海洋资源生物转化工程技术概述

水产品是提供人类消费的蛋白质的主要来源之一，但在水产品加工以及利用的同时，其原料中有相当数量的不可直接食用部分（如头、鳍、内脏、鳞、皮、骨骼等）要被处理下来，这些一般占原料总重的30%左右，个别种类超过40%，这些不能通过一般食品加工方式加工成食品的部分，称为“废弃物”或“下脚料”。然而这些下脚料又含有蛋白质、酶、油脂，以及其他一些具有生物活性的物质如多糖类、维生素类、矿物质等多种成分。这部分原料中除了蛋白质之外，其他各类成分不论在种类上或数量上，都远比作为可食用部分的肌肉组织中的要丰富得多。这些下脚料如不加以利用，因为其易腐败的特点将可能成为环境的一个重要污染因素、一个负担。如果利用现代加工技术将其改造，则可以从中收回许多产品，有些自然可以做成食品，而且是富含多营养要素的优质保健食品；有些则可以开发成为很有价值的饲料；有些成为工业上具有多种用途的物质等。这些种类繁多、各具功效的产品，都来自水产品加工的下脚料，这种利用方式被称为“副产品加工”或叫作“综合利用”。

据粗略估算，我国每年水产品加工副产物已达到上千万吨。生产100吨冷冻鱼糜约需400吨原料鱼，可产生200吨～250吨副产物。虾头占虾体重量的30%～40%，我国每年剔除的虾头为1.5万～2.0万吨。鱿鱼加工副产物如鱿鱼皮、内脏、软骨、墨汁、鱿鱼眼、精巢等，鱿鱼在加工处理过程中有20%～25%副产物。海参每年的全国产量为14万～15万吨，每吨活海参约可加工出干净海参肠16千克，海参肠产量每年即可以达到2000吨以上。海藻化工利用率不超过30%，大部分成分最终成为加工副产物，除一部分用于饲料添加剂或肥料外，其余废弃，全国每年因此而产生的海藻渣（漂浮渣）可达15万吨左右。此外，我国的非工业化加工产生的水产品副产物（废弃物）的总量更为巨大。除了加工副产物以外，每年我国还有大量的低值海洋生物资源没有得到开发和有效利用，其中最为典型的是浒苔。从2008年6月中旬开始，大量浒苔从黄海中部海域漂移至青岛附近海域，青岛近海海域及沿岸遭遇了突如其来、历史罕见的浒苔自然灾害，清除浒苔100多万吨，曾一度对青岛夏季奥运会帆船运动员海上训练造成影响。因此，如何运用生物技术对这些低值水产品和水产加工过程中产生的副产物进行高值化利用，是目前生物技术领域急需开展的研究课题。

破坏物料形态的生物转化工程是实现低值水产资源高值化的重要技术保障和必然发展方向。将现代生物工程技术引入到海洋资源开发利用中，综合运用基因工程、酶工程、蛋白质工程、发酵工程、生物催化与生物转化工程以及系统生化工程等工业生物技术手段，从海洋生物资源中挖掘一批新物种、新基因及微生物酶；通过现代海洋微生物工程和酶工程技术的转化和应用，特别是水产加工专用蛋白酶、脂肪酶和海洋特征多糖降解酶的利用，实现海洋资源有效成分的深度提取、高效转化、功能提升；进一步推动开发出水产蛋白粉、海洋活性肽、食品调味品、海洋蛋白肥、功能脂质等一批新型海洋功能食品与生物制品的问世和现有产品与技术升级，从而提升海洋生物资源的高效开发和加工副产物的综合利用水平。

在海洋蛋白原料的开发方面，可以通过复合蛋白酶降解、酶解—发酵耦合技术、固态或液态发酵技术等方式，实现海洋蛋白质的高效提取和功能提升，包括开发低相对分子质量海洋蛋白和蛋白肽、海洋调味品、鱼蛋白肥等产品。特别值得一提的是，海洋动物体内往往具有不同结构的高活性蛋白酶，在海洋蛋白质开发中应充分利用这些内源性组织蛋白酶的作用，提高酶解产物的得率和性能。例如，南极磷虾已报道了八种蛋白自溶酶：三种丝氨酸类胰蛋白酶（TL I，TL II，TL III），一种丝氨酸类胰凝乳蛋白酶（CL），两种羧肽酶A（CPA I和CPA II），两种羧肽酶B（CPB I和CPB II）；三种胰蛋白酶都具有羧肽酶活性，37℃下南极磷虾胰蛋白酶活性高于牛胰蛋白酶12倍，1℃～3℃时高于牛胰蛋白酶60倍。

在海洋功能脂质开发方面，海洋食品富含结构特殊的脂类，以DHA（二十二碳六烯酸）及EPA（二十碳五烯酸）为代表的n-3多不饱和脂肪酸（n-3PUFA）具备特殊营养功效，在维持动物正常脑功能、改善血脂、预防心脑血管疾病方面的有益性已经得到广泛认可。在海洋食品脂质中，DHA/EPA主要以甘油三酯和磷脂的形式存在，现有研究表明，海洋食品 DHA/EPA磷脂具有更为显著的营养功能。磷脂型的DHA更容易进入到脑，并具有改善睡眠和缓解抑郁的作用。水产食品中含有DHA的磷脂主要以磷脂酰胆碱（phosphatidyl cholines，PC）和磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamines，PE）形式存在，磷脂酰丝氨酸（phosphatidyl serines，PS）的含量一般低于5%，因此利用生物转化的方法，以甘油三酯型鱼油和DHA-PC为对象，建立DHA-PS（磷脂酰丝氨酸）等的定向生物转化技术，可望成为新的研究方向和发展趋势。

在海洋多糖的开发方面，利用海洋酶工程技术和发酵工程技术开发新型海洋多糖和低聚糖相关产品，已经取得了显著的成果。例如利用海洋多糖降解酶制备特定聚合度的海洋低聚糖和寡糖，在本书第四章已有详细介绍。此外，近十年来，海藻肥的研究方兴未艾，已经快速占据了国内肥料市场的重要份额，在本节将做出介绍。