陶 旭，劉靜波，王二雷，張 燕，王作昭

（吉林大學軍需科技學院營養(yǎng)與功能食品研究室，吉林長春130062）

廢棄雞蛋殼的化學組成及其中唾液酸的生物學功能

陶 旭，劉靜波*，王二雷，張 燕，王作昭

（吉林大學軍需科技學院營養(yǎng)與功能食品研究室，吉林長春130062）

主要闡述了廢棄雞蛋殼的化學組成以及其中生物活性物質(zhì)唾液酸的生物學功能問題。廢棄蛋殼包括蛋殼、蛋殼膜和殘留蛋清，含有唾液酸、糖醛酸以及氨基酸等成分。其中唾液酸是一類分布在復合糖類糖鏈末端的九碳糖，在各種生命活動中起著重要的作用，如體內(nèi)潤滑、維持正常神經(jīng)活動、益智、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等，旨在為廢棄蛋殼中唾液酸的開發(fā)利用以及今后相應的科研工作提供理論依據(jù)。

蛋殼，蛋殼膜，化學組成，唾液酸，生物學功能

中國是禽類養(yǎng)殖的大國，雞蛋產(chǎn)量連續(xù)二十多年穩(wěn)居世界第一位。蛋品經(jīng)食用以及加工后，廢棄物雞蛋殼的數(shù)量相當龐大。據(jù)稱，中國每年約有400萬t廢棄雞蛋殼，對生態(tài)環(huán)境造成日益嚴重的威脅，同時也是資源的極度浪費。對禽蛋制品加工副產(chǎn)物的研發(fā)將在一定程度上改變雞蛋殼來源分散、污染嚴重等現(xiàn)狀［1-2］。目前，中國市場上尚未見到蛋殼類有機鈣、蛋殼膠原蛋白制品、蛋膜粉制品等商品，廢棄雞蛋殼的開發(fā)利用明顯滯后。二十世紀九十年代以來，關于雞蛋殼膜中生物學活性成分的提取分離研究，文獻中報道的有溶菌酶［3］、膠原蛋白［4］、角蛋白［5］、硫酸軟骨素［6］、透明質(zhì)酸［7］等；關于蛋殼膜在食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、輕化工業(yè)、飼養(yǎng)與飼料業(yè)等諸多行業(yè)的潛在利用價值，文獻中報道的有營養(yǎng)補充劑、增稠劑、泡沫穩(wěn)定劑、品質(zhì)改良劑、角蛋白可食用性膜、鳳凰衣制品、人造皮膚、手術縫合線、隱形眼鏡、蛋膜粉美容護膚品、角蛋白可降解塑料、照相機濾光鏡片等產(chǎn)品的開發(fā)與研制［8］。而對于蛋殼和蛋殼膜中唾液酸的生物活性研究相對滯后，有待于投入更多的精力及其資金去開發(fā)研究。

1 廢棄雞蛋殼的結(jié)構(gòu)與化學組成

1.1 廢棄雞蛋殼的結(jié)構(gòu)

廢棄雞蛋殼的物理組成主要是三部分：蛋殼、蛋殼膜、殘留蛋清。其中總的廢棄蛋殼約占全蛋重量的12%；蛋殼膜約占蛋殼重量的5%，其厚度約為0.06mm；殘留蛋清約占總廢棄蛋殼重的25%。蛋白質(zhì)纖維構(gòu)成蛋殼的基質(zhì)，在蛋白質(zhì)基質(zhì)上堆積鈣質(zhì)構(gòu)成蛋殼，蛋殼是雞蛋的保護屏障，同時也提供給雞蛋巨大的支撐強力。蛋殼膜位于蛋殼與蛋清之間，為雙層結(jié)構(gòu)的纖維狀薄膜，由外層蛋殼膜和內(nèi)層蛋殼膜構(gòu)成。在蛋未產(chǎn)出以前是沒有氣室的，當產(chǎn)出后遇冷，內(nèi)容物收縮，外層蛋殼膜和內(nèi)層蛋殼膜之間分離，于是在蛋的鈍端就形成了氣室。打蛋后內(nèi)層蛋殼膜上包被著一層黏性半流動體物質(zhì)，由濃厚蛋白及水樣蛋白組成，白色半透明而富有營養(yǎng)，為粘附的蛋清［9］。

1.2 廢棄雞蛋殼的化學組成

廢棄蛋殼的三部分中，蛋殼主要成分為碳酸鈣，但經(jīng)脫鈣處理后剩余部分多為有機物；殘留蛋清的成分同雞蛋內(nèi)正常蛋清相同，此處研究的廢棄蛋殼主要包括蛋殼和蛋殼膜。就廢棄蛋殼中含有的有機質(zhì)來講，大部分為蛋白質(zhì)，少量為唾液酸及其糖醛酸，具體有角蛋白、膠原蛋白、復合蛋白、N-乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素等生物活性物質(zhì)［10］。

Nakano，T［11］等人對蛋殼和蛋殼膜中的蛋白質(zhì)含有的氨基酸種類進行了研究，見表1。可見除了甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸外，脫鈣蛋殼和內(nèi)外層蛋殼膜中所有氨基酸的含量均相近。比起蛋殼膜來講，脫鈣蛋殼中甘氨酸和丙氨酸的含量要高，而脯氨酸和羥脯氨酸的含量要低。脫鈣蛋殼中亮氨酸的含量明顯比外層蛋殼膜中的要高，但是兩種膜中亮氨酸的含量近似。蛋殼膜中含有彈性蛋白特有的鎖鏈素和膠原蛋白特有的羥脯氨酸。

表1 脫鈣蛋殼和蛋殼膜中氨基酸摩爾百分比含量表

Nakano T［11］等人對蛋殼和蛋殼膜中包括總氮水平在內(nèi)的有機物的含量進行了分析，結(jié)果見表2?？梢姷皻ぶ刑侨┧岬暮看蠹s是內(nèi)層蛋殼膜和外層蛋殼膜含量的5倍，內(nèi)層蛋殼膜和外層蛋殼膜含量相近似。唾液酸的含量在脫鈣蛋殼中含量最高，其次是內(nèi)層蛋殼膜，最后是外層蛋殼膜。氮元素的濃度在脫鈣蛋殼中含量最低，在兩種蛋殼膜中含量近似。

表2 脫鈣蛋殼和蛋殼膜的成分分析表（單位μg/mg）

2 廢棄雞蛋殼中唾液酸的生物學功能

2.1 唾液酸的理化性質(zhì)概述

蛋殼和蛋殼膜中的唾液酸主要有3種狀態(tài)：與蛋白質(zhì)結(jié)合狀態(tài)、游離狀態(tài)和與低聚糖結(jié)合狀態(tài)。唾液酸最早是從唾液腺粘蛋白中提取分離得到，因而命名為唾液酸。起初將具有氨基糖酸的基本結(jié)構(gòu)的化合物命名為神經(jīng)氨酸，神經(jīng)氨酸的一系列?；锝型僖核帷：髞硗僖核岬亩x擴大，還包括神經(jīng)氨酸的各種衍生物。唾液酸屬于糖類，有五十多個衍生物，由于帶負電荷，因此它能被陰離子交換層析柱純化分離。唾液酸系統(tǒng)命名為5-氨基-3，5-二脫氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖，根據(jù)5號碳上不同的連接基團構(gòu)成了不同的唾液酸衍生物，唾液酸晶體的結(jié)構(gòu)見圖1［12］。

圖1 唾液酸的結(jié)構(gòu)

ARUN K［13］等人發(fā)現(xiàn)唾液酸廣泛存在于生物的各種組織中，是細胞膜表面糖復合物的組成成分，通常在糖蛋白和糖脂的末端以糖甙的形式存在。特別是在大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、血清、粘蛋白、乳汁中存在較多，有時在體液和尿中也能發(fā)現(xiàn)游離的唾液酸。

吳劍榮［14］等人研究報道，唾液酸無色，易溶于水，在水中不發(fā)生變旋作用。純的N-乙酰神經(jīng)氨酸和N-羥乙酰神經(jīng)氨酸在水溶液中很穩(wěn)定，4℃時貯藏數(shù)月不發(fā)生變化。如果溶液中含有非常微量的有機酸，其穩(wěn)定性就受到很大的影響。二乙酰和三乙酰神經(jīng)氨酸不穩(wěn)定，在常溫下易變成N-乙酰神經(jīng)氨酸。

2.2 唾液酸的生物學功能

2.2.1 唾液酸維持人體粘蛋白潤滑 唾液中含有的粘蛋白，具有潤滑特性，這種潤滑功能與其中唾液酸含量有關，是潤滑口腔的主要因素。若用酶或溫和酸水解除去唾液酸，則其粘度大幅度降低。類似的情況亦存在于人體消化道、呼吸道、泌尿生殖道、眼角膜等處的粘蛋白中。

鄭新山［15］采用唾液酸酶法檢測細菌性陰道病，用該方法與傳統(tǒng)診斷細菌性陰道病方法對比實驗，發(fā)現(xiàn)唾液酸酶法具有較高的特異性、敏感性、準確性，操作更為簡便，具有臨床應用價值。所以說唾液酸的存在與這些糖蛋白大分子所執(zhí)行的潤滑、濕潤、保護功能密切相關。

2.2.2 唾液酸有利于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育 Muhsin K［16］發(fā)現(xiàn)唾液酸作為神經(jīng)細胞突觸膜上的神經(jīng)節(jié)苷脂和唾液酸糖蛋白的重要結(jié)構(gòu)組成成分，對突觸形成和神經(jīng)傳導起著重要的作用，并參與記憶與學習功能。大腦的發(fā)育與唾液酸所參與形成的化合物密切相關，唾液酸正是大腦細胞膜及突觸的腦部營養(yǎng)素，而衰老和先天性發(fā)育遲緩綜合癥則與唾液酸含量下降有關。

Wang B［17］等人研究藥物施捷因，即單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷脂，是一種糖神經(jīng)鞘脂，含有唾液酸。哺乳類動物細胞膜和神經(jīng)系統(tǒng)中含量尤其豐富，在神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育過程中起必不可少的作用，具有促進神經(jīng)組織再生、促進神經(jīng)軸突生長和突觸形成、恢復神經(jīng)支配等功能；改善神經(jīng)傳導、促進腦電活動及其它神經(jīng)電生理指標的恢復；保護細胞膜、促進細胞膜各種酶活性恢復等作用。作為藥物可治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變包括腦脊髓創(chuàng)傷、腦血管意外、帕金森氏病、老年癡呆癥等。

2.2.3 唾液酸有利于嬰幼兒大腦的發(fā)育 人體內(nèi)的大腦中唾液酸含量最高，人自身可以由肝臟合成內(nèi)源性的唾液酸，但是嬰幼兒的肝臟和其他器官還沒有像成年人那樣發(fā)育成熟，不足以合成足量的內(nèi)源性唾液酸。人腦發(fā)育的黃金期是從妊娠期到二周歲，這一階段是腦細胞數(shù)量調(diào)整體積增大、功能完善、神經(jīng)聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡形成的關鍵時期；到一歲時，腦的重量已增加到成人的1/2。因此，智力發(fā)展的關鍵時期與大腦發(fā)育的關鍵時期并行，對于大腦發(fā)育來講，唾液酸是必不可少的營養(yǎng)因子之一，嬰幼兒需要足夠的外源性唾液酸去滿足大腦正常發(fā)育的需要。

戎書敏［18］和夏晶娟［19］利用唾液酸的衍生物單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷脂鈉治療新生兒低氧缺血性腦病，發(fā)現(xiàn)這能有效地減輕臨床癥狀，減輕該病所致的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥，是治療低氧缺血性腦病的安全、有效藥物。

目前，唾液酸的食物來源主要是母乳，尤其是初乳中的含量最高。美贊臣公司最近首次推出“唾液酸計劃”，即在奶粉中提高唾液酸含量。而蛋殼和蛋殼膜作為重要的唾液酸天然來源，開發(fā)研究相關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］等人研究發(fā)現(xiàn)人體的某些器官或者一些組織發(fā)炎或受到損傷時，白細胞就會聚集到發(fā)炎部位，發(fā)揮抗菌消炎作用。這一過程中，白細胞的聚集與細胞黏附密切相關，而細胞黏附過程與白細胞表面的一個含唾液酸的四碳糖化合物有關。因而唾液酸具有抑制白細胞黏附的作用，并且可以抗擊炎癥。

Schauer R［21］實驗證明唾液粘蛋白中的唾液酸，具有調(diào)節(jié)口腔微生物的作用。唾液能迅速封閉進入口腔環(huán)境的微生物，如：口腔鏈球菌與唾液粘蛋白之間的相互作用，人類頜下腺唾液依賴唾液酸凝集幾種口腔鏈球菌。

唾液酸不僅能與細菌相互作用，還能與病毒相互作用。唾液酸及其衍生物在抑制唾液酸酶與抗呼吸道合胞病毒［22］、抗副流感病毒［23］、抗流感病毒［24］、抗腺病毒［25］、抗輪狀病毒［26］等方面有重要的作用，唾液酸在抑制HIV傳染方面也有一定的作用。

唾液酸對于許多病原微生物的作用，在病毒的感染過程中起著十分重要的作用。一些合成的唾液酸衍生物對腺病毒、呼吸道合胞病毒、副流感病毒等的感染有較強的抑制作用［27］，這也成為抗病毒藥物研究的一個新思路。

2.2.5 唾液酸具有抗腫瘤的作用 Wang B［28］等研究表明新生的細胞中唾液酸的含量要明顯高于衰老的細胞。實驗研究證明，將細胞用唾液酸苷酶處理過后，注入體內(nèi)后，細胞會在幾小時內(nèi)死亡，而正常細胞的壽命卻為120d。這說明唾液酸參與了細胞生命周期的調(diào)控，唾液酸復合物末端的唾液酸能阻止細胞表面上重要的抗原位點和識別標記，避免這些復合物被周圍的免疫系統(tǒng)識別和降解。

Bruner M［29］等人發(fā)現(xiàn)表面被神經(jīng)節(jié)糖苷或唾液酸修飾的脂質(zhì)體在抗腫瘤化學治療中起作用，這是因為唾液酸能逃避免疫系統(tǒng)對脂質(zhì)體的清除，從而延長了脂質(zhì)體的作用時間。惡性腫瘤細胞膜上含量增加的唾液酸，有遮蓋腫瘤抗原決定簇的作用。這實際上是唾液酸參與細胞識別的一種方式，有著一定的生理或病理意義。

Cattel L［30］等人研究發(fā)現(xiàn)腫瘤患者瘤體及血液中的唾液酸含量增加，并隨病情的加重而升高，隨病情的緩解而降低，說明唾液酸可作為腫瘤標志物應用于腫瘤的病理診斷和療效監(jiān)控。血清唾液酸還是一種心血管疾病的標志物或者致病因素［31］，如冠狀動脈疾病、急性炎癥反應、糖尿病患者血管病并發(fā)癥，同時研究證明血清唾液酸還是人體惡性腫瘤的標志物［32］。人體血清唾液酸的這種功能尚需進行大樣本的前瞻性研究。

3 展望

中國是人口大國，蛋品的消耗量非常大，蛋殼和蛋殼膜資源豐富，廉價易得。從資源轉(zhuǎn)化利用的角度出發(fā)，廢棄蛋殼資源的開發(fā)不僅具有一定的科學理論價值，而且具有重要的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，具有越來越廣闊的前景。

廢棄蛋殼是重要的唾液酸源，唾液酸具有很多生物活性功能，有利于神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，尤其是對嬰幼兒大腦的發(fā)育起著不可忽視的作用。同時，在抗細菌、抗病毒、抗腫瘤、抗識別、體內(nèi)潤滑、維持神經(jīng)系統(tǒng)正?；顒?、消炎等方面也起著十分重要的作用。隨著人們對唾液酸及其衍生物的生物學功能的進一步研究，使從廢棄蛋殼中分離提取大量的高純度唾液酸和唾液酸衍生物成為可能。

近年來，以唾液酸為基礎的新藥物研究取得了較大的進展，隨著人們對唾液酸及其衍生物研究的不斷深入，將有更多治療神經(jīng)疾病的唾液酸類藥物被開發(fā)和應用，例如治療疾病如老年癡呆癥、精神分裂癥、帕金森癥等疾病。更多含唾液酸的功能性食品將被研發(fā)上市，如嬰幼兒益智食品的開發(fā)研制以及幼兒奶粉配方的完善，并且為研究唾液酸自身生物學活性的作用機理提供了很好的條件。

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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 *通訊聯(lián)系人

陶旭（1986-），男，在讀碩士，研究方向：營養(yǎng)與功能性食品。

吉林省科技廳農(nóng)業(yè)重點基金項目（20050202-3）。