利用智能手機測定牛奶中蛋白質的含量

溫寧紅　倪剛　趙瑞雪　何洋　吳曉紅

摘要：利用智能手機光線感應器及“phyphox”和“RGB調色板”相關軟件提出了一種牛奶中蛋白質含量測定的實驗方法。該方法具有操作簡單、方便快捷，能夠有效激發(fā)學生興趣的優(yōu)點，能夠提高學生對蛋白質定量測定的認識，對培養(yǎng)學生科學探究能力具有較好促進作用。

關鍵詞：智能手機;phyphox;RGB調色板;牛奶;蛋白質

文章編號：1008-0546（2019）01-0081-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.024

一、問題的提出

2011年教育部制定的《義務教育化學課程標準》指出：教材的編排不僅要從學生的生活經驗和社會發(fā)展的現(xiàn)實中取材而且在教學中要注意貼近學生的生活，聯(lián)系社會實際 [1]。蛋白質是生命活動的基礎物質，對構成人體新生組織、維持人體健康有著重要作用 [2]。牛奶是一種營養(yǎng)豐富的食品，是人體蛋白質的重要來源之一。因此，蛋白質含量是牛奶中營養(yǎng)成分的主要標志之一 [3]。在高中化學課本中對蛋白質的學習主要是對蛋白質組成、結構、性質和用途進行定性了解，而對蛋白質含量的定量探究活動較少出現(xiàn)。目前，對蛋白質進行定量測定的方法有紫外吸收法、凱氏定氮法、福林酚比色法、考馬斯亮藍法等? [4]。這些方法常用比較復雜的方法或較為貴重的儀器，不便于在中學開展。隨著科學技術的發(fā)展，手機已經成為了人們生活的必需品，如何將手機融入課堂教學已經成為新的研究方向? [5]。GrasseEK [6]通過3D打印技術制作了智能手機與比色皿之間連接的測量裝置，定量測量了櫻桃味飲料的含量;湯晶 [7]利用手機結合分貝儀測量軟件，通過檢測芯片發(fā)出的聲音大小對電解質溶液導電性的強弱的實驗進行了定量化改進。本文提出了利用智能手機基于考馬斯亮藍分光光度法對牛奶中蛋白質的含量進行定量探究的實驗方法。該實驗活動操作容易，簡單快捷，能夠激發(fā)學生做實驗的興趣和動機，對發(fā)展學生科學探究能力具有重要作用。

二、實驗部分

1.儀器、試劑及軟件

試劑：精確稱取牛血清白蛋白12.00mg，用0.15mol/L NaCl溶液稀釋至100mL容量瓶中，配制成120μg/mL的溶液;稱取100mg考馬斯亮藍G-250溶于50mL 95%乙醇中，加入100mL 85% H3PO4，然后用蒸餾水稀釋至1000mL，經過濾后儲存于棕色試劑瓶中。

儀器：智能手機兩部（本實驗使用OPPOR7s和ViVOX9）;比色皿;燒杯;容量瓶;移液管;濾紙;漏斗;鐵架臺;塑料滴管。

軟件：在智能手機的軟件商店中搜索“傳感器”，然后下載“傳感器套件：phyphox”（3.3M，免費）打開測量軟件，彈出對話框點擊“OK”，后選擇“Light”進入測量界面，待測量結束導出數(shù)據(jù)。在軟件商店中搜索“RGB調色板”（95K，免費），然后點擊下載，打開軟件，拖動水平滾動條先將R值調至“00ff00”再將G調至“0ffff0”即可得到實驗所需要的黃色光源。

2.測定原理

實驗原理是朗伯比爾定律即有色物質的溶液單色光的吸收程度與其濃度成正比存在著定量關系。單色光是通過“RGB調色板”軟件調整后發(fā)出的。利用考馬斯亮藍與不同濃度的蛋白質呈現(xiàn)深淺不同藍色溶液對同一手機光源發(fā)出的黃色光透過不同的原理，采用手機光線感應器及“phyphox”軟件測量得到各溶液的透過光強度I，如圖1所示，數(shù)據(jù)處理后得到相應的吸光度值A=-lg（I/I0），A與溶液中蛋白質濃度c成正比來定量測定蛋白質含量。

3.實驗裝置

裝置充分利用了手機和硬紙盒等生活中常見的物品，實驗過程中將測量光強的手機倒置，提供黃色光源的手機橫放于硬紙盒中并且都面向比色皿固定，使得手機的光線感應孔、比色皿和黃色光源形成通路。硬紙盒提供密閉環(huán)境，避免其他光線干擾，裝置如圖2所示。該實驗裝置制作簡單，實現(xiàn)了裝置的綠色化、微型化和生活化。

4.實驗步驟

（1）標準溶液的配制

取已配制好的牛血清白蛋白質儲備液按下表配制標準蛋白溶液。

（2）待測溶液的配制

吸取市售牛奶1.0mL加0.15mol / L的NaCl稀釋至

100mL備用。然后取0.2mL儲備液用0.15mol / L的NaCl溶液調至1.0mL，然后加入考馬斯亮藍試劑5.0mL，混合均勻后放置5min，后進行測量。

（3）溶液透過光照強度的測量

將提供光源的手機點擊“RGB調色板”移動滾動條調至黃光，用塑料滴管依次向比色皿中換取不同濃度的標準蛋白溶液，打開“phyphox”軟件點擊“測量開始”，待測量結束潤洗比色皿，再加入待測液進行測量，整個測量過程結束導出數(shù)據(jù)。

三、結果與討論

標準蛋白溶液和待測牛奶樣品的測量結果如表2所示，可以看出蛋白質含量在2.0～10μg/mL范圍內，吸光度與濃度呈現(xiàn)良好的線性關系，如圖3所示。回歸方程A=0.0550+0.008c線性擬合方程式的擬合相關性因子R達到0.997。得出待測牛奶蛋白質的含量為7.46μg/mL。我們換算出牛奶中的含量為100mL：2.24g。

四、實驗特色

（1）本實驗以“市售牛奶”為載體進行蛋白質含量的實驗探究，真正體現(xiàn)“化學來源于生活，用于生活”的思想。

（2）實驗方法具有創(chuàng)新性，能夠有效地激發(fā)學生運用智能手機開展生活中相類似的課堂或課外研究性活動，并在過程中可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及科學探究的能力。

（3）實驗裝置簡單易得，操作簡便，器材來源于生活，而且實驗活動不受時間和場地的限制，學生可以自由安排。

（4）智能手機完成了對市售牛奶蛋白質含量的定量測定，同時我們可以擴展到針對不同種類的牛奶中蛋白質的含量可以進行對比測定。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012

[2] 馮昕，王吉中，堯俊英，呼玉俠.考馬斯亮藍法測定乳與乳制品中蛋白質含量[J].糧食與食品工業(yè)，2010，17（3）：57-59

[3] 田志梅.甲醛值滴定法快速測定牛奶中蛋白質含量[J].中國食品衛(wèi)生雜志，2008（3）：244-245

[4] 寧正祥.食品成分分析手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001

[5] 薛勝蘭.智能手機融入課堂教學的應用研究[J].電化教育研究，2018（1）：1-5

[6] Grasse EK，Torcasio MH，Smith AW.Teaching UV–Vis Spectrosco pywitha 3D-Printable Smartp hone Spectro photometer[J].Journal of Chemical Education，2016，93（1）：146-151

[7] 湯晶，倪剛，吳曉紅.電解質溶液導電性實驗的改進[J].化學教學，2017（5）：73-75