陶 旭，刘静波，王二雷，张 燕，王作昭

（吉林大学军需科技学院营养与功能食品研究室，吉林长春130062）

废弃鸡蛋壳的化学组成及其中唾液酸的生物学功能

陶 旭，刘静波*，王二雷，张 燕，王作昭

（吉林大学军需科技学院营养与功能食品研究室，吉林长春130062）

主要阐述了废弃鸡蛋壳的化学组成以及其中生物活性物质唾液酸的生物学功能问题。废弃蛋壳包括蛋壳、蛋壳膜和残留蛋清，含有唾液酸、糖醛酸以及氨基酸等成分。其中唾液酸是一类分布在复合糖类糖链末端的九碳糖，在各种生命活动中起着重要的作用，如体内润滑、维持正常神经活动、益智、抗菌、抗病毒、抗肿瘤等，旨在为废弃蛋壳中唾液酸的开发利用以及今后相应的科研工作提供理论依据。

蛋壳，蛋壳膜，化学组成，唾液酸，生物学功能

中国是禽类养殖的大国，鸡蛋产量连续二十多年稳居世界第一位。蛋品经食用以及加工后，废弃物鸡蛋壳的数量相当庞大。据称，中国每年约有400万t废弃鸡蛋壳，对生态环境造成日益严重的威胁，同时也是资源的极度浪费。对禽蛋制品加工副产物的研发将在一定程度上改变鸡蛋壳来源分散、污染严重等现状［1-2］。目前，中国市场上尚未见到蛋壳类有机钙、蛋壳胶原蛋白制品、蛋膜粉制品等商品，废弃鸡蛋壳的开发利用明显滞后。二十世纪九十年代以来，关于鸡蛋壳膜中生物学活性成分的提取分离研究，文献中报道的有溶菌酶［3］、胶原蛋白［4］、角蛋白［5］、硫酸软骨素［6］、透明质酸［7］等；关于蛋壳膜在食品行业、医药行业、轻化工业、饲养与饲料业等诸多行业的潜在利用价值，文献中报道的有营养补充剂、增稠剂、泡沫稳定剂、品质改良剂、角蛋白可食用性膜、凤凰衣制品、人造皮肤、手术缝合线、隐形眼镜、蛋膜粉美容护肤品、角蛋白可降解塑料、照相机滤光镜片等产品的开发与研制［8］。而对于蛋壳和蛋壳膜中唾液酸的生物活性研究相对滞后，有待于投入更多的精力及其资金去开发研究。

1 废弃鸡蛋壳的结构与化学组成

1.1 废弃鸡蛋壳的结构

废弃鸡蛋壳的物理组成主要是三部分：蛋壳、蛋壳膜、残留蛋清。其中总的废弃蛋壳约占全蛋重量的12%；蛋壳膜约占蛋壳重量的5%，其厚度约为0.06mm；残留蛋清约占总废弃蛋壳重的25%。蛋白质纤维构成蛋壳的基质，在蛋白质基质上堆积钙质构成蛋壳，蛋壳是鸡蛋的保护屏障，同时也提供给鸡蛋巨大的支撑强力。蛋壳膜位于蛋壳与蛋清之间，为双层结构的纤维状薄膜，由外层蛋壳膜和内层蛋壳膜构成。在蛋未产出以前是没有气室的，当产出后遇冷，内容物收缩，外层蛋壳膜和内层蛋壳膜之间分离，于是在蛋的钝端就形成了气室。打蛋后内层蛋壳膜上包被着一层黏性半流动体物质，由浓厚蛋白及水样蛋白组成，白色半透明而富有营养，为粘附的蛋清［9］。

1.2 废弃鸡蛋壳的化学组成

废弃蛋壳的三部分中，蛋壳主要成分为碳酸钙，但经脱钙处理后剩余部分多为有机物；残留蛋清的成分同鸡蛋内正常蛋清相同，此处研究的废弃蛋壳主要包括蛋壳和蛋壳膜。就废弃蛋壳中含有的有机质来讲，大部分为蛋白质，少量为唾液酸及其糖醛酸，具体有角蛋白、胶原蛋白、复合蛋白、N-乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明质酸、硫酸软骨素等生物活性物质［10］。

Nakano，T［11］等人对蛋壳和蛋壳膜中的蛋白质含有的氨基酸种类进行了研究，见表1。可见除了甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸外，脱钙蛋壳和内外层蛋壳膜中所有氨基酸的含量均相近。比起蛋壳膜来讲，脱钙蛋壳中甘氨酸和丙氨酸的含量要高，而脯氨酸和羟脯氨酸的含量要低。脱钙蛋壳中亮氨酸的含量明显比外层蛋壳膜中的要高，但是两种膜中亮氨酸的含量近似。蛋壳膜中含有弹性蛋白特有的锁链素和胶原蛋白特有的羟脯氨酸。

表1 脱钙蛋壳和蛋壳膜中氨基酸摩尔百分比含量表

Nakano T［11］等人对蛋壳和蛋壳膜中包括总氮水平在内的有机物的含量进行了分析，结果见表2。可见蛋壳中糖醛酸的含量大约是内层蛋壳膜和外层蛋壳膜含量的5倍，内层蛋壳膜和外层蛋壳膜含量相近似。唾液酸的含量在脱钙蛋壳中含量最高，其次是内层蛋壳膜，最后是外层蛋壳膜。氮元素的浓度在脱钙蛋壳中含量最低，在两种蛋壳膜中含量近似。

表2 脱钙蛋壳和蛋壳膜的成分分析表（单位μg/mg）

2 废弃鸡蛋壳中唾液酸的生物学功能

2.1 唾液酸的理化性质概述

蛋壳和蛋壳膜中的唾液酸主要有3种状态：与蛋白质结合状态、游离状态和与低聚糖结合状态。唾液酸最早是从唾液腺粘蛋白中提取分离得到，因而命名为唾液酸。起初将具有氨基糖酸的基本结构的化合物命名为神经氨酸，神经氨酸的一系列酰化物叫唾液酸。后来唾液酸的定义扩大，还包括神经氨酸的各种衍生物。唾液酸属于糖类，有五十多个衍生物，由于带负电荷，因此它能被阴离子交换层析柱纯化分离。唾液酸系统命名为5-氨基-3，5-二脱氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖，根据5号碳上不同的连接基团构成了不同的唾液酸衍生物，唾液酸晶体的结构见图1［12］。

图1 唾液酸的结构

ARUN K［13］等人发现唾液酸广泛存在于生物的各种组织中，是细胞膜表面糖复合物的组成成分，通常在糖蛋白和糖脂的末端以糖甙的形式存在。特别是在大脑、神经系统、血清、粘蛋白、乳汁中存在较多，有时在体液和尿中也能发现游离的唾液酸。

吴剑荣［14］等人研究报道，唾液酸无色，易溶于水，在水中不发生变旋作用。纯的N-乙酰神经氨酸和N-羟乙酰神经氨酸在水溶液中很稳定，4℃时贮藏数月不发生变化。如果溶液中含有非常微量的有机酸，其稳定性就受到很大的影响。二乙酰和三乙酰神经氨酸不稳定，在常温下易变成N-乙酰神经氨酸。

2.2 唾液酸的生物学功能

2.2.1 唾液酸维持人体粘蛋白润滑 唾液中含有的粘蛋白，具有润滑特性，这种润滑功能与其中唾液酸含量有关，是润滑口腔的主要因素。若用酶或温和酸水解除去唾液酸，则其粘度大幅度降低。类似的情况亦存在于人体消化道、呼吸道、泌尿生殖道、眼角膜等处的粘蛋白中。

郑新山［15］采用唾液酸酶法检测细菌性阴道病，用该方法与传统诊断细菌性阴道病方法对比实验，发现唾液酸酶法具有较高的特异性、敏感性、准确性，操作更为简便，具有临床应用价值。所以说唾液酸的存在与这些糖蛋白大分子所执行的润滑、湿润、保护功能密切相关。

2.2.2 唾液酸有利于神经系统发育 Muhsin K［16］发现唾液酸作为神经细胞突触膜上的神经节苷脂和唾液酸糖蛋白的重要结构组成成分，对突触形成和神经传导起着重要的作用，并参与记忆与学习功能。大脑的发育与唾液酸所参与形成的化合物密切相关，唾液酸正是大脑细胞膜及突触的脑部营养素，而衰老和先天性发育迟缓综合症则与唾液酸含量下降有关。

Wang B［17］等人研究药物施捷因，即单唾液酸四己糖神经节苷脂，是一种糖神经鞘脂，含有唾液酸。哺乳类动物细胞膜和神经系统中含量尤其丰富，在神经系统生长发育过程中起必不可少的作用，具有促进神经组织再生、促进神经轴突生长和突触形成、恢复神经支配等功能；改善神经传导、促进脑电活动及其它神经电生理指标的恢复；保护细胞膜、促进细胞膜各种酶活性恢复等作用。作为药物可治疗中枢神经系统病变包括脑脊髓创伤、脑血管意外、帕金森氏病、老年痴呆症等。

2.2.3 唾液酸有利于婴幼儿大脑的发育 人体内的大脑中唾液酸含量最高，人自身可以由肝脏合成内源性的唾液酸，但是婴幼儿的肝脏和其他器官还没有像成年人那样发育成熟，不足以合成足量的内源性唾液酸。人脑发育的黄金期是从妊娠期到二周岁，这一阶段是脑细胞数量调整体积增大、功能完善、神经联结网络形成的关键时期；到一岁时，脑的重量已增加到成人的1/2。因此，智力发展的关键时期与大脑发育的关键时期并行，对于大脑发育来讲，唾液酸是必不可少的营养因子之一，婴幼儿需要足够的外源性唾液酸去满足大脑正常发育的需要。

戎书敏［18］和夏晶娟［19］利用唾液酸的衍生物单唾液酸四己糖神经节苷脂钠治疗新生儿低氧缺血性脑病，发现这能有效地减轻临床症状，减轻该病所致的神经系统后遗症，是治疗低氧缺血性脑病的安全、有效药物。

目前，唾液酸的食物来源主要是母乳，尤其是初乳中的含量最高。美赞臣公司最近首次推出“唾液酸计划”，即在奶粉中提高唾液酸含量。而蛋壳和蛋壳膜作为重要的唾液酸天然来源，开发研究相关的功能性食品是很必要的。

2.2.4 唾液酸具有抗菌消炎和抗病毒的作用Schauer R［20］等人研究发现人体的某些器官或者一些组织发炎或受到损伤时，白细胞就会聚集到发炎部位，发挥抗菌消炎作用。这一过程中，白细胞的聚集与细胞黏附密切相关，而细胞黏附过程与白细胞表面的一个含唾液酸的四碳糖化合物有关。因而唾液酸具有抑制白细胞黏附的作用，并且可以抗击炎症。

Schauer R［21］实验证明唾液粘蛋白中的唾液酸，具有调节口腔微生物的作用。唾液能迅速封闭进入口腔环境的微生物，如：口腔链球菌与唾液粘蛋白之间的相互作用，人类颌下腺唾液依赖唾液酸凝集几种口腔链球菌。

唾液酸不仅能与细菌相互作用，还能与病毒相互作用。唾液酸及其衍生物在抑制唾液酸酶与抗呼吸道合胞病毒［22］、抗副流感病毒［23］、抗流感病毒［24］、抗腺病毒［25］、抗轮状病毒［26］等方面有重要的作用，唾液酸在抑制HIV传染方面也有一定的作用。

唾液酸对于许多病原微生物的作用，在病毒的感染过程中起着十分重要的作用。一些合成的唾液酸衍生物对腺病毒、呼吸道合胞病毒、副流感病毒等的感染有较强的抑制作用［27］，这也成为抗病毒药物研究的一个新思路。

2.2.5 唾液酸具有抗肿瘤的作用 Wang B［28］等研究表明新生的细胞中唾液酸的含量要明显高于衰老的细胞。实验研究证明，将细胞用唾液酸苷酶处理过后，注入体内后，细胞会在几小时内死亡，而正常细胞的寿命却为120d。这说明唾液酸参与了细胞生命周期的调控，唾液酸复合物末端的唾液酸能阻止细胞表面上重要的抗原位点和识别标记，避免这些复合物被周围的免疫系统识别和降解。

Bruner M［29］等人发现表面被神经节糖苷或唾液酸修饰的脂质体在抗肿瘤化学治疗中起作用，这是因为唾液酸能逃避免疫系统对脂质体的清除，从而延长了脂质体的作用时间。恶性肿瘤细胞膜上含量增加的唾液酸，有遮盖肿瘤抗原决定簇的作用。这实际上是唾液酸参与细胞识别的一种方式，有着一定的生理或病理意义。

Cattel L［30］等人研究发现肿瘤患者瘤体及血液中的唾液酸含量增加，并随病情的加重而升高，随病情的缓解而降低，说明唾液酸可作为肿瘤标志物应用于肿瘤的病理诊断和疗效监控。血清唾液酸还是一种心血管疾病的标志物或者致病因素［31］，如冠状动脉疾病、急性炎症反应、糖尿病患者血管病并发症，同时研究证明血清唾液酸还是人体恶性肿瘤的标志物［32］。人体血清唾液酸的这种功能尚需进行大样本的前瞻性研究。

3 展望

中国是人口大国，蛋品的消耗量非常大，蛋壳和蛋壳膜资源丰富，廉价易得。从资源转化利用的角度出发，废弃蛋壳资源的开发不仅具有一定的科学理论价值，而且具有重要的社会效益、环境效益和经济效益，具有越来越广阔的前景。

废弃蛋壳是重要的唾液酸源，唾液酸具有很多生物活性功能，有利于神经系统的发育，尤其是对婴幼儿大脑的发育起着不可忽视的作用。同时，在抗细菌、抗病毒、抗肿瘤、抗识别、体内润滑、维持神经系统正常活动、消炎等方面也起着十分重要的作用。随着人们对唾液酸及其衍生物的生物学功能的进一步研究，使从废弃蛋壳中分离提取大量的高纯度唾液酸和唾液酸衍生物成为可能。

近年来，以唾液酸为基础的新药物研究取得了较大的进展，随着人们对唾液酸及其衍生物研究的不断深入，将有更多治疗神经疾病的唾液酸类药物被开发和应用，例如治疗疾病如老年痴呆症、精神分裂症、帕金森症等疾病。更多含唾液酸的功能性食品将被研发上市，如婴幼儿益智食品的开发研制以及幼儿奶粉配方的完善，并且为研究唾液酸自身生物学活性的作用机理提供了很好的条件。

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Chemical composition of wasted eggshell and biological function of sialic acid in eggshell

TAO Xu，LIU Jing-bo*，WANG Er-lei，ZHANG Yan，WANG Zuo-zhao
（Laboratory of Nutrition and Functional Food，College of Quartermaster Technology，Jilin University，Changchun 130062，China）

Chemical composition of wasted eggshell and biological functions of sialic acid in eggshell were reported.Wasted eggshell consists of eggshell，eggshell membrane and rudimental egg white，with sialic acid，uronic acid and amino acid.Sialic acid is a nine-carbon monosaccharide found on the terminal of glycoconjugates. lt plays an important role in life activities and internal lubrication，maintain normal activity of nerves，alpiniae oxyphyllae，antibiosis，virus resistance，anticancer.The study will afford rationale for development and utilization of sialic acid in wasted eggshell.

eggshell；eggshell membrane；chemical composition；sialic acid；biological function

TS253.9

A

1002-0306（2010）11-0382-04

2009-10-26 *通讯联系人

陶旭（1986-），男，在读硕士，研究方向：营养与功能性食品。

吉林省科技厅农业重点基金项目（20050202-3）。