世界清洁地球日 | 把吃剩的海鲜壳变废为宝

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世界清洁地球日是全球性清洁活动，是由澳大利亚的国际环保组织Clean Up the World的伊恩基南发起，时间是定在每年9月的第三个周末，现为全球最重要的环境保护活动之一，每年全世界有超过125个国家、4000万人参加这个活动。

将废弃的海鲜壳转换为含氮丰富的化合物对环境和经济都有好处。每年，全世界都扔掉6万～8万吨螃蟹壳、草虾壳和龙虾壳，其中有1.5万吨扔在了东南亚。金枪鱼重量的75%都可以做成鱼片，但是螃蟹肉只占螃蟹重量的40%。

在发展中国家，废弃的海鲜壳常常倾倒在垃圾场或者海洋里了事。在发达国家，处置这些废弃物可不便宜，以澳大利亚为例，处理一吨壳废物就得花上150美金。

然而，海鲜壳富含有用的化学物质——蛋白质、碳酸钙和壳多糖。壳多糖是一种类似纤维素的聚合物，富含氮元素。没有人注意到这些海鲜壳对于化工产业的潜在价值。为此，科学家需要找出可持续的方法来精炼甲壳动物的贝壳，政府和企业也需要投资这些量大便宜的可再生资源的利用。

现有的从废弃的海鲜壳中提取化学物质的工艺方法对环境有害，既费钱又费料。常用的分离方法为分馏法。分离蛋白质的试剂是有刺激性的有毒溶剂。为了制造壳聚糖，需要用40%氢氧化钠处理壳多糖。从虾壳中生产1千克壳聚糖需要用水1吨以上。

结果，尽管原材料很便宜，1千克质量较好的壳聚糖也可以卖到200美金。全球的精制壳多糖用量较少，每年仅1万吨，主要用于制造薄膜、药品、食品和化妆品。壳多糖的生产厂家也很少，中国、日本、泰国和印度尼西亚还有几家。把壳多糖和壳聚糖转化为其他化学品又有其他问题。天然的壳多糖是结晶体，一般试剂很难处理。在苛刻的反应条件下，壳多糖的聚合链也很容易发生副反应，产生无数的复杂化合物，从反应器中提纯产品甭提有多麻烦了。

新技术已经萌芽了。新世纪初，墨西哥和英国研究人员提出了生产壳多糖的乳酸发酵工艺，能在单一反应器中转化30千克～50千克壳废料。英国、美国和中国的研究人员则研发出了一种能消耗蛋白质、分解碳酸钙的细菌混合物。蛋白水解物和乳酸钙作为副产品，可用于生产动物饲料和钙补充剂。

科学家还可以设计和使用离子液体。这种液体能溶解碳水化合物聚合物和提取壳多糖。利用这种方式产生的壳多糖聚合物是长链的高分子化合物，可制成伤口敷料或纤维、薄膜。

壳废物的生物炼制将为东南亚和其他地区创造新的产业契机。新加坡国立大学化学与生物分子工程系的Ning Yan教授建议开发一套壳废物精炼工艺管线，正如木质生物质能在一套设备中被分离和转化为不同产品。这样的开发需要多学科合作，需要政府和化工燃料产业提供资金支持，需要全世界的科学家在基础研究中攻克技术难关。

上文参考：Nature 2015;524:155-157