李 鑫，趙 燕，*，李建科，涂勇剛

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045）

蛋殼膜中美容活性物質(zhì)的提取與應(yīng)用

李 鑫1，2，趙 燕1，2，*，李建科1，2，涂勇剛3

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045）

從禽蛋副產(chǎn)物高值化利用的角度出發(fā)，介紹了蛋殼膜中的美容活性物質(zhì)透明質(zhì)酸、膠原蛋白、硫酸軟骨素、角蛋白的基本性質(zhì)、提取方法及在美容方面的應(yīng)用，以期為禽蛋加工中產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物-蛋殼膜的高值化開發(fā)和利用提供一定的依據(jù)。

蛋殼膜，美容，提取，應(yīng)用

我國是世界上禽蛋生產(chǎn)和消費(fèi)最多的國家。禽蛋的大量消耗，產(chǎn)生了大量的蛋殼廢棄物，我國每年有400多萬t廢棄蛋殼[1]產(chǎn)生，如此巨大的廢棄量，卻未能很好地開發(fā)利用，這是資源的浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境造成了極大的污染。探索蛋殼深加工的方法對(duì)提高禽蛋的附加值有重要意義。蛋殼內(nèi)層的薄膜叫蛋殼膜，分內(nèi)外兩層，內(nèi)層叫蛋白膜，外層為緊貼著蛋殼的內(nèi)蛋殼膜（或稱內(nèi)殼膜）；蛋殼膜有保護(hù)蛋內(nèi)部不受細(xì)菌、霉菌等微生物侵襲的作用。蛋殼膜約占雞蛋濕重的1.02%，干重的0.24%，膜厚大約70μm[2]，含有約90%的蛋白質(zhì)，3%的脂質(zhì)體和2%的糖類[3]，其中具有美容作用的生物活性物質(zhì)有透明質(zhì)酸、膠原蛋白、硫酸軟骨素和角蛋白。

1 透明質(zhì)酸

1.1 性質(zhì)

透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，簡(jiǎn)稱HA）是由N-乙酰氨基葡萄糖及D-葡萄糖醛酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)組成的酸性多聚黏多糖，又稱玻尿酸、糖醛酸，呈白色，無固定形態(tài)，無臭無味，具有優(yōu)良的吸濕性，不溶于有機(jī)溶劑，溶于水[4]。

1.2 提取方法

首次發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸是1934年，由美國哥倫比亞大學(xué)眼科教授Meyer從牛眼玻璃體中分離得到[5]；1937年，Kendall等[6]從鏈球菌等菌株中提取到透明質(zhì)酸；1985年，日本資生堂報(bào)道了用鏈球菌發(fā)酵透明質(zhì)酸[6]。生物發(fā)酵法由于原料不受限制、操作方便、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，將是透明質(zhì)酸生產(chǎn)方法的發(fā)展方向。但直到現(xiàn)階段，由于技術(shù)原因，我國透明質(zhì)酸的工業(yè)化生產(chǎn)主要還是采用組織提取法。常用的組織提取材料有臍帶、雞冠、眼玻璃體等；而蛋殼膜作為禽蛋加工的副產(chǎn)物，原料豐富，經(jīng)濟(jì)成本低，其中透明質(zhì)酸占整個(gè)蛋殼膜質(zhì)量的0.5%~10%[8]，是理想的提取透明質(zhì)酸的原料。

透明質(zhì)酸的提取方法有堿法、鹽萃取法和酶解法。堿法是用氫氧化鈉的水溶液來萃取透明質(zhì)酸，缺點(diǎn)是如果氫氧化鈉的濃度把握不好，容易造成透明質(zhì)酸變性[8]。鹽萃取法利用無機(jī)鹽解除透明質(zhì)酸與蛋白質(zhì)形成的難溶性絡(luò)合物，常用的無機(jī)鹽有氯化鈣和氯化鎂。酶法是利用蛋白酶對(duì)蛋殼膜進(jìn)行酶解，趙玉紅[10]通過考察酶種類、酶解溫度、pH、酶用量、料液比和酶解時(shí)間等因素對(duì)蛋殼膜中透明質(zhì)酸提取量的影響，得到的最佳工藝條件為：胰蛋白酶，酶解溫度50℃、pH8.5、加酶量8000U、料液比1∶40、酶解時(shí)間7h、透明質(zhì)酸提取量為13.294mg/g。用酶法提取蛋殼膜中透明質(zhì)酸，條件溫和，使用的化學(xué)試劑少，更有利于后期將其應(yīng)用到美容及保健食品中。

1.3 應(yīng)用

透明質(zhì)酸有超強(qiáng)的保水性，能使皮膚顯得滋潤光滑。人體內(nèi)大約一半的透明質(zhì)酸存在于皮膚中[11]，透明質(zhì)酸能與黏多糖膠原蛋白組成含有大量水分的膠狀基質(zhì)，這種膠狀基質(zhì)能填充細(xì)胞空間空隙，使細(xì)胞排列緊密，在細(xì)胞代謝中作為物質(zhì)交換的介質(zhì)，最終使皮膚顯得光滑有彈性。屈臣氏、自然堂等多個(gè)品牌的護(hù)膚品中均添加透明質(zhì)酸用于改善皮膚的缺水狀況。透明質(zhì)酸還能促進(jìn)表皮細(xì)胞的增殖分化，同時(shí)清除自由基，對(duì)曬后引起的皮膚紅腫、灼傷、皮炎、脫皮起斑等狀況，有緩解和愈合的作用[12]。在防曬產(chǎn)品和曬后修復(fù)冰露中，添加透明質(zhì)酸能有效地起到防曬和修復(fù)作用[13]。

目前，透明質(zhì)酸在保健食品中的應(yīng)用還處于探索階段。隨著年齡增長(zhǎng)，人體內(nèi)透明質(zhì)酸含量降低，機(jī)體持水量減少，皮膚變得粗糙。補(bǔ)充透明質(zhì)酸，不僅能增加機(jī)體的保水性，使皮膚年輕化，還能減緩關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈硬化、脈搏不齊、眼老化、腦萎縮等疾病?？诜该髻|(zhì)酸，使外源透明質(zhì)酸在體內(nèi)降解后吸收，增加體內(nèi)透明質(zhì)酸合成的前體，進(jìn)一步使皮膚和組織器官中透明質(zhì)酸合成量增多，最終達(dá)到增加機(jī)體保水性的作用[14-15]?？诜该髻|(zhì)酸保健食品，作為涂抹類透明質(zhì)酸的一種補(bǔ)充形式，越來越受到消費(fèi)者的青睞。

此外，透明質(zhì)酸在醫(yī)學(xué)注射美容方面的應(yīng)用也越來越廣泛，近年來，透明質(zhì)酸成為使用最多的皮膚填充劑[16-17]，它能注射治療面部及身體的皺紋和凹凸，過敏率低，安全性高，給病人帶來舒適美好的感受。但是，醫(yī)用級(jí)的透明質(zhì)酸對(duì)分離純化的要求較高，目前尚未證實(shí)蛋殼膜提取的透明質(zhì)酸能否用于注射手術(shù)中。不過可以肯定的是，蛋殼膜作為食源性的原料，從中提取的透明質(zhì)酸能安全應(yīng)用于化妝品及食品中。

2 膠原蛋白

2.1 性質(zhì)

膠原蛋白（collagen）是細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，最普遍的結(jié)構(gòu)特征是三螺旋結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使膠原蛋白分子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定[2]。膠原蛋白在哺乳動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富，分布廣泛，占人體內(nèi)蛋白質(zhì)的25%。膠原蛋白營養(yǎng)豐富，富含除色氨酸和半胱氨酸外的十八種氨基酸，還含有在一般蛋白中少見的羥脯氨酸和膠骨氨酸[18]。

2.2 提取方法

膠原蛋白常存在于動(dòng)物皮膚與骨骼中如牛皮、豬骨、魚皮、魚骨、雞皮、雞骨中[19]，在蛋殼膜中也有膠原蛋白存在。其提取方法有熱水提取法、酸提取法、堿提取法、酶提取法[20]。熱水提取法是將原料除去雜蛋白之后，直接在熱水中提取膠原蛋白及其水解物，這樣的膠原蛋白已經(jīng)變性。酸提取法是用低離子濃度的酸破壞分子間的鹽鍵和希夫堿，使膠原纖維膨脹、溶解。在提取膠原蛋白時(shí)，要控制相應(yīng)的酸度、溫度、時(shí)間等影響因素，使其產(chǎn)率達(dá)到最大。堿提取法是在堿性條件下使蛋白質(zhì)變性，肽鍵水解，含羥基、巰基的氨基酸被破壞，產(chǎn)物等電點(diǎn)的pH較低，天冬酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)樘於彼幔劝滨０忿D(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼?。但如果水解過度則會(huì)產(chǎn)生致癌致畸和致突變的有毒物質(zhì)—D型氨基酸。因此，要提取結(jié)構(gòu)完整、安全性高的膠原蛋白，不宜采用堿法。酶法提取是用中性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和無花果蛋白酶等，水解掉膠原蛋白的末端肽，提高其產(chǎn)率，并仍能保持其物理和生化性質(zhì)，不破壞膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)。影響酶解的因素有酶濃度、酶底比、酶解時(shí)間、酶解溫度和pH等[20]。

2.3 應(yīng)用

蛋殼膜中提取的膠原蛋白能作為化妝品原料，滋潤肌膚，賦予其平滑舒適的感覺，對(duì)頭發(fā)也有很好的調(diào)理作用。若皮膚中缺乏膠原蛋白，膠原纖維就會(huì)發(fā)生聯(lián)固化，使細(xì)胞間黏多糖減少，皮膚失去柔軟性、彈性和光澤度，發(fā)生老化，同時(shí)真皮的纖維斷裂、脂肪萎縮、汗腺及皮脂腺分泌減少，使皮膚出現(xiàn)色斑、皺紋等一系列老化現(xiàn)象。Mao等[21]研究表明，戊二醛用于膠原蛋白的交聯(lián)中，可大大提高膠原蛋白面膜的生物穩(wěn)定性，從而擴(kuò)大了膠原蛋白在化妝品中的應(yīng)用。蛋殼膜膠原蛋白也可應(yīng)用于口服保健食品中，具有美白、補(bǔ)水、修紋、豐胸、健骨等功效。由于蛋殼膜的食源性，將蛋殼膜膠原蛋白開發(fā)到化妝品和保健食品中，必定會(huì)受到消費(fèi)者的認(rèn)可和追捧。

此外，膠原蛋白還能矯正人臉部軟性組織皺折、凹陷及疤痕[22-23]，能用作皮膚燒傷、燙傷的修補(bǔ)、治療和護(hù)理，減輕燒傷、燙傷的程度，杜絕感染[24-25]。但是，蛋殼膜中提取的膠原蛋白，需要更好的分離純化，才能在醫(yī)用上廣泛應(yīng)用。

3 硫酸軟骨素

3.1 性質(zhì)

硫酸軟骨素（chondroitin sulfate，簡(jiǎn)稱CS）是由D-葡糖醛酸和N-乙酰-D-氨基半乳糖以β-1，4苷鍵連接的重復(fù)的二糖結(jié)構(gòu)。呈微黃色或白色粉末，無臭無味，具有較強(qiáng)的吸水性，易溶于水而不溶于有機(jī)溶劑，對(duì)熱穩(wěn)定。

3.2 提取方法

硫酸軟骨素廣泛存在于動(dòng)物軟骨中，在蛋殼膜也能提取到。提取方法有中性鹽法、堿提法、稀堿加酶解法等。中性鹽法提取產(chǎn)品品質(zhì)較好，不造成污染；但產(chǎn)率太低，浪費(fèi)原材料，經(jīng)濟(jì)效益低。堿提取法有濃堿提取、稀堿提取、稀堿稀鹽提取、稀堿濃鹽提取，堿提取法都有缺陷，濃堿提取顏色深，廢液對(duì)環(huán)境造成污染；稀堿提取雖然條件溫和，但周期太長(zhǎng)，而且在中性鹽中，硫酸軟骨素可溶，不易從溶液中分離，這些都增加了生產(chǎn)的難度，對(duì)工廠的生產(chǎn)周期和經(jīng)濟(jì)效益造成了極大影響[26]。稀堿加酶解[27]是一種較實(shí)用的提取方法，堿能破壞硫酸軟骨素與蛋白質(zhì)之間的鍵，釋放硫酸軟骨素分子上較穩(wěn)定的硫酸基，而不使分子的大小和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；酶能消除雜蛋白。此法得到的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性質(zhì)良好、周期短，還保證了產(chǎn)率和純度，很適合于工業(yè)生產(chǎn)。劉國慶等[26]用此法提取蛋殼膜中的硫酸軟骨素，其實(shí)驗(yàn)得到的最佳提取工藝為：料液比1∶1.5，堿濃度5%，堿提溫度40℃，胰蛋白酶、胃蛋白酶的用量分別為1.5%、0.8%，pH分別為8.2和5.5，酶的各自最適條件作用時(shí)間均為2.0h。

3.3 應(yīng)用

硫酸軟骨素當(dāng)前的應(yīng)用方向，主要是醫(yī)學(xué)上用于治療關(guān)節(jié)炎、防治動(dòng)脈粥樣硬化、構(gòu)建生物膜等。隨著對(duì)硫酸軟骨素生理生化性質(zhì)的深入研究，發(fā)現(xiàn)它有抗氧化、清除自由基和延緩衰老的作用[28]。目前市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)將硫酸軟骨素用在美容方面的專門產(chǎn)品，但可考慮將蛋殼膜中提取到的硫酸軟骨素添加到護(hù)膚品中，用于改善皮膚的衰老狀況，使肌膚年輕化；也可將蛋殼膜中獲得的硫酸軟骨素應(yīng)用到保健食品中，起到改善肌膚的作用。若將蛋殼膜中提取的硫酸軟骨素應(yīng)用到護(hù)膚品、保健食品中，蛋殼膜的的食源性能使此類產(chǎn)品有更高的安全性，消費(fèi)者接受度高。此外，硫酸軟骨素有角質(zhì)修復(fù)、保濕和消炎作用，可將其應(yīng)用于保濕、抗過敏、防曬美白及紅血絲修復(fù)的護(hù)膚品中。

4 角蛋白

4.1 性質(zhì)

角蛋白（Keratin）是一類結(jié)構(gòu)纖維硬蛋白，不溶于水、鹽液、稀酸或稀堿，X射線衍射研究表明角蛋白在自然狀態(tài)下有兩種結(jié)構(gòu)，α螺旋和β折疊，氨基酸的通式為H2N—CHR—COOH，R是具有不同性質(zhì)的側(cè)鏈，側(cè)鏈R的種類和性質(zhì)決定了角蛋白的物理化學(xué)性質(zhì)。角蛋白含有較多的胱氨酸，故二硫鍵的含量也較多[2]，二硫鍵在蛋白質(zhì)肽鏈中起交聯(lián)作用，使角蛋白具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)性質(zhì)也非常穩(wěn)定。

4.2 提取方法

角蛋白廣泛存在于人和動(dòng)物的毛發(fā)、皮膚、指、趾甲中，在蛋殼膜中也有發(fā)現(xiàn)。提取方法有機(jī)械法、化學(xué)法和酶法三種[29]。機(jī)械法是用加熱加壓的方法，使毛發(fā)纖維中的角蛋白分子間甚至分子內(nèi)的二硫鍵斷裂、水解，變成可溶性的角蛋白的方法?；瘜W(xué)法包括氧化法、還原法、酸堿法，氧化法是用氧化劑將角蛋白中的二硫鍵氧化成磺酸基團(tuán)；還原法是用還原劑巰基化合物作用二硫鍵得到角蛋白，可以不導(dǎo)致肽鍵斷裂；酸堿法是先用酸液來溶脹天然角蛋白，然后在相應(yīng)的溫度和堿濃度下溶解，收集濾液，最后用等電點(diǎn)法提純角蛋白。在酸堿共同作用中，堿液不僅可破壞二硫鍵，促進(jìn)角蛋白的溶解，還會(huì)破壞氫鍵、鹽鍵、肽鍵等其它化學(xué)鍵。張瑞宇等[30]用堿水解法提取蛋殼內(nèi)膜中的角蛋白，得出角蛋白提取的最佳工藝參數(shù)為：NaOH 5.2%，固液比1∶16，溫度85℃，角蛋白的得率為48.6%。前兩種方法提取角蛋白都有明顯缺陷，機(jī)械法需要在一定的壓力和溫度下進(jìn)行，還需配置相應(yīng)的設(shè)備；化學(xué)法會(huì)造成試劑污染。酶提取法則有很多優(yōu)點(diǎn)，反應(yīng)條件溫和、過程易于控制、酶解產(chǎn)物穩(wěn)定、能保留更多營養(yǎng)物質(zhì)，是一種環(huán)境友好型的提取方法。楊德玉等[31]用堿性蛋白酶提取蛋殼膜中角蛋白，最佳工藝條件為：酶用量為3%（W/W），固液比1∶15，pH9~10，提取溫度55~65℃，提取時(shí)間60min，角蛋白產(chǎn)率可達(dá)到26%。

4.3 應(yīng)用

角蛋白以成纖維細(xì)胞為媒介，輔助透明質(zhì)酸和膠原蛋白，間接地對(duì)皮膚起到美容作用。因?yàn)榻堑鞍啄芴岣叱衫w維細(xì)胞的存活率，而成纖維細(xì)胞能大量分泌透明質(zhì)酸、膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)，使皮膚的真皮層、皮下組織立即增厚，在根本上補(bǔ)充了皮膚的組織容量，即時(shí)消除皺紋，使皮膚重新煥發(fā)光彩。透明質(zhì)酸、膠原蛋白的美容作用是肯定的，但角蛋白這種間接的美容作用現(xiàn)在還未得到廣泛的肯定，在市場(chǎng)上也沒有出現(xiàn)以角蛋白為輔助的美容產(chǎn)品，因?yàn)槿藗兏嗟仃P(guān)注于角蛋白在醫(yī)學(xué)上的作用，如生物組織的相容性[32]。嘗試性地將蛋殼膜中提取的角蛋白作為美容輔助品，也許能加強(qiáng)透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素的美容效果，且價(jià)格便宜，安全性高。

5 結(jié)束語

蛋殼膜富含多種功能性組分，包括透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、角蛋白、膠原蛋白等美容活性物質(zhì)，蛋殼膜中提取的各種美容活性物質(zhì)，或單獨(dú)起到美容作用，如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、膠原蛋白；或通過某些介質(zhì)，間接地起到美容作用，如角蛋白。比較各種蛋殼膜中各種美容物質(zhì)的提取方法，有很多相似之處，比如都能用蛋白酶對(duì)蛋殼膜進(jìn)行酶解，再通過分離純化，進(jìn)一步得到單一物質(zhì)；也可以考慮用酶解法得到蛋殼膜美容物質(zhì)的混合物，開發(fā)這種混合物，將其應(yīng)用于化妝品或保健食品中，不必達(dá)到高要求的分離純化，加工過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，而且蛋殼膜作為一種食源性物質(zhì)，其安全性必定能贏得消費(fèi)者的信任。蛋殼膜是禽蛋加工的副產(chǎn)物，目前大多被廢棄，如果能開發(fā)其中的美容活性物質(zhì)，不僅能變廢為寶，符合當(dāng)下低碳環(huán)保的理念，而且其美容活性的提取物在市場(chǎng)上供不應(yīng)求，前景十分廣闊。

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Extraction and application of cosmetology function substance in the eggshell membrane

LI Xin1，2，ZHAO Yan1，2，*，LI Jian-ke1，2，TU Yong-gang3
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Engineering Research Center of Biomass Conversion，Ministry of Education Nanchang University，Nanchang 330047，China；3.College of Food Science and Engineering，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，China）

The basic property，extraction method and the cosmetology application about hyaluronic acid，collagen，chondroitin sulfate，keratin in the eggshell membrane were introduced.These may provide useful references for deeper exploitation and utilization of eggshell membrane.

eggshell membrane；cosmetology；extraction；application

TS253.9

A

1002-0306（2012）07-0427-04

2011－04－28 *通訊聯(lián)系人

李鑫（1987-），女，碩士研究生，研究方向：營養(yǎng)與食品衛(wèi)生。

南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年骨干研究基金（SKLF-QN-201113）。