蛋壳膜中美容活性物质的提取与应用

李 鑫，赵 燕，*，李建科，涂勇刚

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌330045）

蛋壳膜中美容活性物质的提取与应用

李 鑫1，2，赵 燕1，2，*，李建科1，2，涂勇刚3

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌330045）

从禽蛋副产物高值化利用的角度出发，介绍了蛋壳膜中的美容活性物质透明质酸、胶原蛋白、硫酸软骨素、角蛋白的基本性质、提取方法及在美容方面的应用，以期为禽蛋加工中产生的大量副产物-蛋壳膜的高值化开发和利用提供一定的依据。

蛋壳膜，美容，提取，应用

我国是世界上禽蛋生产和消费最多的国家。禽蛋的大量消耗，产生了大量的蛋壳废弃物，我国每年有400多万t废弃蛋壳[1]产生，如此巨大的废弃量，却未能很好地开发利用，这是资源的浪费，也对环境造成了极大的污染。探索蛋壳深加工的方法对提高禽蛋的附加值有重要意义。蛋壳内层的薄膜叫蛋壳膜，分内外两层，内层叫蛋白膜，外层为紧贴着蛋壳的内蛋壳膜（或称内壳膜）；蛋壳膜有保护蛋内部不受细菌、霉菌等微生物侵袭的作用。蛋壳膜约占鸡蛋湿重的1.02%，干重的0.24%，膜厚大约70μm[2]，含有约90%的蛋白质，3%的脂质体和2%的糖类[3]，其中具有美容作用的生物活性物质有透明质酸、胶原蛋白、硫酸软骨素和角蛋白。

1 透明质酸

1.1 性质

透明质酸（hyaluronic acid，简称HA）是由N-乙酰氨基葡萄糖及D-葡萄糖醛酸的重复结构组成的酸性多聚黏多糖，又称玻尿酸、糖醛酸，呈白色，无固定形态，无臭无味，具有优良的吸湿性，不溶于有机溶剂，溶于水[4]。

1.2 提取方法

首次发现透明质酸是1934年，由美国哥伦比亚大学眼科教授Meyer从牛眼玻璃体中分离得到[5]；1937年，Kendall等[6]从链球菌等菌株中提取到透明质酸；1985年，日本资生堂报道了用链球菌发酵透明质酸[6]。生物发酵法由于原料不受限制、操作方便、产量大等优点，将是透明质酸生产方法的发展方向。但直到现阶段，由于技术原因，我国透明质酸的工业化生产主要还是采用组织提取法。常用的组织提取材料有脐带、鸡冠、眼玻璃体等；而蛋壳膜作为禽蛋加工的副产物，原料丰富，经济成本低，其中透明质酸占整个蛋壳膜质量的0.5%~10%[8]，是理想的提取透明质酸的原料。

透明质酸的提取方法有碱法、盐萃取法和酶解法。碱法是用氢氧化钠的水溶液来萃取透明质酸，缺点是如果氢氧化钠的浓度把握不好，容易造成透明质酸变性[8]。盐萃取法利用无机盐解除透明质酸与蛋白质形成的难溶性络合物，常用的无机盐有氯化钙和氯化镁。酶法是利用蛋白酶对蛋壳膜进行酶解，赵玉红[10]通过考察酶种类、酶解温度、pH、酶用量、料液比和酶解时间等因素对蛋壳膜中透明质酸提取量的影响，得到的最佳工艺条件为：胰蛋白酶，酶解温度50℃、pH8.5、加酶量8000U、料液比1∶40、酶解时间7h、透明质酸提取量为13.294mg/g。用酶法提取蛋壳膜中透明质酸，条件温和，使用的化学试剂少，更有利于后期将其应用到美容及保健食品中。

1.3 应用

透明质酸有超强的保水性，能使皮肤显得滋润光滑。人体内大约一半的透明质酸存在于皮肤中[11]，透明质酸能与黏多糖胶原蛋白组成含有大量水分的胶状基质，这种胶状基质能填充细胞空间空隙，使细胞排列紧密，在细胞代谢中作为物质交换的介质，最终使皮肤显得光滑有弹性。屈臣氏、自然堂等多个品牌的护肤品中均添加透明质酸用于改善皮肤的缺水状况。透明质酸还能促进表皮细胞的增殖分化，同时清除自由基，对晒后引起的皮肤红肿、灼伤、皮炎、脱皮起斑等状况，有缓解和愈合的作用[12]。在防晒产品和晒后修复冰露中，添加透明质酸能有效地起到防晒和修复作用[13]。

目前，透明质酸在保健食品中的应用还处于探索阶段。随着年龄增长，人体内透明质酸含量降低，机体持水量减少，皮肤变得粗糙。补充透明质酸，不仅能增加机体的保水性，使皮肤年轻化，还能减缓关节炎、动脉硬化、脉搏不齐、眼老化、脑萎缩等疾病。口服透明质酸，使外源透明质酸在体内降解后吸收，增加体内透明质酸合成的前体，进一步使皮肤和组织器官中透明质酸合成量增多，最终达到增加机体保水性的作用[14-15]。口服透明质酸保健食品，作为涂抹类透明质酸的一种补充形式，越来越受到消费者的青睐。

此外，透明质酸在医学注射美容方面的应用也越来越广泛，近年来，透明质酸成为使用最多的皮肤填充剂[16-17]，它能注射治疗面部及身体的皱纹和凹凸，过敏率低，安全性高，给病人带来舒适美好的感受。但是，医用级的透明质酸对分离纯化的要求较高，目前尚未证实蛋壳膜提取的透明质酸能否用于注射手术中。不过可以肯定的是，蛋壳膜作为食源性的原料，从中提取的透明质酸能安全应用于化妆品及食品中。

2 胶原蛋白

2.1 性质

胶原蛋白（collagen）是细胞外基质的结构蛋白质，最普遍的结构特征是三螺旋结构，这种独特的结构使胶原蛋白分子结构十分稳定[2]。胶原蛋白在哺乳动物体内含量最丰富，分布广泛，占人体内蛋白质的25%。胶原蛋白营养丰富，富含除色氨酸和半胱氨酸外的十八种氨基酸，还含有在一般蛋白中少见的羟脯氨酸和胶骨氨酸[18]。

2.2 提取方法

胶原蛋白常存在于动物皮肤与骨骼中如牛皮、猪骨、鱼皮、鱼骨、鸡皮、鸡骨中[19]，在蛋壳膜中也有胶原蛋白存在。其提取方法有热水提取法、酸提取法、碱提取法、酶提取法[20]。热水提取法是将原料除去杂蛋白之后，直接在热水中提取胶原蛋白及其水解物，这样的胶原蛋白已经变性。酸提取法是用低离子浓度的酸破坏分子间的盐键和希夫碱，使胶原纤维膨胀、溶解。在提取胶原蛋白时，要控制相应的酸度、温度、时间等影响因素，使其产率达到最大。碱提取法是在碱性条件下使蛋白质变性，肽键水解，含羟基、巯基的氨基酸被破坏，产物等电点的pH较低，天冬酰胺转变为天冬氨酸，谷氨酰胺转变为谷氨酸。但如果水解过度则会产生致癌致畸和致突变的有毒物质—D型氨基酸。因此，要提取结构完整、安全性高的胶原蛋白，不宜采用碱法。酶法提取是用中性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和无花果蛋白酶等，水解掉胶原蛋白的末端肽，提高其产率，并仍能保持其物理和生化性质，不破坏胶原蛋白的三螺旋结构。影响酶解的因素有酶浓度、酶底比、酶解时间、酶解温度和pH等[20]。

2.3 应用

蛋壳膜中提取的胶原蛋白能作为化妆品原料，滋润肌肤，赋予其平滑舒适的感觉，对头发也有很好的调理作用。若皮肤中缺乏胶原蛋白，胶原纤维就会发生联固化，使细胞间黏多糖减少，皮肤失去柔软性、弹性和光泽度，发生老化，同时真皮的纤维断裂、脂肪萎缩、汗腺及皮脂腺分泌减少，使皮肤出现色斑、皱纹等一系列老化现象。Mao等[21]研究表明，戊二醛用于胶原蛋白的交联中，可大大提高胶原蛋白面膜的生物稳定性，从而扩大了胶原蛋白在化妆品中的应用。蛋壳膜胶原蛋白也可应用于口服保健食品中，具有美白、补水、修纹、丰胸、健骨等功效。由于蛋壳膜的食源性，将蛋壳膜胶原蛋白开发到化妆品和保健食品中，必定会受到消费者的认可和追捧。

此外，胶原蛋白还能矫正人脸部软性组织皱折、凹陷及疤痕[22-23]，能用作皮肤烧伤、烫伤的修补、治疗和护理，减轻烧伤、烫伤的程度，杜绝感染[24-25]。但是，蛋壳膜中提取的胶原蛋白，需要更好的分离纯化，才能在医用上广泛应用。

3 硫酸软骨素

3.1 性质

硫酸软骨素（chondroitin sulfate，简称CS）是由D-葡糖醛酸和N-乙酰-D-氨基半乳糖以β-1，4苷键连接的重复的二糖结构。呈微黄色或白色粉末，无臭无味，具有较强的吸水性，易溶于水而不溶于有机溶剂，对热稳定。

3.2 提取方法

硫酸软骨素广泛存在于动物软骨中，在蛋壳膜也能提取到。提取方法有中性盐法、碱提法、稀碱加酶解法等。中性盐法提取产品品质较好，不造成污染；但产率太低，浪费原材料，经济效益低。碱提取法有浓碱提取、稀碱提取、稀碱稀盐提取、稀碱浓盐提取，碱提取法都有缺陷，浓碱提取颜色深，废液对环境造成污染；稀碱提取虽然条件温和，但周期太长，而且在中性盐中，硫酸软骨素可溶，不易从溶液中分离，这些都增加了生产的难度，对工厂的生产周期和经济效益造成了极大影响[26]。稀碱加酶解[27]是一种较实用的提取方法，碱能破坏硫酸软骨素与蛋白质之间的键，释放硫酸软骨素分子上较稳定的硫酸基，而不使分子的大小和结构发生改变；酶能消除杂蛋白。此法得到的产品质量稳定、性质良好、周期短，还保证了产率和纯度，很适合于工业生产。刘国庆等[26]用此法提取蛋壳膜中的硫酸软骨素，其实验得到的最佳提取工艺为：料液比1∶1.5，碱浓度5%，碱提温度40℃，胰蛋白酶、胃蛋白酶的用量分别为1.5%、0.8%，pH分别为8.2和5.5，酶的各自最适条件作用时间均为2.0h。

3.3 应用

硫酸软骨素当前的应用方向，主要是医学上用于治疗关节炎、防治动脉粥样硬化、构建生物膜等。随着对硫酸软骨素生理生化性质的深入研究，发现它有抗氧化、清除自由基和延缓衰老的作用[28]。目前市场上尚未出现将硫酸软骨素用在美容方面的专门产品，但可考虑将蛋壳膜中提取到的硫酸软骨素添加到护肤品中，用于改善皮肤的衰老状况，使肌肤年轻化；也可将蛋壳膜中获得的硫酸软骨素应用到保健食品中，起到改善肌肤的作用。若将蛋壳膜中提取的硫酸软骨素应用到护肤品、保健食品中，蛋壳膜的的食源性能使此类产品有更高的安全性，消费者接受度高。此外，硫酸软骨素有角质修复、保湿和消炎作用，可将其应用于保湿、抗过敏、防晒美白及红血丝修复的护肤品中。

4 角蛋白

4.1 性质

角蛋白（Keratin）是一类结构纤维硬蛋白，不溶于水、盐液、稀酸或稀碱，X射线衍射研究表明角蛋白在自然状态下有两种结构，α螺旋和β折叠，氨基酸的通式为H2N—CHR—COOH，R是具有不同性质的侧链，侧链R的种类和性质决定了角蛋白的物理化学性质。角蛋白含有较多的胱氨酸，故二硫键的含量也较多[2]，二硫键在蛋白质肽链中起交联作用，使角蛋白具有很高的机械强度，化学性质也非常稳定。

4.2 提取方法

角蛋白广泛存在于人和动物的毛发、皮肤、指、趾甲中，在蛋壳膜中也有发现。提取方法有机械法、化学法和酶法三种[29]。机械法是用加热加压的方法，使毛发纤维中的角蛋白分子间甚至分子内的二硫键断裂、水解，变成可溶性的角蛋白的方法。化学法包括氧化法、还原法、酸碱法，氧化法是用氧化剂将角蛋白中的二硫键氧化成磺酸基团；还原法是用还原剂巯基化合物作用二硫键得到角蛋白，可以不导致肽键断裂；酸碱法是先用酸液来溶胀天然角蛋白，然后在相应的温度和碱浓度下溶解，收集滤液，最后用等电点法提纯角蛋白。在酸碱共同作用中，碱液不仅可破坏二硫键，促进角蛋白的溶解，还会破坏氢键、盐键、肽键等其它化学键。张瑞宇等[30]用碱水解法提取蛋壳内膜中的角蛋白，得出角蛋白提取的最佳工艺参数为：NaOH 5.2%，固液比1∶16，温度85℃，角蛋白的得率为48.6%。前两种方法提取角蛋白都有明显缺陷，机械法需要在一定的压力和温度下进行，还需配置相应的设备；化学法会造成试剂污染。酶提取法则有很多优点，反应条件温和、过程易于控制、酶解产物稳定、能保留更多营养物质，是一种环境友好型的提取方法。杨德玉等[31]用碱性蛋白酶提取蛋壳膜中角蛋白，最佳工艺条件为：酶用量为3%（W/W），固液比1∶15，pH9~10，提取温度55~65℃，提取时间60min，角蛋白产率可达到26%。

4.3 应用

角蛋白以成纤维细胞为媒介，辅助透明质酸和胶原蛋白，间接地对皮肤起到美容作用。因为角蛋白能提高成纤维细胞的存活率，而成纤维细胞能大量分泌透明质酸、胶原蛋白等细胞外基质，使皮肤的真皮层、皮下组织立即增厚，在根本上补充了皮肤的组织容量，即时消除皱纹，使皮肤重新焕发光彩。透明质酸、胶原蛋白的美容作用是肯定的，但角蛋白这种间接的美容作用现在还未得到广泛的肯定，在市场上也没有出现以角蛋白为辅助的美容产品，因为人们更多地关注于角蛋白在医学上的作用，如生物组织的相容性[32]。尝试性地将蛋壳膜中提取的角蛋白作为美容辅助品，也许能加强透明质酸、硫酸软骨素的美容效果，且价格便宜，安全性高。

5 结束语

蛋壳膜富含多种功能性组分，包括透明质酸、硫酸软骨素、角蛋白、胶原蛋白等美容活性物质，蛋壳膜中提取的各种美容活性物质，或单独起到美容作用，如透明质酸、硫酸软骨素、胶原蛋白；或通过某些介质，间接地起到美容作用，如角蛋白。比较各种蛋壳膜中各种美容物质的提取方法，有很多相似之处，比如都能用蛋白酶对蛋壳膜进行酶解，再通过分离纯化，进一步得到单一物质；也可以考虑用酶解法得到蛋壳膜美容物质的混合物，开发这种混合物，将其应用于化妆品或保健食品中，不必达到高要求的分离纯化，加工过程简单，生产成本低，而且蛋壳膜作为一种食源性物质，其安全性必定能赢得消费者的信任。蛋壳膜是禽蛋加工的副产物，目前大多被废弃，如果能开发其中的美容活性物质，不仅能变废为宝，符合当下低碳环保的理念，而且其美容活性的提取物在市场上供不应求，前景十分广阔。

[1]张晓旭.蛋壳的开发与利用[J].广东饲料，2009，18（6）：36-38.

[2]周艳华，马美湖，蔡朝霞，等.对蛋壳膜中角蛋白与胶原蛋白的提取分离技术及功能多肽的概述[J].四川食品与发酵，2008，44（4）：48-54.

[3]Maruta K，Miyazaki H.Poultry eggshell strengthening composition：USA：6660294B2[P].2003-12-09.

[4]潘红梅.透明质酸的研究现状综述[J].四川食品与发酵，2003，39（1）：5-9.

[5]Meyer K，Palmer J W.The polysaccharide of the vitreous humor[J].The Journal of Biological Chemistry，1934，107：629-634.

[6]Kendall F E，Heidelberger M，DAWSON M H，et al.A serologically inactive polysaccharide elaborated by mucoid strains of group A hemolytic streptococcus[J].The Journal of Biological Chemistry，1937，118：61-69.

[7]Long F D，Adams R G，Devore D P.Preparation of hyaluronic acid from eggshell membrane：US：6946551[P].2005-09-20.

[8]罗瑞明.透明质酸（HA）的国内外研究现状[J].宁夏农学院学报，2001，22（1）：62-64，73.

[9]叶玉青.提取法生产透明质酸[J].精细化工，1990，7（3）：11-13.

[10]赵玉红，韩琳琳，迟玉杰.酶法提取鸡蛋壳膜中透明质酸的研究[J].食品研究与开发，2008，29（1）：40-43.

[11]Laurent T C，Laurent U B，Fraser J R.The structure and function of hyaluronan：an overview[J].Immunology and Cell Biology，1996，74（2），A1-A7.

[12]Bencherif S A，Srinivasan A，Horkay F，et al.Influence of the degree of methacrylation on hyaluronic acid hydrogels properties[J].Biomaterials，2008，29（12）：1739-1749.

[13]杨素珍，阚洪玲，张天民.透明质酸在美容化妆品方面的应用[J].食品与药品，2010，12（7）：275-278.

[14]凌沛学.透明质酸[M].北京：中国轻工业出版社，2007.

[15]孙尚志，张青春，张辉.透明质酸（HA）的功能和生产进展[J].长春中医药大学学报，2007，23（3）：88-89.

[16]Eppley B L，Dadvand B.Injectable soft-tissue fillers：clinical overview[J].Plastic and Reconstructive Surgery，2006，118（4）：98e-106e.

[17]Matarasso S L，Carruthers J D，Jewell M L，et al.Consensus recommendations for soft-tissue augmentation with nonanimal stabilized hyaluronic acid（Restylane）[J].Plastic and Reconstructive Surgery，2006，117（3）：3S-34S.

[18]胡帅，王慧桂，但卫华，等.胶原蛋白结构的研究进展[J].西部皮革，2008，30（8）：16-19.

[19]李彦春，靳立强，危东发，等.酶法提取牛皮胶原蛋白的研究[J].中国皮革，2002，31（23）：6-9.

[20]周艳华，马美湖，蔡朝霞，等.蛋壳膜中角蛋白与胶原蛋白的提取分离技术及功能多肽的研究[J].中国家禽，2008，30（15）：34-37.

[21]Z Mao，C Gao，D Wang，et al.Controlling biostability of collagen films for fibroblast cytocompatibility[J].Journal of Bioactive and Compatible Polymers，2004，19（5）：353-365.

[22]廖艳阳.胶原蛋白的研究进展[J].长沙大学学报，2009，23（5）：36-38.

[23]Cheng Z Y，Teoh S H.Surface modification of ultra thin poly（ε-caprolactone）films using acrylic acid and collagen[J]. Biomaterials，2004，25（11）：1991-2001.

[24]陈国梁，贺翠莲.胶原蛋白的研究进展[J].延安大学学报：自然科学版，2000，19（2）：78-81.

[25]Hohlfeld J，Roessingh A D，Hirt-burri N，et al.Tissue engineered fetal skin constructs for paediatric burns[J].Lancet，2005，366（9488）：840-842.

[26]刘国庆，凌庆枝，孙军飞.蛋壳膜硫酸软骨素的提取工艺及其优化[J].食品科学，2007，28（9）：283-286.

[27]吴枫楠.碱—酶法提取硫酸软骨素的工艺研究[J].食品与生物技术学报，2010，29（1）：81-83.

[28]谢捷，汤君敏，朱兴一，等.不同硫酸酯基含量硫酸软骨素的体外抗氧化活性[J].浙江工业大学学报，2010，38（6）：608-610，637.

[29]贾如琰，何玉凤，王荣民，等.角蛋白的分子构成、提取及应用[J].化学通报，2008（4）：265-271.

[30]张瑞宇，陈嘉聪.蛋壳内膜中角蛋白的提取研究[J].食品科学，2005，26（9）：251-254.

[31]杨德玉，李珍，高新，等.酶法提取蛋壳膜中的角蛋白[J].食品科学，2007，28（6）：240-242.

[32]刘梅，于伟东.羊毛角蛋白作为生物医用材料的研究进展[J].材料导报，2005，19（9）：111-113.

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 *通讯联系人

李鑫（1987-），女，硕士研究生，研究方向：营养与食品卫生。

南昌大学食品科学与技术国家重点实验室青年骨干研究基金（SKLF-QN-201113）。