境问题又提供了宝贵资源。外壳、皮、骨、鳞片和内脏富含蛋白质、肽类、脂质、胶原蛋白、明胶、甲壳素和色素，具有多种工业应用价值。近期环保型提取方法，包括酶解（enzymatic hydrolysis）、微生物发酵（microbial fermentation）、超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction）、微波辅助提取（microwave-assisted extraction）和超临界流体萃取（supercritical fluid extraction），为提高化合物回收率和功能性提供了机会。与主要关注单一海鲜衍生化合物或特定回收技术的综述不同，本综述提供了一个整合性概述，将新兴提取方法与回收组分在食品、生物医药、包装和环境领域的特性及潜在应用联系起来。特别关注了提取策略、功能特性和应用潜力之间的关系，以及在可扩展性、成本效益、监管框架和消费者接受度方面的当前挑战。本综述还确定了未来研究方向，旨在开发功能性配料和先进材料，支持在循环生物经济框架内实现海鲜副产物的可持续增值化。
1 引言
全球海鲜产业对食物系统至关重要，提供优质动物蛋白和必需微量营养素。2022年全球鱼类产量约1.84亿吨，水产养殖占比近半。然而该行业面临大量废弃物产生的问题，50%-70%的海鲜生物量作为副产物被丢弃。海鲜副产物的管理因地区而异，受法规、基础设施和市场机会影响。这些副产物富含蛋白质、肽类、多糖、脂质和矿物质等有价值的生物分子，可用于食品、制药等领域。甲壳素和壳聚糖具有抗菌和成膜性能，可用于生物医学和食品包装；鱼皮、鳞片和骨骼中的胶原蛋白和明胶用于食品、化妆品和药品；副产物也是omega-3多不饱和脂肪酸和具有抗氧化、抗高血压和抗菌活性的蛋白水解物的来源。近年来，食品科学家对从天然来源中识别、提取和利用生物活性化合物的兴趣日益增长。循环生物经济原则强调资源高效利用和废物避免，将加工剩余物转化为高价值产品。技术进步如酶解法、微生物发酵、超临界流体萃取和超声辅助提取等方法提高了产率、产品质量和工艺可持续性。尽管如此，在成本效益、食品安全法规遵守和消费者接受度方面仍存在重大挑战。现有研究常聚焦于单一化合物或提取方法，缺乏对原料组成、提取策略、产品功能性和应用潜力之间关系的整合评估。本综述批判性地审视了海鲜副产物组成、新兴提取加工技术及其在关键领域的应用，同时强调了可扩展性、安全性、经济可行性和环境可持续性方面的挑战。
2 方法论
本综述采用主题性和批判性叙述方法，综合了2020年至2026年间来自Web of Science、Scopus、PubMed和Google Scholar数据库的相关文献，重点关注循环生物经济框架下提取技术、生物活性回收、工业应用和可持续性的最新进展。
3 海鲜副产物的组成
海鲜副产物包括鱼类加工残留物、贝类外壳以及头足类和软体动物的残余物，其生化组成因物种、栖息地、饮食、季节和加工条件等因素而显著变化。表1展示了主要组分及其来源。
3.1 鱼类加工废弃物
鱼类加工产生的副产物可达总原料重量的60%，包括头、骨架、内脏、皮和鳞片。这些副产物富含蛋白质、脂质、胶原蛋白、明胶和矿物质。鱼类蛋白具有均衡的氨基酸谱，酶解后生成具有抗氧化、抗高血压、抗菌和免疫调节特性的生物活性肽。海洋油脂富含二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），具有心脏保护、抗炎和认知益处。胶原蛋白和明胶用于膳食补充剂和功能性食品，有助于皮肤弹性、关节健康和骨骼强度。鱼骨富含钙和磷，可转化为细粉或羟基磷灰石用作膳食补充剂。鱼内脏中的酶类（蛋白酶、脂肪酶、几丁质酶）具有重要的经济潜力。
3.2 贝类废弃物
甲壳类加工（虾、蟹、龙虾）产生占整体生物量40%-50%的壳废弃物，富含甲壳素、蛋白质、矿物质和色素。甲壳素占干重的15%-40%，其脱乙酰形式壳聚糖具有可生物降解、生物相容和抗菌特性，用于伤口愈合、药物递送和组织工程。壳蛋白占20%-40%，酶解后可产生具有多种生物活性的肽类。碳酸钙（CaCO3）占壳重的30%-40%，可用作土壤改良剂、填料和钙补充剂。虾青素（astaxanthin）是一种强效天然抗氧化剂，具有抗炎、心血管保护和神经保护作用。
3.3 头足类和软体动物残留物
头足类和软体动物加工产生的残留物富含蛋白质、多糖和生物活性化合物。蛋白质酶解产生具有抗高血压、抗氧化和抗菌特性的生物活性肽。多糖包括硫酸软骨素和硫酸乙酰肝素等糖胺聚糖（GAGs），具有抗凝血、抗炎和抗癌活性。贻贝、蛤蜊和牡蛎中的多糖可作为天然水胶体。乌贼墨中的黑色素因其独特的生物学特性而在食品、化妆品和医药领域受到关注。
4 影响组成的因素
海鲜副产物的组成受物种差异、地理环境因素和加工方法的影响。物种差异导致蛋白质、脂质、多糖和矿物质浓度不同。地理起源和环境条件如水温、盐度和栖息地显著影响营养成分。加工方法包括热处理、冻融循环和化学处理会改变生化完整性和功能特性。热暴露可诱导蛋白质变性和脂质氧化，非热技术如高静水压（HHP）和超声在保持营养完整性方面显示出潜力。选择合适的加工方法需考虑目标产品、微生物控制和所需营养功能属性的保留。
5 提取技术
提取技术决定了从海鲜副产物中回收有价值化合物的产率、纯度和功能特性。表2提供了各种提取方法的比较概览。
5.1 甲壳素和壳聚糖
5.1.1 传统化学提取：使用盐酸（HCl）脱矿和氢氧化钠（NaOH）脱蛋白的两步法，操作简单、成本效益高，但产生大量酸碱废水，可能导致聚合物部分解聚和功能特性改变。
5.1.2 酶解脱蛋白：蛋白酶在温和条件下选择性水解与甲壳素基质结合的蛋白质，减少化学品消耗并保持甲壳素的分子量和结构完整性，但酶成本和工艺优化仍是规模化障碍。
5.1.3 微生物发酵：乳酸菌（LAB）等微生物原位产生有机酸和蛋白酶，实现同步脱矿和部分脱蛋白，可同时生产甲壳素和蛋白水解物，但处理时间长且效率因菌株而异。
5.1.4 离子液体和低共熔溶剂（DES）：在温和条件下实现同步脱矿和脱蛋白，产率高且保持结构完整性，但规模化、溶剂回收和经济可行性仍是挑战。
5.2 胶原蛋白和明胶
5.2.1 传统热水提取：结合酸或碱预处理的热水提取是回收胶原蛋白和明胶的主要方法。
