雞蛋殼中功能蛋白活性成分研究進(jìn)展

趙文竹，楊焱，于志鵬，*，宋寶雯，劉靜波，勵建榮（.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)，國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧錦州203；2.吉林大學(xué)營養(yǎng)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(jìn)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(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)，國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧錦州121013；2.吉林大學(xué)營養(yǎng)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(zhì)酸和膠原蛋白4種活性成分的結(jié)構(gòu)、生物活性及應(yīng)用前景，旨在為雞蛋殼中生物活性因子的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用提供參考，并對蛋制品加工的高附加值轉(zhuǎn)化提供思路。

關(guān)鍵詞：雞蛋；蛋白；蛋殼；結(jié)構(gòu)

雞蛋殼是一種高度精密有序的礦化結(jié)構(gòu)，約占整個(gè)雞蛋質(zhì)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(yùn)輸，而且在蛋的孵化過程中可對胚胎起保護(hù)作用。蛋殼含有3.5%有機(jī)基質(zhì)，其主要成分為糖蛋白和糖肽，有文獻(xiàn)報(bào)道蛋殼中生物學(xué)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(zhì)酸等［4-8］。雖然世界蛋品工業(yè)發(fā)展迅速，但雞蛋殼精深加工的基礎(chǔ)研究較少。目前蛋殼仍作為蛋品加工業(yè)的廢棄物而被丟棄，不僅造成了污染環(huán)境，同時(shí)也造成了雞蛋殼資源的浪費(fèi)［9-10］。本文對雞蛋殼中生物學(xué)活性成分進(jìn)行了綜述，旨在為雞蛋殼資源的綜合利用開發(fā)提供數(shù)據(jù)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(xué)名為N-乙?；窠?jīng)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(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究，唾液酸結(jié)構(gòu)［13-14］見圖1。

圖1　唾液酸結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of sialic acid

蛋殼和蛋殼膜中的唾液酸主要以3種狀態(tài)存在，分別為游離狀態(tài)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(jié)合；另一種為復(fù)雜糖蛋白，其糖鏈與肽鏈的天冬氨酸以氮糖苷鍵的形式結(jié)合，又可分為高甘露糖型糖蛋白、復(fù)合型糖蛋白和混合型糖蛋白。復(fù)合型糖蛋白的末端與唾液酸連接，研究表明復(fù)合型糖蛋白參與各種生命活動的調(diào)節(jié)及細(xì)胞間相互識別過程［16-18］。糖脂是由神經(jīng)氨酸的長碳?xì)滏溑c各種糖鏈結(jié)合構(gòu)成，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)50多種，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在連有神經(jīng)酰氨的多糖末端連接一個(gè)或幾個(gè)唾液酸［19-20］。圖2所示結(jié)構(gòu)為糖蛋白中一種，稱為神經(jīng)節(jié)苷脂，可用于消化道癌和胰臟癌的基因標(biāo)記，但如果沒有端位的唾液酸，即失去識別作用。

圖2　神經(jīng)節(jié)甙脂結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of ganglioside

唾液酸在分子生物學(xué)和化學(xué)合成中的研究已有報(bào)導(dǎo)，由于其活性成分復(fù)雜并且含量少等原因，目前關(guān)于唾液酸的生物提取研究進(jìn)展緩慢。唾液酸中羧基的存在使其分子帶負(fù)電荷，從而發(fā)揮重要特性，研究表明唾液酸有利于嬰幼兒大腦的發(fā)育［21］。大腦的發(fā)育與唾液酸所參與形成的化合物存在密切關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)唾液酸是腦細(xì)胞膜及突觸的營養(yǎng)素，唾液酸含量的降低成為導(dǎo)致衰老和先天性發(fā)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(fā)揮重要作用，因而越來越引起人們的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)唾液酸與癌癥、炎癥及衰老等有密切的關(guān)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(yù)測某些疾病的應(yīng)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(yǎng)型的硬蛋白，廣泛存在于人以及動物的毛發(fā)、皮膚和指甲中。角蛋白同時(shí)還是結(jié)締組織極為重要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，發(fā)揮著保護(hù)機(jī)體的作用。X射線衍射研究表明角蛋白在自然狀態(tài)下存在α-螺旋和β-折疊兩種結(jié)構(gòu)［25-26］。研究發(fā)現(xiàn)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(zhì)肽鏈中起交聯(lián)作用，不容易溶解和消化，因此角蛋白化學(xué)性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)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(qiáng)的耐酸堿及抗酶解能力。研究發(fā)現(xiàn)角蛋白大分子主鏈間能形成鹽式鍵、二硫交聯(lián)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(jié)構(gòu)圖Fig.3 Molecular structure of keratin

當(dāng)前，關(guān)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(guān)蛋殼角蛋白提取工藝技術(shù)的研究報(bào)道較少［28］。

角蛋白的提取方法主要有機(jī)械法、化學(xué)法及酶法3類。相對于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)酸水解或者堿水解等化學(xué)方法，酶法提取蛋殼中的角蛋白具有條件溫和、反應(yīng)速度快、提取時(shí)間短且對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。酶法提取的過程易于控制，并且能夠保護(hù)氨基酸不被破壞，因此酶解產(chǎn)物保留了角蛋白原有的功能組分，進(jìn)而能更好地發(fā)揮角蛋白的營養(yǎng)價(jià)值［28-30］。角蛋白與人體皮膚性質(zhì)極為相近，因此更容易被皮膚吸收，更好的發(fā)揮對皮膚的保護(hù)作用。研究證實(shí)角蛋白調(diào)制的護(hù)膚霜（蛋膜素冷霜、蛋膜素洗發(fā)香波等）具有防止和減輕皮膚粗糙、促進(jìn)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(hù)膚功效相似于珍珠，以角蛋白代替珍珠產(chǎn)品成本可明顯下降［31-32］，蛋殼角蛋白的應(yīng)用具有廣闊的前景。

3　雞蛋殼中透明質(zhì)酸的特性

蛋殼膜中的透明質(zhì)酸（hyaluronic acid）活性大分子正逐漸被人們所認(rèn)識和利用。透明質(zhì)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(fù)交替連接而成［33］。透明質(zhì)酸因具有較強(qiáng)的保水能力被譽(yù)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(yīng)用于化妝品、保健食品以及醫(yī)藥領(lǐng)域［34-35］。蛋殼膜中含有高濃度的透明質(zhì)酸，相對于其它透明質(zhì)酸原料，蛋殼是一種產(chǎn)量巨大的廢棄物而且容易獲得，因此蛋殼中透明質(zhì)酸的精深加工高值化利用具有重要意義。透明質(zhì)酸在水溶液中的無規(guī)則卷曲狀態(tài)和它的流體動力學(xué)特點(diǎn)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(zhì)酸具有許多天然黏多糖共同的性質(zhì)，白色無定性固體、無臭無味、易吸潮且溶于水。透明質(zhì)酸經(jīng)紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)在3 412 cm-1處有強(qiáng)烈的-OH伸縮振動的特征吸收峰證明了透明質(zhì)酸中多糖羥基結(jié)構(gòu)的存在。乙酰氨基結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的兩個(gè)吸收峰，表明存在著糖醛酸解離羧基和多羥基結(jié)構(gòu)［36-37］。

透明質(zhì)酸生產(chǎn)方法主要有提取法、微生物發(fā)酵法和細(xì)胞分離法［38］。國內(nèi)外的研究證實(shí)透明質(zhì)酸對巨嗜細(xì)胞、粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞等均具有一定作用。低濃度的透明質(zhì)酸對吞噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的功能有輕度的促進(jìn)作用，但對淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化有抑制作用；較高濃度的透明質(zhì)酸對淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、吞噬細(xì)胞功能都有明顯抑制作用，且存在明顯的量效關(guān)系［39］。透明質(zhì)酸形成的細(xì)胞外衣可作為防止細(xì)胞毒性溶解的屏障。同時(shí)有研究證明透明質(zhì)酸可加速創(chuàng)面愈合，創(chuàng)傷早期的局部透明質(zhì)酸濃度明顯增高，并對多種炎性細(xì)胞有調(diào)節(jié)作用。高濃度的高分子量透明質(zhì)酸具有較高的促愈合、調(diào)控膠元合成、調(diào)節(jié)纖維活性和抗炎等作用，低分子量的透明質(zhì)酸則能刺激血管生成，傷口中的透明質(zhì)酸在酶的作用下，降解為低分子量透明質(zhì)酸進(jìn)而促進(jìn)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(zhì)，膠原蛋白（collagen）作為潛在的功能活性蛋白逐漸受到人們的關(guān)注。膠原蛋白是由3條肽鏈形成的螺旋形纖維狀蛋白質(zhì)，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(xì)胞動物體內(nèi)，是體內(nèi)含量最多的一類蛋白質(zhì)。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(jié)締組織的組成成份，煮沸時(shí)產(chǎn)生膠質(zhì)。膠原的科學(xué)定義是指細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，分子中至少應(yīng)該有1個(gè)結(jié)構(gòu)域具有α鏈組成的三股螺旋構(gòu)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(gòu)象，即三股螺旋和球形。I、III、V和XI型膠原的基本結(jié)構(gòu)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(gè)蛋白質(zhì)組成的30%，平均連續(xù)的3個(gè)氨基酸中即有1個(gè)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(zhì)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(yī)藥領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢。隨著人們對營養(yǎng)保健越來越重視和對膠原蛋白系列產(chǎn)品的熱衷，膠原蛋白在醫(yī)藥和食品中應(yīng)用具有廣闊的前景，因此膠原蛋白提取也成為研究的焦點(diǎn)。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(dāng)鹽的濃度達(dá)到一定量時(shí)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(jìn)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(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)利用蛋白酶還可以催化水解膠原的端肽的非螺旋區(qū)而對螺旋區(qū)無作用［43］。膠原蛋白具有多種生物活性，包括參與細(xì)胞遷移、分化及增殖，同時(shí)可以使骨、腱、軟骨和皮膚具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。膠原蛋白憑借其良好的生物相容性，在燒傷、創(chuàng)傷、眼角膜疾病、美容、矯形、硬組織修復(fù)、創(chuàng)面止血等醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域用途廣泛。膠原蛋白是皮膚組織主要蛋白質(zhì)成分，由成纖維細(xì)胞合成，若皮膚中缺乏膠原蛋白，膠原纖維就會發(fā)生聯(lián)固化，使細(xì)胞間黏多糖減少，皮膚便會失去柔軟、彈性和光澤，發(fā)生老化，同時(shí)皮膚出現(xiàn)色斑、皺紋等一系列老化現(xiàn)象。膠原蛋白是機(jī)體必不可少的有機(jī)物，膠原蛋白對維持骨結(jié)構(gòu)完整及骨生物力學(xué)特性非常重要。研究表明骨質(zhì)疏松的實(shí)質(zhì)是機(jī)體合成骨膠原的速度跟不上機(jī)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(fā)生變異或老化速度。膠原蛋白含有多種氨基酸，備受食品領(lǐng)域的關(guān)注，應(yīng)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(zhì)酸和膠原蛋白外，還含有溶菌酶以及豐富的生物鈣質(zhì)等生物活性成分［46］。當(dāng)前，利用檸檬酸與蘋果酸等制備混合有機(jī)酸鈣研究也成為開發(fā)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(xiàn)以蛋殼為原料的開發(fā)的保護(hù)軟組織的產(chǎn)品，雖然價(jià)格不菲但仍然備受青睞。開發(fā)蛋殼中的生物活性成分不僅可以減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本，而且符合可持續(xù)發(fā)展的理念，將蛋殼變廢為寶，提高蛋品企業(yè)的市場競爭力，因此開發(fā)蛋殼中生物活性成分具廣闊的市場前景。

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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(xiàng)目：國家科技支撐課題-“食源性功能肽生物制備技術(shù)研究”（2012BAD00B03）；渤海大學(xué)博士啟動項(xiàng)目-“果蔬多糖類化合物降血糖機(jī)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(jié)構(gòu)與功能研究。

*通信作者

收稿日期：2015-05-19