鹽析雞蛋清制取卵白蛋白課外活動實驗

劉琳琳+馬青+楊天林

摘要：利用智能手機自帶的光線傳感器及App輔助工具，對傳統實驗進行改造。在展示蛋白質鹽析現象的基礎上，通過測量溶液透過光的光強計算蛋清鹽析法制取卵白蛋白的產率。該方法測定蛋清鹽析法制取卵白蛋白產率為17.04%，與傳統方法測量數值相差不大，可作為高中化學課外探究實驗進行推廣。

關鍵詞：雞蛋清；蛋白質鹽析；手機傳感器；朗伯-比爾定律；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）5–0066–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新課程鼓勵師生充分利用生活中常見物品，設計現象明顯、富有特色的實踐活動和定量實驗[1]。雞蛋是生活中的重要食材，蛋清中蛋白可用來制作泡沫干燥墊、提取分離抗菌肽、合成哮喘特異性過敏原等[2～4]，利用鹽析法分離蛋清中蛋白是一項聯系生產、生活與化學，激發師生創新思維的優質定性探究實驗。雖然目前已有的相關實驗引導學生演示蛋清雜蛋白鹽析及復原過程，但卻未細化到鹽析制取某一具體蛋白并計算其產率，內容較單薄陳舊，沒能利用新科技、動態輔助知識內化，大多數學生經過實驗僅僅像“湊了個熱鬧”。數字化定量實驗作為實驗教學的重要組成部分，有利于學生科學探究素養的深層培養[5，6]，而鹽析雞蛋清制卵白蛋白實驗現象明顯，所需鹽溶液濃度也是最高的，易于在蛋清中提取，故而設計蛋清鹽析法制卵白蛋白的定量實驗有其必要性與可行性。

通常用來測量濃度的手持技術因其設備昂貴，沒能在中學實驗中大量普及，為方便實驗操作，本實驗在采用硫酸銨對蛋清中的卵白蛋白進行鹽析分離與復原演示基礎上，以普及度較高的智能手機為測量儀器，配合相關軟件測定鹽析法提取的雞蛋清卵白蛋白產率，為高中課外探究實驗開發提供案例。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

新鮮雞蛋，購自超市；365nm紫外手電，購自超市；面粉篩網，購自超市；注射器，購自藥店；生理鹽水，購自藥店；雙層滅菌紗布，質量密度100g/m2，衡陽絕緣材料總廠生產，購自藥店；硫酸銨化肥（≥99.5%），衢州市宏捷化肥有限公司生產，平時收集；牛血清白蛋白（≥98.0%，分析純）（BSA），上海晶純生化科技股份有限公司生產，學校提供；硬紙板，平時收集；比色皿，網上購買；智能手機（本案例選用三星GalaxyS4）；光強測量App，網上下載[本案例使用安卓系統智能手機，測量App選用Luxmeter with graph，下載網址https：// www.amazon.com/dp/b00mdub0ze/，安裝后在手機上顯示圖標如圖1（1）所示。若使用iPhone手機進行實驗，可下載Lux light meter free，下載網址https：//itunes.apple.com/us/app/lux-light-meter-free/ id1171685960？Mt=8，安裝后在手機上顯示圖標如圖1（2）所示]。

1.2 實驗方法

1.2.1 教師實驗所需藥品制備

標準白蛋白溶液：稱取50mg牛血清白蛋白置于燒杯中，并用少量生理鹽水溶解，而后轉移至50mL容量瓶以生理鹽水稀釋至刻度制成溶液。之后分別用生理鹽水稀釋得到0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL的BSA標準溶液。

1.2.2 測定原理

根據朗伯-比爾定律可知，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一定比例關系[7，8]。

1.2.3 實驗測量裝置制作

課外實驗器材要求制作簡單，性能可靠，易于操作，廉價易得[9]。為了避免其他光線干擾，本實驗中我們以365nm紫外手電為檢測光源，以不透明硬紙板按比色皿大小制作長方體帶蓋紙盒，并按圖2（1）所示位置剪兩個圓孔，制成如圖2（2）所示比色皿暗盒（光源入射口與其背面孔位對齊），比色皿暗盒背部圓孔與手機光線傳感器元件緊密貼合，構成手機光線傳感器-比色皿-光源間密閉不透光空間。這樣一來數據測量不再需要昂貴的濾光片。

1.3 實驗步驟

1.3.1 教師實驗

（1）打開光線測量軟件。

（2）依次測量生理鹽水0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL BSA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比色皿暗盒，比色皿暗盒背部圓孔與手機光線傳感器元件緊密貼合（如圖3所示），打開紫外手電貼合槽前側圓孔照明，利用軟件測量其透光能力，記錄穩定后數據，每次更換待測液時選擇“〓”，恢復實驗時點擊“▲”。測量界面如圖4所示，測量結果如圖5所示，回歸曲線：y=-0.62486x+ 3.9087，R2=0.9947，相關性良好。

1.3.2 學生實驗

（1）用雙層滅菌紗布過濾一個雞蛋的蛋清得到其水樣成分后，用30mL注射器測量水樣成分體積記錄數據V，家用食品秤測量質量記錄數據m。用2.5mL注射器吸取水樣成分2.5mL置于小燒杯，加入生理鹽水2.5mL，充分攪拌（攪拌劇烈程度以不起泡為準），得到稀釋液 。

（2）為去除蛋清中除卵白蛋白外其他可溶性蛋白，利用不同蛋白鹽析濃度不同的原理，我們通過注射器向稀釋液中逐滴加入飽和硫酸銨化肥溶液5mL（邊加邊攪拌，注意不要使雞蛋清溶液起泡）。靜置過夜，以面粉篩網過濾，棄沉淀（沉淀主要為蛋清中的球蛋白），取濾液。

（3）在濾液中緩慢多次加入研磨成粉末的硫酸銨化肥顆粒并充分攪拌，至不能再溶解硫酸銨，此時產生少量沉淀。為使沉淀完全，將溶液靜置過夜，而后以面粉篩網過濾，此時得到的沉淀就是蛋清卵白蛋白，收集沉淀并將其溶于100mL生理鹽水。

（4）吸取上述用生理鹽水溶解的產物加入比色皿，將比色皿裝于自制比色皿暗盒，槽背部圓孔與手機光線傳感器元件緊密貼合如圖3所示，打開軟件測量待測液透光能力，打開紫外手電貼合暗盒前側開口照明，記錄穩定后讀數。

2 數據處理

我們將實驗測得待測溶液通過光光強代入圖5標準曲線中查出對應濃度。

通過計算，鹽析法提取出的卵白蛋白占雞蛋水樣液的1.012%。通過查閱文獻[16]我們發現，蛋清中卵白蛋白含量為5.94%左右，產率計算結果為1.012%/5.94%=17.04%，傳統實驗測定蛋清鹽析法制卵白蛋白產率為18%[17]左右，故而本實驗誤差為（17.04%-18%）/18%=-5.33%，與傳統實驗測量結果相差不大。誤差可能由實驗本身誤差或第一次靜置去除的沉淀中含有少量卵白蛋白造成。

3 結果與討論

誠然，傳統卵白蛋白提取及濃度測定實驗操作經典，測量數值可靠，本實驗尚有輕微的非線性，因而不能使用回歸方程進行計算，只能通過查標準曲線來確定未知溶液濃度，但是由于時間、空間與預算限制，傳統實驗無法做到每名實驗者一人一臺實驗儀器，更無法做到實驗者隨時進行試驗，如此一來勢必造成實際測量中不可控變量增加。而本實驗設計新穎，原料廉價易得，操作便捷快速，用具簡單微型且可替換性強，實驗時間空檔較長，可在空閑時進行；其次，課外實驗是課堂教學的有益補充，自制器材的本身就有很大的教學意義，它使師生的眼光更多地聚焦于生活，跳出思維定勢，不再拘泥于書中所學儀器，而是進一步思考儀器制作所用原理，依據知識經驗活用身邊物資，從而開發出更好的探究實驗，為學生創造更多的學習機會；最后，以雞蛋這類生活物資為切入點導入化學實驗，可以極大地引起學生學習化學知識的興趣，并能在學習中了解科技-生活-社會的關系，養成善于觀察生活中的化學現象的良好習慣，培養學生的思維能力與動手能力。配合使用日常生活必不可少的手機，在課內外隨時進行實驗，在不斷的探索中深化對化學性質的理解，邁出構建科學社會觀的第一步。

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