說起螃蟹和龍蝦，想必廣大吃貨們一定不會陌生。醉蟹、麻辣小龍蝦、清蒸大閘蟹……光聽名字就足以讓人垂涎三尺。美味的蟹肉、蝦肉可以滿足我們的味蕾，但如果說被丟掉的蟹殼蝦殼未來有可能被用來生產抗癌藥物造福癌癥患者，聽起來是不是很神奇呢？ 

　　那么問題來了，我們吃剩下的螃蟹殼和龍蝦殼究竟和抗癌藥物究竟有什么神奇的聯系呢？ 

圖1 螃蟹（圖片來源Veer圖庫） 

　　  

　　為解決成噸的蟹蝦殼 人們將它廢物利用 

　　據2015年數據統計，全球每年都會產生6百萬噸到8百萬噸的螃蟹殼、蝦殼和龍蝦殼廢物。以螃蟹為例，我們吃的螃蟹肉，只占了全部質量的40%，因此全球吃貨們在享受美食的同時產生了大量的甲殼類廢棄物。 

　　在發展中國家，這些殼廢物的處理方法主要是陸地填埋和大海填埋。在發達國家，這些廢棄物的處理主要是以加工成建筑材料為主，但需要耗費大量資金。據澳大利亞數據統計，處理每噸殼廢物需要150美元，大約是澳大利亞4-5人日均消費總和。 

　　這些被遺棄的甲殼類廢棄物主要由蛋白質、碳酸鈣和甲殼素組成。其中蛋白質可以被用來制作動物飼料，碳酸鈣可以被廣泛應用在醫療、建筑和造紙等領域，而甲殼素含有大量的氮元素，因此在合成制備各種精細化學品和藥物中間體等方面具有重大的應用前景。 


圖2 甲殼類廢物主要成分以及應用（圖片來源：作者提供） 

圖3 螃蟹殼廢物（圖片來源：Don’t waste seafood waste, Nature, 2015, 524, 155-157.） 

　　  

　　用甲殼素制成的含氮化學品即經濟又環保 

　　甲殼素，是一種含量豐富的氨基酸生物高分子，是僅次于纖維素的全球第二大生物高分子材料，主要存在于甲殼綱的生物的外骨骼中。 

　　甲殼素由大量含氮的六元環結構組成，科學家發現這一結構和許多藥物中間體的結構類似，于是就有了一種大膽猜想，能不能利用甲殼素合成藥物，尤其是抗癌藥呢？  


圖4：甲殼素可制備的精細化學品（Chitin the most abundant amino biopolymer:甲殼素是含量最豐富的氨基酸生物高聚物；Nitrogen-containing chemicals: 含氮化學品）（圖片來源：作者提供） 

　　以抗癌藥氯脲霉素為例，氯脲霉素系葡萄糖取代的氯乙基亞硝基脲類化合物，其不僅具有亞硝基脲類化合物的抗癌活性，同時又具有抑制骨髓毒性較小的特點，對黑色毒素、結腸癌、肺癌、腎癌、何杰金氏病等疾病有一定療效。 

　　氯脲霉素結構（圖5）與甲殼素單體結構相似，為通過甲殼素合成氯脲霉素提供了可能。 

圖5 氯脲霉素化學結構式（圖片來源：作者提供） 

　　許多藥物或者重要化學品均含有氮元素，這些化學品主要是從許多復雜的化學反應過程制備而來，其中最重要的原料氨氣，需要在高溫高壓下制備，不僅浪費了大量能源而且還產生了大量的污染廢物。 

　　而以甲殼素為原料制備含氮的化學品不僅能節省成本還生態環保，原料就來自“源源不斷”的蟹蝦殼中，更重要的是，還可以通過發展該生產路線，豐富擴大現有的化工行業。 

　　環保高效地提取甲殼素是擺在科學家面前的難題 

　　但目前為止，甲殼素提取主要包括化學法、酶解法和微生物發酵法等。 

　　化學法操作簡單效率高，但是會消耗大量酸堿，不僅產生大量酸堿廢液，還難以回收蛋白質、鈣和蝦青素等有效成分，既浪費資源也污染環境。 

　　酶解法雖然解決了化學法的弊端，但制備耗時長，脫蛋白的效果沒有化學法好，而且商業化酶較貴，成本更高。 

　　微生物發酵法主要采用一些細菌和真菌發酵體產生的有機酸或蛋白酶來去除蛋白質和鈣鹽，從而達到提取甲殼素的目的。但是該方法成本也很高，不適合工業化大批量生產。 

　　難道就沒有一種提取甲殼素的方法既經濟又環保嗎？ 

　　目前研究學者在不斷開發新的綠色環保高效的提取工藝，包括乙二胺四乙酸法和熱甘油預處理法等。 

圖6 工業合成氨裝置（圖片來源Pixabay圖庫） 

　　  

　　甲殼素未來有望用于抗癌藥制備 

　　以甲殼素為原料，科學家已經實現了許多含氮藥物中間體的合成制備，除了氯脲霉素外，還有吡啶、吡咯、吡嗪等。這些產物被廣泛應用在有機合成、醫藥、農藥等領域。 

　　尤其是在醫藥領域，吡咯類藥物是一種未來尋找抗艾滋病藥物的重要方向。吡嗪的衍生物吩嗪以具有抗腫瘤，抗菌和利尿的性質而著稱。 

　　以吡咯類抗癌藥為例，吡咯衍生物吡咯烷與卟啉一起作用富集于癌細胞中，從而局部高濃度地發揮其特有的抗癌活性；另外，作為光敏劑，還可以在光動力作用下產生活性氧，使氨基酸側鏈被氧化，導致蛋白質的氧化斷裂變質，最終使癌細胞喪失自我調節能力而凋亡。 

　　以甲殼素為原料制備抗癌藥，這種新路線不僅可以實現從甲殼素到目標產物的一步法合成，還能通過縮減反應路線，降低能耗和污染。最終實現資源的高值化利用。 

　　扔掉的殼比吃下的肉還多，這是吃貨們最無法忍受的。不過反過來想想，丟棄的蟹殼蝦殼能造福人類，是不是心里瞬間好受多了？ 

　　  

　　參考文獻： 

　　[1] Yan, Ning, and Xi Chen. "Sustainability: Don't waste seafood waste." Nature News，524.7564 (2015): 155. 

　　[2] Gao, Xiaoyun, et al. "Transformation of chitin and waste shrimp shells into acetic acid and pyrrole." ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 4.7 (2016): 3912-3920. 

　　[3] Chen, Xi, et al. "Direct conversion of chitin into a N-containing furan derivative." Green Chemistry, 16.4 (2014): 2204-2212. 

　　[4] Chen, Xi, and Ning Yan. "Novel catalytic systems to convert chitin and lignin into valuable chemicals." Catalysis Surveys from Asia, 18.4 (2014): 164-176. 

　　[5] 仝建波, et al. "三維全息原子場作用矢量用于吡咯類抗艾滋病藥物QSAR研究." 分析科學學報, 24.3(2008):275-279. 

　　[6] 顧覺奮, 戴垚. "苯并二吡咯類抗腫瘤抗生素的研究進展." 國外醫藥:抗生素分冊, 23.5(2002):221-224. 

　　[7] Gantchev T. G., Lier J. E. Photochem. Photobiol [J], 1995, 62:123-134. 

　　[8]孫翔宇,魏琦峰,任秀蓮.蝦、蟹殼中甲殼素/殼聚糖提取工藝及應用研究進展[J],食品研究與開發, 39.22(2018):214-219. 

丟掉的蟹蝦殼 未來有望用作抗癌藥

圖文簡介

摘要：美味的蟹肉、蝦肉可以滿足我們的味蕾，但如果說被丟掉的蟹殼蝦殼未來有可能被用來生產抗癌藥物造福癌癥患者，聽起來是不是很神奇呢？我們吃剩下的螃蟹殼和龍蝦殼究竟和抗癌藥物究竟有什么神奇的聯系呢？