雞蛋殼中功能蛋白活性成分研究進展

趙文竹，楊焱，于志鵬，*，宋寶雯，劉靜波，勵建榮（.渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術，國家地方聯合工程研究中心，遼寧錦州203；2.吉林大學營養與功能食品研究室，吉林長春30062）

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雞蛋殼中功能蛋白活性成分研究進展

趙文竹1，楊焱1，于志鵬1，*，宋寶雯1，劉靜波2，*，勵建榮1
（1.渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術，國家地方聯合工程研究中心，遼寧錦州121013；2.吉林大學營養與功能食品研究室，吉林長春130062）

摘要：綜述了雞蛋殼中唾液酸、角蛋白、透明質酸和膠原蛋白4種活性成分的結構、生物活性及應用前景，旨在為雞蛋殼中生物活性因子的基礎研究與應用提供參考，并對蛋制品加工的高附加值轉化提供思路。

關鍵詞：雞蛋；蛋白；蛋殼；結構

雞蛋殼是一種高度精密有序的礦化結構，約占整個雞蛋質量的9.5%［1-3］。雞蛋殼是雞蛋的一種天然包裝，不僅便于蛋的保存和運輸，而且在蛋的孵化過程中可對胚胎起保護作用。蛋殼含有3.5%有機基質，其主要成分為糖蛋白和糖肽，有文獻報道蛋殼中生物學活性成分含有溶菌酶、膠原蛋白、角蛋白、硫酸軟骨素、唾液酸和透明質酸等［4-8］。雖然世界蛋品工業發展迅速，但雞蛋殼精深加工的基礎研究較少。目前蛋殼仍作為蛋品加工業的廢棄物而被丟棄，不僅造成了污染環境，同時也造成了雞蛋殼資源的浪費［9-10］。本文對雞蛋殼中生物學活性成分進行了綜述，旨在為雞蛋殼資源的綜合利用開發提供數據參考。

1　雞蛋殼中唾液酸的特性

唾液酸（sialic acid）是一類化合物的總稱，學名為N-乙酰基神經氨酸，最初由頜下腺粘蛋白中分離獲得［11-12］。唾液酸通常以低聚糖、糖脂或糖蛋白的形式存在，自1942年首次從唾液類粘蛋白中水解獲得后，研究者開始對唾液酸的化學結構和生物學功能進行了較為系統和深入的研究，唾液酸結構［13-14］見圖1。

圖1　唾液酸結構Fig.1 Structure of sialic acid

蛋殼和蛋殼膜中的唾液酸主要以3種狀態存在，分別為游離狀態唾液酸、唾液酸糖蛋白和與唾液酸糖脂［15］。

蛋殼中含唾液酸的糖蛋白共有兩種，一種為簡單糖蛋白，其糖鏈與肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸等以氧糖苷鍵的形式結合；另一種為復雜糖蛋白，其糖鏈與肽鏈的天冬氨酸以氮糖苷鍵的形式結合，又可分為高甘露糖型糖蛋白、復合型糖蛋白和混合型糖蛋白。復合型糖蛋白的末端與唾液酸連接，研究表明復合型糖蛋白參與各種生命活動的調節及細胞間相互識別過程［16-18］。糖脂是由神經氨酸的長碳氫鏈與各種糖鏈結合構成，現已發現50多種，其結構特點是在連有神經酰氨的多糖末端連接一個或幾個唾液酸［19-20］。圖2所示結構為糖蛋白中一種，稱為神經節苷脂，可用于消化道癌和胰臟癌的基因標記，但如果沒有端位的唾液酸，即失去識別作用。

圖2　神經節甙脂結構Fig.2 Structure of ganglioside

唾液酸在分子生物學和化學合成中的研究已有報導，由于其活性成分復雜并且含量少等原因，目前關于唾液酸的生物提取研究進展緩慢。唾液酸中羧基的存在使其分子帶負電荷，從而發揮重要特性，研究表明唾液酸有利于嬰幼兒大腦的發育［21］。大腦的發育與唾液酸所參與形成的化合物存在密切關系，研究發現唾液酸是腦細胞膜及突觸的營養素，唾液酸含量的降低成為導致衰老和先天性發育遲緩綜合癥的主要因素［22］。由于唾液酸在許多生理和病理過程中發揮重要作用，因而越來越引起人們的關注，研究發現唾液酸與癌癥、炎癥及衰老等有密切的關系［23-24］，而且在臨床上已有通過測定唾液酸含量來診斷和預測某些疾病的應用。

2　雞蛋殼中角蛋白的特性

角蛋白（keratin）作為一種纖維性且非營養型的硬蛋白，廣泛存在于人以及動物的毛發、皮膚和指甲中。角蛋白同時還是結締組織極為重要的結構蛋白質，發揮著保護機體的作用。X射線衍射研究表明角蛋白在自然狀態下存在α-螺旋和β-折疊兩種結構［25-26］。研究發現雞蛋殼膜角蛋白含有較多的半胱氨酸，-S-S-含量特別多，二硫鍵在蛋白質肽鏈中起交聯作用，不容易溶解和消化，因此角蛋白化學性質相對比較穩定，機械強度較高。角蛋白因富含苯丙氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸和丙氨酸等疏水性氨基酸而不溶于水，由于角蛋白中存在大量的二硫鍵因此具有較強的耐酸堿及抗酶解能力。研究發現角蛋白大分子主鏈間能形成鹽式鍵、二硫交聯鍵（即胱氨酸鍵）和氫鍵等空間鍵［27］（見圖3）。

圖3　角蛋白分子結構圖Fig.3 Molecular structure of keratin

當前，關于角蛋白提取的研究主要集中于羊毛、豬毛和羽毛等原料，而有關蛋殼角蛋白提取工藝技術的研究報道較少［28］。

角蛋白的提取方法主要有機械法、化學法及酶法3類。相對于傳統的蛋白質酸水解或者堿水解等化學方法，酶法提取蛋殼中的角蛋白具有條件溫和、反應速度快、提取時間短且對環境無污染等優點。酶法提取的過程易于控制，并且能夠保護氨基酸不被破壞，因此酶解產物保留了角蛋白原有的功能組分，進而能更好地發揮角蛋白的營養價值［28-30］。角蛋白與人體皮膚性質極為相近，因此更容易被皮膚吸收，更好的發揮對皮膚的保護作用。研究證實角蛋白調制的護膚霜（蛋膜素冷霜、蛋膜素洗發香波等）具有防止和減輕皮膚粗糙、促進老化表層脫落、加速新表皮生成和防止及消除皺紋、雀斑、粉刺等作用。角蛋白的護膚功效相似于珍珠，以角蛋白代替珍珠產品成本可明顯下降［31-32］，蛋殼角蛋白的應用具有廣闊的前景。

3　雞蛋殼中透明質酸的特性

蛋殼膜中的透明質酸（hyaluronic acid）活性大分子正逐漸被人們所認識和利用。透明質酸是一種具有特殊功能的線性大分子酸性多聚黏多糖，是由N-乙酰葡萄糖胺和葡萄糖醛酸通過β-1，4和β-1，3糖苷鍵反復交替連接而成［33］。透明質酸因具有較強的保水能力被譽為理想的天然保濕因子，憑借其天然、無過敏且與人體組織良好的相容性，被廣泛應用于化妝品、保健食品以及醫藥領域［34-35］。蛋殼膜中含有高濃度的透明質酸，相對于其它透明質酸原料，蛋殼是一種產量巨大的廢棄物而且容易獲得，因此蛋殼中透明質酸的精深加工高值化利用具有重要意義。透明質酸在水溶液中的無規則卷曲狀態和它的流體動力學特點決定其重要的物理特性，即高黏彈性、可塑性、滲透性以及良好的生物相容性。透明質酸具有許多天然黏多糖共同的性質，白色無定性固體、無臭無味、易吸潮且溶于水。透明質酸經紅外光譜分析發現在3 412 cm-1處有強烈的-OH伸縮振動的特征吸收峰證明了透明質酸中多糖羥基結構的存在。乙酰氨基結構的-C=O和N-H彎曲振動在1 645 cm-1和1 545 cm-1處均有歸屬，而在1410cm-1和1380cm-1處的O=C-O-伸縮振動-OH彎曲振動偶合產生的兩個吸收峰，表明存在著糖醛酸解離羧基和多羥基結構［36-37］。

透明質酸生產方法主要有提取法、微生物發酵法和細胞分離法［38］。國內外的研究證實透明質酸對巨嗜細胞、粒細胞、淋巴細胞、自然殺傷細胞等均具有一定作用。低濃度的透明質酸對吞噬細胞和自然殺傷細胞的功能有輕度的促進作用，但對淋巴細胞的轉化有抑制作用；較高濃度的透明質酸對淋巴細胞、自然殺傷細胞、吞噬細胞功能都有明顯抑制作用，且存在明顯的量效關系［39］。透明質酸形成的細胞外衣可作為防止細胞毒性溶解的屏障。同時有研究證明透明質酸可加速創面愈合，創傷早期的局部透明質酸濃度明顯增高，并對多種炎性細胞有調節作用。高濃度的高分子量透明質酸具有較高的促愈合、調控膠元合成、調節纖維活性和抗炎等作用，低分子量的透明質酸則能刺激血管生成，傷口中的透明質酸在酶的作用下，降解為低分子量透明質酸進而促進傷口愈合［40-41］。

4　蛋殼中膠原蛋白的特性

蛋殼膜含有大量的功能蛋白質，膠原蛋白（collagen）作為潛在的功能活性蛋白逐漸受到人們的關注。膠原蛋白是由3條肽鏈形成的螺旋形纖維狀蛋白質，含糖及大量甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸等，屬于糖蛋白［42］。膠原蛋白存在于所有多細胞動物體內，是體內含量最多的一類蛋白質。膠原蛋白家族包括19種膠原蛋白及10種以上膠原樣蛋白。膠原是結締組織的組成成份，煮沸時產生膠質。膠原的科學定義是指細胞外基質的結構蛋白質，分子中至少應該有1個結構域具有α鏈組成的三股螺旋構象。膠原一般為白色、透明、無分支的原纖維。已知的膠原中含有兩種構象，即三股螺旋和球形。I、III、V和XI型膠原的基本結構單元是三股螺旋的原膠原。膠原的氨基酸組成具有顯著的特征，甘氨酸占整個蛋白質組成的30%，平均連續的3個氨基酸中即有1個甘氨酸，膠原中脯氨酸約12%，羥脯氨酸約10%（一般動物性蛋白質中羥脯氨酸含量極少），此外丙氨酸約為11%，羥賴氨酸，但膠原中缺乏色氨酸［42］。

蛋殼膜中含有約10%的膠原蛋白，膠原蛋白在保健食品、化妝品及醫藥領域具有潛在的優勢。隨著人們對營養保健越來越重視和對膠原蛋白系列產品的熱衷，膠原蛋白在醫藥和食品中應用具有廣闊的前景，因此膠原蛋白提取也成為研究的焦點。目前，膠原蛋白的提取方法主要有酸法提取，熱水提取、堿法提取、酶法提取。常用來提取膠原的中性鹽有鹽酸三羥甲基胺基甲烷，氯化鈉，檸檬酸鹽等。在中性條件下，當鹽的濃度達到一定量時膠原就會溶解在其中，一般情況下可采用不同濃度的氯化鈉對提取的膠原蛋白進行鹽析處理，可以沉淀出不同類型的膠原蛋白。酶法提取膠原蛋白不僅純度高，水溶性好且理化性質穩定，同時利用蛋白酶還可以催化水解膠原的端肽的非螺旋區而對螺旋區無作用［43］。膠原蛋白具有多種生物活性，包括參與細胞遷移、分化及增殖，同時可以使骨、腱、軟骨和皮膚具有一定的機械強度。膠原蛋白憑借其良好的生物相容性，在燒傷、創傷、眼角膜疾病、美容、矯形、硬組織修復、創面止血等醫藥衛生領域用途廣泛。膠原蛋白是皮膚組織主要蛋白質成分，由成纖維細胞合成，若皮膚中缺乏膠原蛋白，膠原纖維就會發生聯固化，使細胞間黏多糖減少，皮膚便會失去柔軟、彈性和光澤，發生老化，同時皮膚出現色斑、皺紋等一系列老化現象。膠原蛋白是機體必不可少的有機物，膠原蛋白對維持骨結構完整及骨生物力學特性非常重要。研究表明骨質疏松的實質是機體合成骨膠原的速度跟不上機體本身的需要或者說新的骨膠原的生成速度低于老的骨膠原發生變異或老化速度。膠原蛋白含有多種氨基酸，備受食品領域的關注，應用較廣泛的為食用明膠和可食性腸衣，而且近年來有研究證明膠原蛋白具有降低甘油三酯和膽固醇的作用［44-45］。

5　展望

蛋殼中除含有唾液酸、角蛋白、透明質酸和膠原蛋白外，還含有溶菌酶以及豐富的生物鈣質等生物活性成分［46］。當前，利用檸檬酸與蘋果酸等制備混合有機酸鈣研究也成為開發蛋殼資源的有效方法［47］。蛋殼目前屬于蛋品加工廢棄物，成本低廉。目前，美國市場上已出現以蛋殼為原料的開發的保護軟組織的產品，雖然價格不菲但仍然備受青睞。開發蛋殼中的生物活性成分不僅可以減少環境污染、降低生產成本，而且符合可持續發展的理念，將蛋殼變廢為寶，提高蛋品企業的市場競爭力，因此開發蛋殼中生物活性成分具廣闊的市場前景。

參考文獻：

［1］李彥坡，馬美湖.蛋殼及蛋殼膜的研究和利用［J］.糧食與食品工業，2008，15（5）：27-36

［2］戚國棟，楊彩梅，王謙，等.禽類蛋殼及基質蛋白質的研究進展［J］.飼料研究，2007，20（6）：56-58

［3］Rovensky J，Stancikova M，Masaryk P. Eggshell calcium in the prevention and treatment of osteoporosis［J］. International Journal o f Clinical Pharmacology Research，2003，23（2/3）：83-92

［4］Rainer H，Marc A. Bioactive egg compounds［M］.New York：Springer，2007：99-120

［5］Cotterill O J，Geiger G S. Egg product yield trends from shell eggs［J］. Poultry Science，1977，56：1027-1031

［6］Mine，Y. Recent advances in egg protein functionality in the food system［J］.World’s Poultry，2002，58：31-39

［7］Jennifer K N，Marshall P，Yoshinori M. Advances in the Value of Eggs and Egg Components for Human Health［J］. Journal of Agricultural and food chemistry，2005，53：8421-8431

［8］Suguro N，Horiike S，Masuda Y，et al. Bioavailability and commercial use of eggshell calcium，membrane proteins and yolk lecithin products［J］. Egg Nutrition and Biotechnology，2000，50（12）：219-232

［9］Bain M.Recent advances in the assessment of eggshell quality and their future application［J］. Worlds Poultry Science Journal，2005，61 （2）：268-277

［10］司偉達，王旭清，韓兆鵬，等.雞蛋殼資源的再開發及研究進展［J］.農產品加工（學刊），2012（10）：36-37

［11］劉志東，王蔭榆，郭本恒，等.唾液酸的研究進展［J］.食品工業科技，2010，31（4）：368-373

［12］Blix G，Gottscharlk A，Klenk E. Proposed nomenelature in the field of neuraminic and sialic acid［J］.Nature，1957，179：1088

［13］陶旭，劉靜波，王二雷，等.廢棄雞蛋殼的化學組成及其中唾液酸的生物學功能［J］.食品工業科技，2010，31（11）：382-385

［14］Schauer R. Victor Ginsburg’s in fluence on my research of the role of sialic acids in biological recognition［J］.ABB，2004，426：132-141

［15］Nakano T，Ikawa N I，Ozimek L. Chemical composition of chicken eggshell and shell membranes［J］. Poultry Science，2003，82（3）：510-514

［16］Pablo H H L，Ronald L S.Gangliosides in cell recognition and membrane protein regulation［J］. Current opinion in structural biology， 2009，19：549-557

［17］Schnaar R L，Gerardy-Schahn R，Hildebrandt H.Sialic acids in the brain：gangliosides and polysialic acid in nervous system development，stability，disease，and regeneration［J］. Physiol Review，2014，94（2）：461-518

［18］Dube D H，Bertozzi C R.Glycans in cancer and inflammation-potential for therapeutics and diagnostics［J］. Nature Reviews Drug Discovery，2005（4）：477-488

［19］黃婷，李斌，吳曉芳，等.禽蛋唾液酸及其衍生物研究進展［J］.中國家禽，2011，33（11）：43-46

［20］Chen X，Varki A.Advances in the biology and chemistry of sialic acids［J］.ACS Chemistry Biology，2010，5（2）：163-176

［21］Karim M，Wang B.Is sialic acid in milk food for the brain［J］.Nutrition and Resources，2006，18（1）：1-11

［22］Wang B，Brand-Miller J.The role and potential of sialic acid in human nutrition［J］.European Journal of Clinical Nutrition，2003，57（11）：1351-1369

［23］Wang B，Brand-Miller J，Mc Veagh P，et al.Concentration and distribution of sialic acid in human milk and infant formulas［J］.American Journal of Clinical Nutrition，2001，74（4）：510-515

［24］Daeng W，Garnjana W，Naivikul O，et al. Chicken egg shell matrix proteins enhance calcium transport in the human intestinal epithelial cells，Caco-2［J］. Food and Feed Chemistry，2003，51（20）：60- 61

［25］郭穎杰，佟金.角蛋白材料結構與力學特性研究進展［J］.農業工程學報，2004，20（3）：266-270

［26］Mason P.The Viscoelasticity and Structure of Keratin and Collagen ［J］.Kolloid-Zeitschrifl und Zeitschrifl fiir Polymere，1965，202（2）：139-147

［27］Earland C，Knight C.Studies on the structure of keratin II-The amino acid content of fractions isolated from［J］. Biochimica et biophysica acta，1956，22：405-411

［28］周艷華，馬美湖，蔡朝霞.蛋殼膜中角蛋白與膠原蛋白的提取分離技術及功能多肽的研究［J］.中國家禽，2008，30（15）：34-37

［29］付學忠，劉琳，姚菊明.羊毛角蛋白的提取工藝及其特性表征［J］.浙江理工大學學報，2012，29（2）：160-163

［30］楊德玉，李珍，高新，等.酶法提取蛋殼膜中的角蛋白［J］.食品科學，2007，28（6）：240-242

［31］張瑞宇，陳嘉聰.蛋殼內膜中角蛋白的提取研究［J］.食品科學，2005，26（9）：251-254

［32］姜家東，陳保華，張金濤.功能性角蛋白在護膚膏霜中的應用研究［J］.中國洗滌用品工業，2013（8）：69-72

［33］Atkins E，Sheehan J.Structure for Hyaluronic Acid［J］.nature new biology，1972，235：253-254

［34］Arshinoff S.The physical properties of ophthalmic viscoelastics in cataract surgery［J］.Ophthalmic Pract，1991，9：81-86

［35］王彥厚，賈雷.透明質酸的制備與臨床應用研究進展［J］.實用藥物與臨床，2007，10（1）：48-50

［36］白繪宇，徐晶，李慧珺，等.透明質酸的制備及應用研究進展［J］.廣東化工，2010，37（11）：243-244，248

［37］樊東輝，吳蓓蓓，徐政，等.透明質酸鈉的光譜學分析［J］.中國生化藥物雜志，2006，27（1）：22-25

［38］David A，Swan N.Studies on hyaluronic acid I. The preparation and properties of rooster comb hyaluronic acid［J］.Biochim Biophys Acta，1968，156：17-30

［39］王宇鯤，王海杰.透明質酸在巨噬細胞吞噬方面的作用機制［J］.國外醫學（生理、病理科學與臨床分冊），2004，24（4）：346-348

［40］Meyer，Karl. The biological significance of hyaluronic acid and hyaluronidase［J］.Physiological reviews，1947，27（3）：335-359

［41］Yamamoto H.Antiaging and cosmetic effects of dietary hyaluronic acid（extracellular matrix extract）［J］.New Food Ind，1998，40（11）：33-41

［42］Gelse K Poschl E，Aigner T. Collagens-structure，function，and biosynthesis［J］. Advanced Drug Delivery Reviews，2003，55：1531-1546

［43］Yuhong Z，Yujie C. Characterization of collagen from eggshell membrane［J］. Biotechnol，2009（8）：254-258

［44］Arias J L，Fernande M S，Dennis J E，et al.Caplan collagens of the chicken eggshell membrane［J］.Connective Tissue Research，1991，26：37-45

［45］Ortega N，Werb Z. New functional roles for non-collagenous domains of basement membrane collagens［J］. Journal of Cell Science，2002，115：4201-4214

［46］Hinckea M T，Gautronb J，Panheleuxb M，et al. Identification and localization of lysozyme as a component of eggshell membranes and eggshell matrix［J］.Matrix Biology，2000，19（5）：443-453

［47］殷蓉，安靜，殷輝，等.用蛋殼制備檸檬酸-蘋果酸鈣的研究［J］.河北科技大學學報，2003，24（3）：87-90

Progress on the Functional Protein Composition of Hen Egg Shell

ZHAO Wen-zhu1，YANG Yan1，YU Zhi-peng1，*，SONG Bao-wen1，LIU Jing-bo2，*，LI Jian-rong1
（1. College of Food Science and Technology，Bohai University，National & Local Joint Engineering Research Center of Storage，Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products，Jinzhou 121013，Liaoning，China；2. Lab of Nutrition and Functional Food，Jilin University，Changchun 130062，Jilin，China）

Abstract：This paper reviews the egg shell source of sialic acid，keratin，hyaluronic acid and collagen structure of four active ingredients，biological activity and prospects，aims to study the egg shell bioactive factors to provide reference and processed egg shell high value-added conversion to provide ideas.

Key words：hen egg；protein；egg shell；structure

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.050

基金項目：國家科技支撐課題-“食源性功能肽生物制備技術研究”（2012BAD00B03）；渤海大學博士啟動項目-“果蔬多糖類化合物降血糖機制的研究”（0515bs020）

作者簡介：趙文竹（1986—），女（漢），講師，博士，研究方向：活性多糖及糖蛋白的結構與功能研究。

*通信作者

收稿日期：2015-05-19