安艳茹，夏梦颖，黄玉萍，周叶方

(中南大学生物科学与技术学院细胞生物学系，湖南长沙410013)

中国是世界第一禽蛋生产和消费大国，按蛋壳占鲜蛋质量的11%，蛋壳膜占蛋壳质量的5%计算，我国每年产生蛋壳约为340万t，产生的蛋壳膜约为17万t，这些丢弃的蛋壳中的残留及蛋壳膜是资源上的极度浪费［1］。目前国内外对蛋壳的资源化研究和开发利用甚多，而对蛋壳膜的研究及利用则刚刚起步，正愈来愈引起人们的重视。但是由于其相应的产品开发和产业发展方向很多，因此准确把握蛋壳膜的目前研究与应用开发现状，了解蛋壳膜相关产业发展中可能存在的问题，对于以后我国在蛋类制品的进一步深加工以及循环经济的发展显得尤为重要。本文就目前蛋壳膜的综合研究利用做一个综述。

1 鸡蛋壳膜(ESM)的结构和组成

鸡蛋壳膜(ESM)是位于蛋壳与蛋清之间的纤维状薄膜，占鸡蛋壳总重的4%～5%左右，由蛋壳内膜和蛋壳外膜组成［2］。鸡蛋壳膜厚度约为70μm，其中外鸡蛋壳膜厚度为50μm左右，内蛋壳膜厚度为15μm左右［3］。通过扫描电镜观察可得，鸡蛋壳膜外表面呈现出相互交织的纤维网状结构，纤维直径为微米级，而内表面则表现得较外表面致密，呈现出凹凸形貌。

ESM 中90%的组分为蛋白质［2，4］，主要以糖蛋白的形式存在，类似于细胞膜蛋白质的组成，此外还含有胶原蛋白(主要为Ⅰ、Ⅴ、Ⅹ型)、角蛋白、OC17(Ovocleidin)、骨桥蛋白(Osteopontin)、卵清蛋白(Ovalbumin)、溶菌酶(Lysozyme)等［5］。蛋壳膜的氨基酸组成中胱氨酸(Cys)、脯氨酸(Pro)较多，也含有胶原蛋白特有的羟脯氨酸、羟赖氨酸和弹性蛋白特有的锁链素［6］。鸡蛋壳膜中还含有少量的脂类和碳水化合物，约3%的脂质体及2%的糖类。此外，鸡蛋壳膜中还含有少量的无机物，主要有钙、镁、锶，而几乎不含铅、铝、镉、汞、碘。

基于鸡蛋壳膜的特点，人们在它的直接应用及组分的分离加工应用，特别是高生物活性分子的提取等方面开展了大量工作，制备出一批应用前景好的产品并开展了产业化的生产。

2 蛋壳膜的直接应用

由于其丰富的物质成分组成和独特的结构特征，目前鸡蛋壳膜已经被应用在医药、轻工业、环境工程和生物传感器等多个领域，通过对鸡蛋壳膜的开发利用之后，其经济效益将大大提高。

2.1 医药领域

鸡蛋壳膜，俗称“凤凰衣”［7］，目前其在医药领域的多方面应用体现了它具有加速上皮形成、消炎及促进肌肤生长的作用。临床在治疗褥疮［8］，皮肤烫伤［9-10］及外伤性鼓膜穿孔［11］中有良好的效果。

日本科学家成功地将鸡蛋壳膜加工成直径仅为5μm的极细粉末，并添加到纺织纤维里，制成了一种特别的新型纤维。用该鸡蛋壳膜纤维制成的绷带具有促进伤口愈合的功效，可使康复时间大大缩短［4］。

2.2 轻工业领域

日本丘比公司与出光精细技术公司合作，利用蛋壳内膜加工技术和天然成分微粉化与特殊聚合配比技术制得蛋壳内膜粉新材料。这种材料如果直接应用于接触肌肤的衣服上，不仅可令皮肤触感光滑，而且还可使皮肤的弹性和张力提高［12］。

2.3 环境工程领域

蛋壳膜具有多孔的蛋白质网状结构，具有较大的比表面积。研究显示，鸡蛋壳膜有能力在溶液中结合许多种类的金属离子，可用于贵重金属的回收［13］。1g卵壳膜粉能吸附22.9mg铜、71.5mg银、300mg钯和300mg白金，此外其对黄金、铑也有吸附性，其吸附量超过角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白对金属的吸附量［14］。

2.4 生物传感器

酶生物传感器有感受器和换能器两个主要组成部分，其中感受器的制备包括选择载体材料和在载体上固定化酶，而固定这一步骤对于保持酶的生物活性有着至关重要的作用。已有报道显示，利用戊二醛等交联剂将酶固定在鸡蛋壳膜上，这种新型载体可以延长酶的寿命。

以鸡蛋壳膜为载体的酶生物传感器有以下几种:天冬甜素光学酶生物传感器，采用α-糜蛋白酶和乙醇氧化酶双酶体系，用来测定某些商业产品中天冬甜素的浓度［15］;葡萄糖生物传感器，将葡萄糖氧化酶固定在鸡蛋壳膜上，用来测定产品中葡萄糖的浓度［16］;尿酸生物传感器，是将尿酸酶固定在鸡蛋壳膜上用于测定尿酸的浓度［17］;乙醇传感器，包括固定了乙醇氧化镁和壳聚糖的鸡蛋壳膜以及一个氧气感受器，可以根据氧气的减少量来测定乙醇的浓度［18］;化学荧光法生物传感器，所用酶为DNA酶，用于测定 H2O2的含量［19］。

通过上述可知，鸡蛋壳膜在很多领域都可以得到应用，然而大部分应用仍然仅停留在蛋壳内膜的剥离，并没有对其组分进行深入的加工处理，而且这样的直接应用会受到蛋壳内膜的来源差异，还有天然鸡蛋壳内膜的形状、大小及厚度等因素的限制而很难进行产业化。为了在真正意义上充分利用鸡蛋壳膜这一资源，目前的研究已深入到对其中高附加值的有效成分进行提取应用。

3 蛋壳内膜成分的提取及应用

3.1 可溶性鸡蛋壳膜蛋白(SEP)的提取和应用

原始蛋膜为纤维状网络结构，不溶于水，而蛋白质一般在溶解状态下才会表现出良好的功能特性，从而更好地加以利用。

3.1.1 SEP的提取方法 目前有关鸡蛋壳膜中SEP的提取方法已报道的主要有以下几种:a.氢氧化钠-乙醇溶解法［20］:蛋膜完全溶解后中止水解反应，再用HCl中和至pH7.2～7.4，超滤脱盐浓缩后即得到10%～15%蛋膜素溶液;b.甲酸氧化/胃蛋白酶消化法:切除鸡蛋壳膜(ESM)中的二硫键并使其溶解［21］，利用此法最终可得到可溶性壳膜蛋白，但产率较低，只有16%～39%;c.研究者还对ESM进行二次提取，先用3-巯基丙酸/乙酸处理，后用胃蛋白酶酶解，利用这种新方法使得提取率高达90%［5］。

前面两种方法得到的产物产率很低，而且由于其溶解性能局限了它在生物材料上的应用。第三种方法产率较高，基本达到了利用整个蛋壳膜的目的，产物易溶于酸性和碱性水溶液及六氟异丙醇等有机溶剂，因此可以进一步加工成膜或制成其他所需的形状，是生物医学材料应用于组织修复的重要依据对象。

3.1.2 SEP的应用 研究者利用流延法［22］制得了SEP膜，这种膜上生长的NIH3T3细胞具有更高的活度。SEP膜的成功制备使鸡蛋壳膜有可能被加工成所期望的形状和尺寸，而不会仅局限于天然形态和大小。但是纯SEP膜在干态下比较脆，不能满足组织工程支架材料的强度需求，从而使其在实际应用中受到很大限制。随后人们通过将SEP均匀固定在PCL膜和PE膜上，使得新的材料具有优良物理机械性能和生物相容性。

在近些年来，静电纺丝技术［23］在纳米纤维高分子支架上有很大发展，并引起世界各国学者的关注。SEP 可以与 PVA［24］，PPC、PLA［25］进行共混纺丝得到可促进细胞生长的支架。Kim等［26］利用SEP和PCL也成功进行了同轴电纺制得可应用于组织工程的医用材料，该类产品有较高的表面积体积比，在药物载体及美容敷料等方面有很好的应用前景。

通过对SEP的提取和应用进行分析可以发现:SEP的提取率很高可达90%，产物的利用率较高，产品开发应用有一定基础，产业开发前景良好。而且SEP是一种混合蛋白，可以作为食品，饲料等的添加剂开发充分发挥它的蛋白含量高的特性。除了对蛋壳膜可溶总蛋白的研究利用外，对于鸡蛋壳膜中所含有的各单一高附加值成分如胶原，唾液酸及抗菌蛋白等的提取和应用也是目前的热点。

3.2 胶原蛋白的提取和应用

3.2.1 胶原蛋白的提取 以往的胶原主要从陆基生物(主要是牛和猪)中提取，报道的胶原的提取方法主要有酸法、碱法、盐法和酶法四种，提取率以酶法为最高［27］，但在突发了牛的海绵状脑病(疯牛病)和猪的口蹄疫危机之后，哺乳动物来源的胶原蛋白的医学应用就受到了限制［28］。随着研究的深入，鸡蛋壳膜逐渐成为一种安全的胶原蛋白新来源。目前鸡蛋壳膜中胶原蛋白的提取方法大部分为酶解法，胶原蛋白的提取率达到0.91%［29］。

3.2.2 胶原蛋白的应用 以往从陆基动物中提取的胶原蛋白被广泛应用于食品、化妆品和制药工业等，通过对鸡蛋壳膜中此蛋白的分析对其应用进行推测。

在鸡蛋壳膜中发现了约为其自重10%的类胶原蛋白，用氨基酸分析、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、傅里叶变换红外(FTIR)和差示扫描量热术等方法对蛋壳膜类胶原蛋白的特性进行研究，发现蛋壳膜胶原类与其他来源的胶原有相似的特性，数据表明蛋壳膜来源的胶原的自身免疫和过敏反应很低。由此可以得出蛋壳膜胶原蛋白可以作为新的资源代替哺乳动物胶原的商业应用，包括功能食品、化妆品、生物医药等领域［30］。

3.3 角蛋白的提取和应用

3.3.1 角蛋白的提取 角蛋白大分子含有大量半胱氨酸，从而在主链间能形成二硫键等空间横向联键，使天然角蛋白质难于溶解［31］。因此若要制得分子量较高、溶解性较好的角蛋白，只能通过选择性的打开二硫键、破坏氢键等方法来实现。以蛋壳膜为原料提取角蛋白的方法主要有碱法、酸法和酶法。研究发现酶法提取角蛋白与其他方法相比，反应条件温和［32］，对环境无污染，具有良好的发展前景。

3.3.2 角蛋白的应用 根据纯化程度的不同，角蛋白可应用于食品、饲料和药物等方面［33］，具体包括以下领域:a.动物饲料，角蛋白作为动物饲料可以促进动物生长;b.化妆品领域，角蛋白与人体皮肤天然相容，具有良好的皮肤保健、保护和治疗功效;c.生物材料领域，角蛋白可用作伤口缝合线和其他治疗皮肤的药物。

3.4 唾液酸的提取和应用

废弃蛋壳是重要的唾液酸源，鸡蛋壳膜中唾液酸的含量不高，约为0.02%，但由于壳膜资源总量丰富，利用蛋壳膜来提取唾液酸的经济效益很高。目前以酸解法制备唾液酸的得率较高，具体水解条件为:pH2，温度为 85℃，料液比为 1∶120，时间为 1.5h，得到唾液酸的含量为46.12μg/mL左右［34］。唾液酸是一类神经氨酸的衍生物，具有很多生物活性功能。唾液酸能够维持人体粘蛋白润滑，有利于神经系统发育，尤其对于婴幼儿大脑的发育具有重要作用。此外，唾液酸还具有抗菌消炎、抗病毒以及抗肿瘤的作用［35］。

3.5 透明质酸的提取和应用

目前研究表明酶法在提取鸡蛋壳膜中透明质酸的工艺有一定的优势，胰蛋白酶提取透明质酸的工艺条件比较简单而且容易调控［36］。透明质酸具有高度粘弹性、可塑性、渗透性和良好的生物相容性，这些重要的特性使其可以作为一种功能性化妆品原料，广泛应用于化妆品、保健食品、美容手术和医药等领域。

3.6 新型抗菌蛋白的提取和应用

蛋壳膜中含有一些特定类型的蛋白可以帮助鸡蛋抵抗外界细菌的侵入，这类蛋白分子由于其抗菌谱广和不利细菌形成耐药性等特点而成为目前药物研究的一个热点。将蛋壳膜蛋白抽提后经过羧甲基琼脂糖阳离子离子交换柱，然后再从 DEAE(Diethylaminoethyl，二乙氨乙基)琼脂糖阴离子交换柱洗脱下来可以得到一种ovocalyxin-36蛋白。该分子的蛋白基因组成与杀菌增透性蛋白(BPI，bactericidal permeability-increasing proteins)/脂多糖结合蛋白(LBP，lipo-polysaccharide-binding proteins)家族类似，其抗菌活性结果表明OCX-36能和细菌脂多糖结合从而抑制微生物的迁移和增殖［37］。更多微量蛋白分子如类Kunitz蛋白酶抑制剂和羧肽酶A抑制剂等已经被发现，目前正在研究它们的抗菌效能及应用范围［38］。

3.7 溶菌酶的提取和利用

蛋壳膜中含有溶菌酶，研究者将蛋壳膜在酸性溶液中溶解后，加入聚丙烯酸(p H3.0)形成溶菌酶-聚丙烯酸凝聚物，然后将这种凝聚物解离，得到结晶的溶菌酶，再用甲壳质亲合层析和DEAE纤维素层析精制纯化，可以得到可用于食品工业的溶菌酶［39］，这种方法每公斤蛋壳膜可获得再结晶产品近一克。

溶菌酶的用途很多，食品工业中由于溶菌酶本身是一种天然蛋白质，无毒性，可以作为防腐、保鲜剂食品添加剂;还可作为一种细胞工程、发酵工程中的工具酶应用于临床医学及生物技术中。

3.8 硫酸软骨素的提取和利用

以蛋壳膜为原料，稀碱条件下溶解，然后采用胰蛋白酶、胃蛋白酶分解法去除杂蛋白，经酒精沉淀并干燥后可以得到硫酸软骨素(chondroitin sulfate，CS)［40］。硫酸软骨索是壳膜软骨等组织的一类重要的酸性粘多糖即糖胺聚糖。硫酸软骨素对角膜胶原纤维具有保护作用，能促进基质中纤维的增长，从而促进角膜创伤的愈合及改善眼部干燥症状。还可应用于关节炎作为治疗关节疾病的药品，常与葡萄糖胺配合使用，具有止痛、促进软骨再生的功效，对改善老年退行性关节炎、风湿性关节炎有一定的效果，是目前常用的一种关节保护保健品。

4 思考和展望

我国是人口大国，蛋品消费总量巨大，如果对于鸡蛋壳膜没有进行合理的开发利用，则违背了当今社会的重要主题之一——节约资源。面对这一丰富而廉价的鸡蛋壳膜资源，对其进行合理的开发利用不仅可以缓解资源短缺现状，也将会带来重要的社会效益和经济效益。

通过多年的研究开发，目前对于鸡蛋壳膜的利用已从简单的直接利用转为提取其中重要的生物分子，而且其中不乏许多高附加值的产品，可以被应用到食品，化妆品，生物药物行业等。但目前离蛋壳膜资源做到真正的产业化还有一定距离，其中还有许多相关问题影响蛋壳膜开发的进一步发展，需要采取一定措施进行改善和解决。

首先是蛋壳膜相关的产品在市场上有一定的替代品，这就要求研究的产品不仅能尽快的从实验室走向市场，而且要有高附加值，从而保证蛋壳膜源产品有较强的竞争性，有很好的性价比，进而打入市场;第二个问题是与我国蛋壳及蛋壳膜资源本身的利用程度较低有关，与发达国家有一定差距，希望可以通过加强大型禽蛋与食品公司的联合提高这类可回收垃圾的利用效率。例如鸡蛋壳中的钙源利用已经产业化并进入饲料业，蛋壳膜的产业发展可以借鉴蛋壳资源开发的经验或者同蛋壳开发结合起来，可以克服目前产业发展的局限性;第三个问题是国家对这些边缘产业尚未引起重视，建议多和相关部门如环保，科技，社会发展部门等进行沟通，争取有相应的扶持政策，切实对禽蛋业产业发展进行资金及配套落实。

尽管鸡蛋壳膜的研究开发还面临一些问题，真正实现产业化也不是短期内可以实现的目标，但是通过目前的研究应用，我们可以发现由于蛋壳膜具有多种优良特性，与其相关的许多产品都有广泛的应用前景，如化妆品，生物医药和组织工程支架等，只要运用合适的方法将其加以很好的开发利用，形成一定的产业集团，实现蛋壳膜的市场化操作，就可以真正地做到变废为宝，达到资源的最大化利用目的。

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