利用智能手機傳感器測定蛋清鹽析法提取卵白蛋白產率

劉琳琳, 馬 青, 楊天林

(寧夏大學 化學化工學院, 寧夏 銀川 750021)

利用智能手機傳感器測定蛋清鹽析法提取卵白蛋白產率

劉琳琳, 馬 青, 楊天林

(寧夏大學 化學化工學院, 寧夏 銀川 750021)

利用智能手機光線傳感器及相關軟件對傳統紫外分光光度法測濃度實驗進行改造,通過測量溶液透過光的光照度得到蛋清鹽析制取的卵白蛋白濃度,計算得出蛋清鹽析法制取卵白蛋白產率為9.36%,與傳統測量數值相差不大,可作為本科生實驗。

化學實驗； 卵白蛋白； 手機傳感器

雞蛋清中蛋白質含量約為11% ,除不溶性的卵黏蛋白外,均為可溶性蛋白質。溶菌酶、卵白蛋白和卵鐵傳遞蛋白是蛋清中主要的3種生物活性蛋白,其中卵白蛋白約占蛋清蛋白的54%[1]。卵白蛋白具有許多功能特性。Franco等[2]人證明:卵白蛋白泡沫能夠提供比乳化劑更高的屈服應力,可用于泡沫干燥工藝升級；Tang等[3]人研究得出:可以在卵白蛋白水解物的固定化脂質體中提取分離的抗菌肽；Aarestrup等[4]將蛋清卵白蛋白作為誘導哮喘特異性過敏原,幫助抗哮喘藥物的研究。雞蛋作為卵白蛋白的最大廉價來源,如何快速靈活地提取蛋清中卵白蛋白并計算產量有著重要意義。傳統的膜切割法、雙縮脲法、紫外分光光度計法測鹽析后蛋清蛋白回收率均有不同程度的缺陷,較陳舊,且難以便捷、廉價地適用于所有情景中。

采用微型化學實驗技術,可減少試劑用量和實驗時間,可以定量計算實驗結果,利于強化學生的操作能力、培養創新思維和環保意識[5]。為方便實驗操作與管理,本實驗對本科生的傳統紫外分光光度法測濃度實驗進行微型化改造,在采用硫酸銨鹽析對雞蛋清中的卵白蛋白進行快速初步分離后,以普及度較高但尚未應用在理科實驗方面的智能手機為測量儀器,配合相關軟件對蛋清卵白蛋白回收率測定,為高等院校校本化創新實驗開發提供案例。

1 實驗

1.1 器具與試劑

試劑：新鮮雞蛋,購自超市；牛血清白蛋白(BSA)(分析純),上海晶純生化科技股份有限公司生產；硫酸銨晶體(分析純),上海晶純生化科技股份有限公司生產；生理鹽水,購自藥店。

器具：離心機；365 nm紫外手電,購自超市；智能手機(本案例選用三星Galaxy S4)；2.5 mL注射器,購自藥店；30 mL注射器,購自藥店；比色皿,曄輝儀器專業生產；硬紙板,平時收集；雙層滅菌紗布,質量密度100 g/m2,衡陽絕緣材料總廠生產；光強測量軟件,網上下載(本案例使用Luxmeter with graph軟件)；手機錄屏軟件,網上下載(本案例使用拍大師)。

1.2實驗方法

1.2.1 實驗器材制作

實驗器材要求制作簡單、性能可靠、易于操作[6]、廉價易得。本次實驗以365 nm紫外手電為光源，照射待測溶液,為了避免其他光線干擾,以黑色不透明硬紙板制作比色皿盛放工具,構成手機傳感器-比色皿-紫外光源之間的密閉不透光空間,不再需要很貴的濾光片。按比色皿大小制作長方體帶蓋紙盒,并按圖1(a)示位置剪2個圓孔,再將直徑略大于圓孔的短圓紙管粘于一個圓孔處制成如圖1(b)所示的比色皿暗盒。

圖1 自制比色皿暗盒

1.2.2 標準白蛋白溶液

稱取50 mg牛血清蛋白置于燒杯中,并用少量生理鹽水溶解,而后轉移至50 mL容量瓶，并以生理鹽水稀釋至刻度；最后分別用生理鹽水稀釋至0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L,見表1。

表1 牛血清蛋白標準溶液

1.2.3 實驗原理

(1) 鹽析法:蛋白質在稀鹽溶液中溶解度隨著鹽濃度增加而增大,溶液中鹽的濃度增加到一定數值時,蛋白質溶解度將逐漸下降,直到蛋白質析出即鹽析。鹽析會導致蛋白質分子表面電荷被中和,水化膜被破壞,最終蛋白質分子間相互聚集并從溶液中析出,而卵白蛋白在硫酸銨溶液濃度近飽和時才會析出。

(2) 測定原理:以同一光源照射不同濃度的卵白蛋白溶液,溶液透過光的光強與卵白蛋白濃度成反比[7-8]。

1.2.4 實驗裝置

實驗裝置見圖2。

圖2 實驗裝置

1.3 實驗步驟

1.3.1 BSA蛋白標準液在 365 nm波長處透光強度

(1) 打開手機錄屏軟件選擇錄屏功能,錄制屏幕。

(2) 依次測量生理鹽水和0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L標準溶液透光能力。待測液加入比色皿后,將比色皿裝于自制不透光暗盒,暗盒尾端圓筒與手機光線傳感器元件緊密貼合,打開紫外光手電并貼合暗盒前側圓孔照明,打開軟件測量其透光能力,測量界面如圖3所示,記錄穩定后讀數,每次更換待測液時選擇“測量暫?！?恢復實驗時點擊“測量繼續”。測量結果如圖4所示,回歸曲線：y=-0.624 86x+3.908 7,R2=0.994 69,相關性良好。

圖3 牛血清溶液透光能力測量界面

圖4 牛血清蛋白透光能力標準曲線圖

1.3.2 蛋清中卵白蛋白分離

(1) 用雙層滅菌紗布過濾一個雞蛋的蛋清得到水樣成分之后,用30 mL注射器測量水樣成分的體積V,稱質量m。用2.5 mL注射器吸取水樣成分2.5 mL置于小燒杯,加入生理鹽水2.5 mL,充分攪拌,攪拌劇烈程度以不起泡為準,得到稀釋液 。

(2) 向稀釋液中逐滴加入飽和硫酸銨溶液5 mL(邊加邊攪拌,注意不要使雞蛋清溶液起泡),靜置10 min,3 000 r/min離心10 min,棄沉淀,取上清液。

(3) 在上清液中緩慢多次加入烘干研磨成粉末的硫酸銨顆粒,充分攪拌,使加入粉末溶解,至不能再溶解硫酸銨為止,靜置過夜,3 000 r/min離心10 min,收集沉淀并用50 mL生理鹽水溶解。

1.3.3 蛋清制取卵白蛋白濃度測定

(1) 2.5 mL注射器吸取上述樣品加入比色皿,將比色皿裝于自制不透光比色皿暗盒中,使暗盒尾端圓筒與手機光線傳感器元件緊密貼合,打開紫外光手電并貼合槽前側開口照明,打開軟件測量其透光能力,記錄穩定后讀數。

(2) 比對圖4,找出對應濃度c1。

(3) 以上步驟重復4次,測得c2、c3、c4、c5[7-13]。

1.4 數據處理

將實驗測得的待測溶液透過光照度代入圖4標準曲線中查出對應濃度，結果見表2。

表2 蛋清中卵蛋的濃度

測得實驗所用雞蛋蛋白水樣液體積V=27.9 mL、質量m=32.4 g。實驗所測定是鹽析法得到的卵白蛋白在雞蛋清中的含量W計算公式[7-8]為

通過計算,可得鹽析法提取出的卵白蛋白質量占雞蛋清水樣液質量分數為0.556%，回收率為9.36%。文獻[1]報道的蛋清卵白蛋白質量分數為5.94%左右,鹽析法回收率為10%[8]左右。本實驗回收率的實驗誤差為6.4%,誤差原因可能是實驗誤差或者實驗鹽析得到的蛋白質并不完全是卵白蛋白造成。

2 小結與討論

誠然傳統蛋清卵白蛋白產率測定實驗操作經典,測量數值可靠,但由于時間與空間限制,傳統實驗無法做到實驗者一人一臺實驗儀器,也無法利用課余時間進行實驗。本實驗設計新穎,原料廉價易得,操作便捷快速,器具簡單微型且可替換性強,測量工具是生活必備的手機,可在空閑時做實驗?；瘜W實驗的一個重要特點是讓學生獲得更多的探索體驗,本實驗利用生活中的物品自制實驗器材,給學生起到創新啟示作用。

References)

[1] Cheung P C K, Mehta B M. Handbook of Food Chemistry[M]. Berlin Heidelberg: Springer, 2015:331-363.

[2] Franco T S, Ellendersen L N, Fattorid D, et al. Influence of the Addition of Ovalbumin and Emulsifier on the Physical Properties and Stability of Yacon (Smallanthus sonchifolius) Juice Foams Prepared for Foam Mat Drying Process[J].Food and Bioprocess Technology，2015,8(10):2012-2026.

[3] Tang W, Zhang H, Wang L, et al. Antimicrobial peptide isolated from ovalbumin hydrolysate by immobilized liposome-binding extraction[J].European Food Research and Technology,2013,237(4):591-600.

[4] Aarestrup F M, Nagato A, Martins T, et al. Hyperoxia increases interleukin-17 in airway epithelial cells, alveolar type II cells and alveolar macrophages after ovalbumin-induced lung inflammation[J].World Allergy Organization Journal,2015,8(1):1-2.

[5] 楊天林,楊文遠,倪剛. 改革實驗教學,走綠色化學之路:以無機化學實驗教學為例[J].實驗技術與管理,2012，29(4):17-20.

[6] 李凡生,余小英. 基于演示實驗教具自制的師范生課程資源開發能力的培養:以物理專業為例[J].教育探索,2011,29(8):97-98.

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[8] 傅冰,季秀玲,俞匯穎,等. 鹽析法快速分離雞蛋清卵白蛋白[J].江蘇農業科學,2013,41(6):229-230.

[9] 曹干林,肖超斌. 蛋白質鹽析的實驗探究[J].化學教育,2008(6):59,68.

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Measuring productivity of ovalbumin by egg white salting-out method with smart phone sensor

Liu Linlin, Ma Qing, Yang Tianlin

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

As smart phones are equipped with a variety of precision sensors, by using the sensors and the related App to assist science inquiry, the students' experimental approach can be broadened, the expenses can be reduced, and the traditional experiments can be improved or upgraded so that the students’ innovation experiments are well promoted. The smart phone light sensors are used in this experiment to transform the traditional experiments. By measuring the solution concentration of ovalbumin from egg white through the light intensity and by calculation, the productivity of ovalbumin by egg white salting-out method is 9.36%, which is not different from the traditional measurement, and can be promoted for an undergraduate experiment.

chemical experiment; ovalbumin; mobile phone sensor

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.016

2016-06-03 修改日期：2016-07-25

國家自然科學

(21261018)；教育部科學基金重點項目(208195)

劉琳琳(1993—)，女，黑龍江雙鴨山，碩士研究生，從事化學教學研究

楊天林(1957—)，男，寧夏鹽池，博士，教授，碩士生導師，從事稀土化學、化學教學、科普教育研究.

E-mail：yang_tl@nxu.edu.cn

TS253.2；O6-339

: B

: 1002-4956(2016)12-0060-03