蛋壳膜来源的活性成分在功能性食品中的应用：胃肠道命运、肠道相互作用及系统性健康影响

《Food Research International》：Eggshell membrane-derived bioactives for functional foods: gastrointestinal fate, intestinal interactions, and systemic health implications

　　

**摘要要点**

• 蛋壳膜是一种富含胶原蛋白和糖蛋白的副产品。
• 生物活性取决于加工方式和胃肠道转化。
• 蛋壳膜水解物影响氧化应激和炎症信号传导。
• 在蛋壳膜的各种益处中，关节健康具有最强的临床支持。
• 未来的研究需要标准化和经过验证的肠道评价。

**引言**

食品加工副产品的增值利用已成为食品科学、营养学和可持续生物制造领域的重要课题，反映了减少生物废弃物并从未充分利用的生物资源中识别安全和具有功能意义的成分的需求（Bekavac等，2025；Rao等，2021；Zou等，2021）。许多食品工业残留物含有蛋白质、多糖、矿物质、脂质和微量生物活性化合物，但它们的营养或生理相关性不仅取决于成分本身，还取决于这些成分是如何被回收、转化、消化，以及口服摄入后如何与生物界面接触的（Amigo & Hernández-Ledesma，2020；Brodkorb等，2019）。在这个更广泛的背景下，蛋壳膜（ESM），即位于钙化蛋壳与蛋清之间的薄纤维层，代表了一种具有功能食品开发潜力的独特食品加工副产品（Kulshreshtha等，2022；Zhang等，2026）。与富含矿物质的蛋壳不同，蛋壳膜是一种类似细胞外基质的有机材料，含有类似胶原蛋白的蛋白质、与弹性蛋白相关的组分、与角蛋白相关的蛋白质、糖蛋白以及糖胺聚糖，包括透明质酸、硫酸软骨素和硫酸皮肤素（Ahmed等，2017；Nakano、Ikawa和Ozimek，2001、2003；Wong等，1984）。这些成分为将蛋壳膜视为食品来源肽、胶原蛋白相关片段、含硫组分和含糖胺聚糖分数的来源提供了生化基础。然而，天然蛋壳膜高度交联，溶解度低，且结构上难以直接利用，这表明其功能相关性应通过加工诱导的释放和胃肠道转化来理解，而不仅仅是通过成分本身（Kodali等，2011；Zhang等，2026）。

先前的研究从多个角度考察了蛋壳膜，包括结构组织、化学成分、分离纯化、蛋白质溶解和酶解、生物医学应用、伤口修复、关节健康和材料相关应用（Han等，2023；Shi等，2021；Zhang等，2026）。这些研究将蛋壳膜确立为一种复杂的生物基质，而非简单的废弃残留物。微粉碎、碱性或超声辅助提取、酶解和角蛋白酶介导的分解等加工策略可以改变其溶解度、分子量分布、肽谱和生物活性分数的可及性（Lien等，2022；Marcet等，2018；Zhao等，2019）。这些变化对功能食品应用尤为相关，因为它们影响蛋壳膜衍生成分在消化过程中成为生物可及物质的程度，以及与肠细胞或肠道微生物群相互作用的可用性。尽管如此，目前的文献仍然主要关注提取效率、成分表征、消化前测定的活性或广泛的应用潜力（Lopes等，2026；Makkar等，2015；Zhang等，2026）。对于口服食用的蛋壳膜基原料，这些信息虽有用但尚不充分。一个重大差距在于加工、胃肠道消化、肠道暴露和系统性生物学解释之间缺乏充分整合。特别是，蛋壳膜衍生肽和含糖胺聚糖分数在消化过程中的稳定性、其转化为更小片段的程度、其在肠道的局部活性或可能的转运，以及它们与下游生理结果的关系仍然缺乏系统的梳理。

本综述的概念基础是，功能食品成分的生物活性应被理解为一种由加工、消化、肠道暴露和系统性生物反应塑造的动态过程，而非原料的固定属性（Mittal等，2023）。这一观点对蛋壳膜尤为相关，因为其天然基质溶解度低且高度交联，而其衍生物在加工和胃肠道消化过程中可能发生显著的分子变化。加工可以从不溶性的膜基质中释放肽、胶原蛋白相关片段、含硫组分和含糖胺聚糖分数。这些成分随后可能在胃肠道中进一步转化，其中酶消化、pH依赖性溶解、聚集和降解影响它们的生物可及性和生物学相关性（Amigo & Hernández-Ledesma，2020；Brodkorb等，2019）。肠道是口服摄入后的第一个主要生物界面，因此为评价蛋壳膜衍生成分与上皮屏障、炎症信号传导、氧化应激反应和肠道微生物群之间的相互作用提供了关键场所。现有证据支持需要这种以肠道为导向的框架。蛋壳膜水解物已被报道能在人肠Caco-2细胞中发挥抗氧化保护作用，并在实验模型中减少肠道炎症（Shi等，2014a、2014b）。可溶性蛋壳膜蛋白递送系统也在受损的肠道上皮细胞模型中得到研究，而膳食蛋壳膜或微粉碎蛋壳膜则与动物模型中肠道炎症、微生物菌群失调、肠道微生物群多样性、循环炎症标志物和骨骼肌老化的变化相关（Jia等，2017；Lee & Huang，2019；Shi等，2014）。与此同时，天然蛋壳膜及相关蛋壳膜成分的人体研究报告了在骨关节炎或运动引起的关节不适背景下关节疼痛、僵硬、身体功能或生活质量的改善（Mu?oz等，2024；Ruff等，2009、2018）。这些发现表明关节健康目前是蛋壳膜基原料应用最成熟的领域之一，但它们并未完全解释系统性效应背后的通路。胶原蛋白样肽、糖胺聚糖相关片段和氨基葡萄糖的直接贡献在生物学上是合理的，而涉及上皮屏障调节、免疫调节、低度炎症和微生物群来源信号传导的肠道介导机制也可能参与其中（Amigo & Hernández-Ledesma，2020；Shi等，2014）。因此，本综述在一个将加工、胃肠道命运、肠道相互作用和系统性健康意义联系在一起的框架内组织了蛋壳膜衍生生物活性物，如图1所示。

在此背景下，关键问题不仅仅是蛋壳膜衍生原料是否表现出生物活性，而是这种活性如何受摄入与宿主暴露之间发生的分子转化所影响。加工决定了蛋壳膜衍生蛋白质、肽和含糖胺聚糖分数的初始物理化学状态，但这些材料随后会经历胃和小肠消化、黏膜和上皮选择，以及对于消化抗性分数而言，远端肠道中的微生物转化。这些顺序过程决定了哪些分子物种保持生物可及性，哪些能与肠道屏障局部相互作用，哪些可能跨越上皮，以及哪些被进一步转化为微生物群来源的代谢物。因此，本综述通过以胃肠道命运为中心的框架检查蛋壳膜衍生生物活性物，将原料结构和加工与消化转化、肠道界面行为、微生物群-代谢物相互作用以及下游系统性健康意义联系起来。特别关注消化后持续存在的分子形式、它们的肠道靶标和信号反应，以及目前阻止口服摄入的蛋壳膜成分与系统性生物学结果直接联系的主要差距。通过整合这些层次的证据，本综述旨在超越对蛋壳膜生物活性的描述性编目，走向对蛋壳膜衍生原料在口服食用后如何变得具有生物学相关性的机制理解。

**各章节摘要**

**蛋壳膜衍生生物活性物的结构和成分基础**

蛋壳膜的功能相关性不能仅通过列出其化学成分来解释。蛋壳膜是一种结构有组织的生物基质，其中胶原蛋白相关蛋白质、角蛋白相关蛋白质、糖蛋白、含硫结构、糖胺聚糖相关分数和微量矿物质相关成分嵌入在纤维网络中（Arias等，1991；Kodali等，2011；Nakano等，2003；Wong等，1984）。这种组织结构至关重要——

**加工策略和功能蛋壳膜衍生原料的生成**

蛋壳膜的结构抗性使得加工对于释放和转化其潜在生物活性成分至关重要。不同的加工途径生成的产品具有不同的溶解度、水解度、分子量分布、肽谱和糖胺聚糖可及性。这些差异可能进一步影响胃肠道行为和生物活性。因此，本节比较了主要的物理、化学、酶法、复合和微生物加工方法——

**蛋壳膜衍生生物活性物的胃肠道命运和肠道相互作用**

口服食用蛋壳膜衍生原料的生物学相关性不仅取决于摄入前的成分，还取决于其分子形式在整个胃肠道中的转化和选择。消化决定了哪些成分保持生物可及性，而随后与肠黏膜、上皮和微生物群的相互作用进一步决定了这些成分是在局部作用、被吸收、对消化具有抗性，还是被微生物群转化——

**蛋壳膜衍生生物活性物的系统性健康意义**

蛋壳膜衍生生物活性物的系统性健康意义应被理解为上述胃肠道命运和肠道相互作用过程的下游结果。口服摄入后，蛋壳膜成分需经消化和肠道加工后才能对周围组织产生贡献。因此，本节重点关注当前证据最为充分的两个系统性领域，即肌肉骨骼健康和皮肤相关健康——

**标准化、高级评价平台和未来展望**

蛋壳膜衍生原料在功能食品应用中的开发现在需要从广泛的活性描述转向基于证据的原料评价。现有研究表明蛋壳膜可以被分离、微粉碎、溶解、水解、发酵并纳入递送系统中，但这些制剂不应被视为可互换的。天然蛋壳膜粉、微粉碎粉、可溶性蛋白分数、酶解物、发酵水解物等——

**结论**

蛋壳膜越来越被认可为不仅仅是孤立生物活性蛋白质、肽和糖胺聚糖的来源。现有证据表明，口服食用蛋壳膜的功能潜力由一系列始于加工并延续至胃肠道消化、肠道相互作用和微生物转化的过程所决定。不同的加工策略生成的原料具有不同的溶解度和分子量——

**CRediT作者贡献声明**

Chenggang Cai：写作——审阅和编辑。Shujie Chen：写作——初稿撰写。Feng Yao：写作——初稿撰写、验证。Juan Chen：数据整理。Xue Zhao：数据整理。Yinlong Lian：调查、数据整理。Guiwei Rao：监督。

**资助**

本研究得到国家重点研发计划（2024YFF1106200）和浙江省"三农九方"科技合作项目（2026SNJF008）的资助。

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所述工作的完成。

**作者名单**

Chenggang Cai | Shujie Chen | Feng Yao | Juan Chen | Xue Zhao | Yinlong Lian | Guiwei Rao