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张晓旭 赵国琦
我国是世界上禽蛋生产和消费最多的国家，随着禽蛋生产与消费的日益增加,其不可食用部分——蛋壳就大量产生,按通常蛋壳在全蛋重量中的比重（蛋壳一般占蛋重的12%）[1]计算,中国每年生产出400多万吨蛋壳,但在加工利用方面，蛋壳的开发研究很薄弱，目前的利用主要还是农村小规模的手工生产或者一些科研教学单位的实验性生产，并没有规模性的生产厂家。食品加工厂、孵化场等大量消费鸡蛋的单位将大量的废弃蛋壳扔进垃圾堆,对环境造成污染，特别是在夏季,蚊蝇成群、奇臭难闻。若能将这些废弃蛋壳收集起来,加工利用，既避免了对环境的污染,又增加了经济效益。已有研究表明，废弃蛋壳内含有丰富的钙、角蛋白、胶原蛋白、溶菌酶等成分，具有很高的可利用价值。
1 蛋壳的组成成分
蛋壳的物理组成主要是两部分：真壳与壳内膜。由于蛋清的黏附性，打蛋后壳膜上包被着蛋清，可以说废弃蛋壳由蛋壳、壳内膜和残留蛋清三部分组成。其中蛋壳占全蛋重量的11%~13%；壳内膜约占蛋壳重量的4%~5%；残留蛋清占蛋壳重的25%[2]。
1.1 蛋壳的成分
蛋壳主要由无机物组成约占整个蛋壳的94%~97%,有机物约占蛋壳的3%~6%。真壳中的无机物主要是CaCO3，其含量高达93%，Ca元素含量大于36%,远高于动物骨的含钙量(12%)，蛋壳中的有机质主要为基质蛋白质,通过免疫荧光技术和胶体金免疫细胞化学技术对蛋壳基质蛋白质进行分析，现已鉴定出的蛋壳基质蛋白质可分为一般性蛋白质、蛋清蛋白质和蛋壳形成特异性蛋白质3类，一般性蛋白质包括骨桥蛋白和凝聚素；蛋清蛋白质主要由卵清蛋白、溶菌酶和卵铁传递蛋白组成，其中溶菌酶和卵铁传递蛋白在蛋壳膜中含量较高[2，20，22]。蛋壳钙表面存在大量的微孔，因此用蛋壳制备钙制剂时的产率很高，同时也利于钙制剂在动物体内的吸收。蛋壳的碳水化合物含量虽然极少,但其营养成分丰富,主要有多糖、氨基半乳糖、己糖胺、葡萄糖胺、甘露糖、半乳糖、果糖等。
1.2 蛋壳膜的成分
蛋壳膜是位于蛋壳与蛋清之间的纤维状薄膜，有一定弹性,色泽洁白,质地均匀。厚度大约为70 μm，约占鸡蛋湿重的1.02%，由外蛋壳膜和内蛋壳膜构成，为双层结构。蛋壳膜的主要成分是蛋白质，以糖蛋白的形式存在，类似于细胞膜蛋白质的构成[3]。蛋膜中含有约90%的蛋白质、3%的脂质体和2%的糖类。其中的蛋白质有角蛋白、胶原蛋白(大部分为Ⅰ、Ⅴ、Ⅹ型)、复合蛋白等。蛋膜中还含有很多可溶性的高分子化合物，如N-乙酞氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明质酸、硫酸软骨素、氨基酸等，其中的无机物有钙、镁、锶，而几乎不含铅、铝、镉、汞、碘。此外，蛋膜还含有黏多糖类的碳水化合物。
1.3 残留蛋清的成分
残留蛋清是蛋白的一部分,其中含水量为85%,蛋白质为11%～13%，溶菌酶为2.5%～2.8%。蛋壳中的溶菌酶能增强畜禽的免疫力,提高畜禽成活率、增加畜禽的生产性能。
2 蛋壳、蛋壳膜和蛋壳中残留蛋清的利用价值
2.1 蛋壳的价值
2.1.1 利用蛋壳制备蛋壳粉、蛋白粉
由蛋壳的成分可见蛋壳是一种良好的钙源，利用蛋壳制备的蛋壳粉可作为畜禽钙添加剂，促进畜禽生长发育，提高生产性能。蛋壳粉既是微量元素添加剂，又是氨基酸添加剂，动物营养学家经分析测定，蛋壳中粗灰分达93%～95.1%，其中含钙36%～37%，铜14 mg/kg、钴22 mg/kg、锰20 mg/kg、锌36 mg/kg和氟15 mg/kg[4]。现在许多农户喂养畜禽仍以普通饲料为主料,其钙含量低,磷偏高,钙磷比例严重失调,如不纠正将影响动物生长发育。若在饲料中添加一定量的蛋壳粉则可调节钙磷比例，提高饲料转化率。毛慧鹏(2001)报道，在猪饲料中添加1%的蛋壳粉，就可调整钙磷比例至正常状态,同时获得必要的微量元素。此外,蛋壳中的有机物质含量占4.9%~5.0%，其中必需氨基酸的含量为蛋氨酸0.128%、胱氨酸0.141%、赖氨酸0.135%和异亮氨酸0.134%[5]。蛋壳粉的加工程序简便易行：将废弃的蛋壳收集起来烘干,烘干方法有2种,即加热烘干法和自然干燥法。加热烘干是在密闭的房间内安装加热设备,房顶设1~2个出气孔,向外散发水蒸气,将蛋壳摊放在房内烘干架上,使室温加热到80~100 ℃，直到蛋壳完全干燥。自然干燥法是在没有烘干设备的情况下采用,将蛋壳均匀地平铺在水泥地面上,约3 cm厚,借太阳热蒸发蛋壳水分。视情况进行翻动,使蛋壳全面晒透,以手捏即碎为准。除杂,拣出蛋壳中的夹杂物,如竹片、木片、小石子和小铁钉等,防止其损坏粉碎机或混在饲料中影响畜禽健康，然后可以制粉,根据使用工具不同可分为电磨制粉和蛋壳击碎制粉两种方法，制粉后过筛就可以包装上市了。也可以将蛋壳粉的制备过程简单的概括为：收集→烘干→除杂→制粉→过筛→包装进入市场。
另外还可以利用蛋壳粉制作蛋白粉,蛋白粉的制备方法：50 kg蛋壳粉加硫酸锌100 g、硫酸锰90 g、硫酸亚铁80 g、碘化钾20 g、氯化钠100 g、土霉素50 g，混合均匀[1，13]。据报道用这种蛋壳粉饲料喂母鸡，日喂25~50 g,并辅以青料和其它饲料,可促使母鸡产蛋早、产蛋多和延长产蛋期。除此之外,还可将蛋壳粉碎后,直接添加到畜禽饲料中投喂,产蛋鸡或鸭添加量为3~4 g/d,产蛋量可提高5%～15%;猪饲料中添加1%～2%的蛋壳粉,有利于钙、磷比例的调整,同时获得必要的微量元素。猪、牛、羊饲喂蛋壳粉增重快。对比试验证明,蛋壳粉配在鸡日粮中与石灰粉配在鸡日粮中相比,前者可使鸡体重量增加3.2%,蛋重量提高2.6%[6]。
但是应当注意，种禽场孵化后的蛋壳不能作为蛋壳粉。原因有二：一是种蛋在孵化的过程中蛋壳中的营养物质被吸收利用。胚胎在发育到10～15 d时，大量的钙磷来源于蛋壳，其中碳酸钙在孵化后被胚胎提取利用75%，其它矿物质和蛋白质也几乎所剩无几；二是由于孵化时间长，温度高，湿度大，蛋壳发生了质变。同时，死胚蛋、破壳蛋、臭蛋的污染也是孵化后蛋壳不能制作蛋壳粉的重要原因[7]。
2.1.2 利用蛋壳制备有机活性钙
用蛋壳制备有机活性钙,使不溶性碳酸钙转化为可溶性有机活性钙,不仅提高了钙的吸收率,也为鸡蛋壳的综合利用提供了一条有效途径。目前在实验室已经利用蛋壳为钙源制取成功的有机钙包括:①一元有机酸钙,如:乳酸钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙、丙酸钙、丙酮酸钙、柠檬酸钙等;②复合酸钙,如:乳酸-柠檬酸钙和柠檬酸-苹果酸钙等钙制剂,其中部分钙制剂已转为工业化生产。另外,如苹果酸钙、抗坏血酸钙、L-苏糖酸钙、泛酸钙、琥珀酸钙和氨基酸螯合钙等二元酸钙或多元酸钙类有机活性钙都是很好的补钙钙源,但是文献还没有报道用蛋壳来制取这些钙制剂,这仍是一个可以发展的空间。各种有机活性钙在医药、食品、轻工业等行业都有着广泛的用途,而且目前在市场上价格也是比较高的,由此可见用蛋壳制备有机活性钙在降低有机活性钙成本的同时,也解决了蛋壳垃圾。因各一元酸钙的制备方法相似,下面就以作为钙源人体吸收率最高(可达32%)的乳酸钙为例介绍乳酸钙的工艺流程(见图1)。
复合酸钙中是两种酸和钙源按一定配比合成的有机酸复合物,具有高溶解性、高生物学吸收利用性、减少铁吸收阻碍、良好的风味等特点,是一种良好的钙营养强化剂。目前研究较多的是柠檬酸-苹果酸钙和乳酸-葡萄糖酸钙。下面以柠檬酸-苹果酸钙为例介绍复合酸钙的工艺流程（见图2）。
已有研究性的实验表明，在制备柠檬酸-苹果酸钙的过程中，用三种不同的实验方法（①直接用自来水清洗蛋壳未去膜；②用自来水清洗并煮沸去膜；③用1 mol/l盐酸清洗进行壳膜分离）进行比较发现第一种方法的效果最好[21]。
2.2 蛋壳膜的利用价值
蛋壳膜的结构和成分上面已经作出了介绍，要从蛋壳膜中提取角蛋白和胶原蛋白首先考虑的问题是如何将蛋壳与蛋壳膜分离开来，蛋壳和蛋壳膜之间的结合实质是在石灰质和角蛋白之间，目前报道出一种禽蛋壳膜高效分离的新方法是将机械辗压和酸处理联合高效分离蛋壳膜，用这种方法蛋壳膜回收率大大提高,达79.0%,膜中钙残存量小于0.29%。石灰壳回收率达93%,石灰壳中膜残存量小于0.48%[9]。
2.2.1 用蛋壳膜制备凤凰衣、蛋膜粉
蛋壳膜是一种以角膜为主体,与黏多糖类相结合的复合蛋白质,目前利用较多的是将蛋壳膜分离后用作凤凰衣，所以我们可以说蛋壳膜的另一个名称就是凤凰衣。凤凰衣有润肺、止咳、止血之功效，在医药业应用很广泛。另外分离出的壳膜，经过磨碎、干燥后可制成蛋膜粉，蛋膜粉在医药行业中有抗菌、消炎之功用；在食品业中可作为营养补充剂和增稠剂；在轻工业、饲养业方面也发挥着功用。
2.2.2 从蛋壳膜中提取角蛋白
角蛋白是蛋白质的一种，是一种纤维性的、非营养型的硬蛋白。它广泛存在于人和动物毛发、皮肤、及指(趾)甲等结构中，是结缔组织极重要的结构蛋白质，起着保护机体的作用。角蛋白质因其独特的网状结构，只能通过选择适当的溶剂并控制适度的降解才能制成溶液。若制取角蛋白质溶液，使其溶解的关键是使分子链间的主要交联－S－S－键断裂。目前文献中报道的角蛋白的加工和提取方法主要有机械法、化学法及酶法三类。其中酶法制备角蛋白，因反应条件温和、对环境无污染、过程易于控制、酶解产物稳定等优点，具有更大的推广前景。杨德玉等（2007）[10]以鸡蛋蛋壳膜为原料，酶法提取蛋壳膜中角蛋白，在最佳工艺条件下即酶用量为蛋膜量的3%（W/W），固液比1：15，pH值9～10，提取温度55～65 ℃，提取时间60 min，角蛋白产率可达到26%。
2.2.3 从蛋壳膜中提取胶原蛋白
胶原蛋白是一种高分子蛋白质，又称胶原，它是由三条肽链拧成的螺旋形纤维状蛋白质，它存在于人体皮肤、骨骼、牙齿、肌腱等部位，主要生理机能是作结缔组织的黏合物质，是体内含量最多的一类蛋白质[19]。目前胶原蛋白在各领域中的应用广泛,特别是在化妆品、食品、医药领域等。文献报道中胶原蛋白的提取方法主要有：酸法、碱法、盐法、酶法四种。在提取过程中为了获得更好的提取效果，各种方法一般结合应用，但到目前并没有见到从蛋壳膜中提取胶原蛋白的报道。
2.2.4 从蛋壳膜中提取生物活性肽
现代营养学研究发现：人类摄食蛋白质经消化道的酶作用后，大多是以低肽形式消化吸收的，以游离氨基酸形式吸收的比例很小。而中国肽研究专家组进一步的试验又揭示了肽比游离氨基酸消化更快、吸收更多，表明肽的生物效价和营养价值比游离氨基酸更高。生物活性肽是蛋白质中25个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从二肽到复杂的线形、环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，食用安全性极高，是当前国际食品界最热门的研究课题和极具发展前景的功能因子。人工合成活性肽的途径主要有化学合成、酶法合成和重组DNA技术，但对蛋壳膜中提取生物活性肽，目前并没有相关的报道。有的学者指出我们可在前人的研究基础上，对蛋壳膜酶解过程进行实验的再优化，并建立动力学方程求取动力学参数，以指导实验的进行；在条件许可的情况下,与质谱技术相结合对生物活性肽进行结构与序列分析，建立一套完整的多肽分离纯化及分析检测技术；对产物活性肽进行生物学功能实验，以增加蛋膜多肽的附加值，开辟保健药和功能添加剂的研究和应用。
2.3 蛋壳内残留蛋清的价值——提取溶菌酶
溶菌酶是一种国内外紧缺的生化物质,是基因工程和细胞工程的工具酶。溶菌酶广泛存在于多种动物组织分泌物、蛋清、微生物及一些植物(如卷心菜、木瓜和萝卜等)中。鸡蛋清是生产溶菌酶的主要来源,鸡蛋清中溶菌酶含量约占蛋白总量的3.4%~3.5%,特别是卵清内外层稀液中溶菌酶含量较高,鸡蛋壳中也存在少量的溶菌酶,其含量约3‰，鸡蛋壳膜中溶菌酶的含量约为1.3％[11，16]。近些年,人们逐渐认识到溶菌酶的重要杀菌作用,而将其广泛应用于医疗、食品防腐、酿酒及科学研究等各个领域。
蛋壳中残留的蛋清占蛋壳总质量的27.6%~30.8%，是制备溶菌酶的潜在资源。蛋壳经蒸馏水多次洗涤,可得洁净蛋壳和浓度高达50%的蛋清液,将其分别进行处理,可制得多种有用物质。目前对蛋壳中溶菌酶的提取主要采用几丁质衍生物亲和层析法[24-29]。但蛋壳清洗液中常混有泥沙、蛋壳和蛋壳膜碎片等杂质，且粘度较大，采用一般的亲和层析时易造成层析柱的堵塞，因此可采用有磁性的几丁质凝胶亲和层析分离蛋壳中的溶解酶[30]。但比较成熟的方法是控制蛋清液浓度约在30%~50%，用阳离子交换树脂吸附后，经分离、多次洗脱、超过滤浓缩、脱盐及冷冻干燥,制得溶菌酶。基本工艺见图3。
3 结语
被废弃的蛋壳、蛋壳膜和壳内残留的蛋清中含有高营养价值成分，但据统计我国蛋品的加工量仅为蛋品总产量的1%～2%，大量的蛋壳被当作垃圾扔掉，蛋壳其实“全身是宝”，如果能很好的加工利用，将有很大的发展前景和可观的利益空间。目前我们面临的最主要的难题是蛋壳的收集问题，政府部门应加大对蛋壳这种废弃物的关注度，加大科技投入，研究蛋壳开发利用的新方法，将蛋壳变成我们宝贵的资源。
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（编辑：刘敏跃，）
张晓旭，扬州大学动物科学与技术学院，225009，扬州大学文汇路校区动科学院反刍动物营养组233研究室。
赵国琦(通讯作者)，单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期：2009-04-07
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