2023年12月14日发(作者：国雪松)
利用智能手机传感器测定蛋清盐析法提取卵白蛋白产率
刘琳琳;马青;杨天林
【摘 要】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 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.%利用智能手机光线传感器及相关软件对传统紫外分光光度法测浓度实验进行改造,通过测量溶液透过光的光照度得到蛋清盐析制取的卵白蛋白浓度,计算得出蛋清盐析法制取卵白蛋白产率为9.36%,与传统测量数值相差不大,可作为本科生实验.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2016(033)012
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】化学实验;卵白蛋白;手机传感器
【作 者】刘琳琳;马青;杨天林 【作者单位】宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021;宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021;宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021
【正文语种】中 文
【中图分类】TS253.2;O6-339
鸡蛋清中蛋白质含量约为11% ,除不溶性的卵黏蛋白外,均为可溶性蛋白质。溶菌酶、卵白蛋白和卵铁传递蛋白是蛋清中主要的3种生物活性蛋白,其中卵白蛋白约占蛋清蛋白的54%[1]。卵白蛋白具有许多功能特性。Franco等[2]人证明:卵白蛋白泡沫能够提供比乳化剂更高的屈服应力,可用于泡沫干燥工艺升级；Tang等[3]人研究得出:可以在卵白蛋白水解物的固定化脂质体中提取分离的抗菌肽；Aarestrup等[4]将蛋清卵白蛋白作为诱导哮喘特异性过敏原,帮助抗哮喘药物的研究。鸡蛋作为卵白蛋白的最大廉价来源,如何快速灵活地提取蛋清中卵白蛋白并计算产量有着重要意义。传统的膜切割法、双缩脲法、紫外分光光度计法测盐析后蛋清蛋白回收率均有不同程度的缺陷,较陈旧,且难以便捷、廉价地适用于所有情景中。
采用微型化学实验技术,可减少试剂用量和实验时间,可以定量计算实验结果,利于强化学生的操作能力、培养创新思维和环保意识[5]。为方便实验操作与管理,本实验对本科生的传统紫外分光光度法测浓度实验进行微型化改造,在采用硫酸铵盐析对鸡蛋清中的卵白蛋白进行快速初步分离后,以普及度较高但尚未应用在理科实验方面的智能手机为测量仪器,配合相关软件对蛋清卵白蛋白回收率测定,为高等院校校本化创新实验开发提供案例。
1.1 器具与试剂
试剂：新鲜鸡蛋,购自超市；牛血清白蛋白(BSA)(分析纯),上海晶纯生化科技股份有限公司生产；硫酸铵晶体(分析纯),上海晶纯生化科技股份有限公司生产；生理盐水,购自药店。 器具：离心机；365 nm紫外手电,购自超市；智能手机(本案例选用三星Galaxy
S4)；2.5 mL注射器,购自药店；30 mL注射器,购自药店；比色皿,晔辉仪器专业生产；硬纸板,平时收集；双层灭菌纱布,质量密度100 g/m2,衡阳绝缘材料总厂生产；光强测量软件,网上下载(本案例使用Luxmeter with graph软件)；手机录屏软件,网上下载(本案例使用拍大师)。
1.2.1 实验器材制作
实验器材要求制作简单、性能可靠、易于操作[6]、廉价易得。本次实验以365
nm紫外手电为光源，照射待测溶液,为了避免其他光线干扰,以黑色不透明硬纸板制作比色皿盛放工具,构成手机传感器-比色皿-紫外光源之间的密闭不透光空间,不再需要很贵的滤光片。按比色皿大小制作长方体带盖纸盒,并按图1(a)示位置剪2个圆孔,再将直径略大于圆孔的短圆纸管粘于一个圆孔处制成如图1(b)所示的比色皿暗盒。
1.2.2 标准白蛋白溶液
称取50 mg牛血清蛋白置于烧杯中,并用少量生理盐水溶解,而后转移至50 mL容量瓶，并以生理盐水稀释至刻度；最后分别用生理盐水稀释至0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L,见表1。
1.2.3 实验原理
(1) 盐析法:蛋白质在稀盐溶液中溶解度随着盐浓度增加而增大,溶液中盐的浓度增加到一定数值时,蛋白质溶解度将逐渐下降,直到蛋白质析出即盐析。盐析会导致蛋白质分子表面电荷被中和,水化膜被破坏,最终蛋白质分子间相互聚集并从溶液中析出,而卵白蛋白在硫酸铵溶液浓度近饱和时才会析出。
(2) 测定原理:以同一光源照射不同浓度的卵白蛋白溶液,溶液透过光的光强与卵白蛋白浓度成反比[7-8]。
1.2.4 实验装置 实验装置见图2。
1.3 实验步骤
1.3.1 BSA蛋白标准液在 365 nm波长处透光强度
(1) 打开手机录屏软件选择录屏功能,录制屏幕。
(2) 依次测量生理盐水和0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L标准溶液透光能力。待测液加入比色皿后,将比色皿装于自制不透光暗盒,暗盒尾端圆筒与手机光线传感器元件紧密贴合,打开紫外光手电并贴合暗盒前侧圆孔照明,打开软件测量其透光能力,测量界面如图3所示,记录稳定后读数,每次更换待测液时选择“测量暂停”,恢复实验时点击“测量继续”。测量结果如图4所示,回归曲线：y=-0.624 86x+3.908 7,
R2=0.994 69,相关性良好。
1.3.2 蛋清中卵白蛋白分离
(1) 用双层灭菌纱布过滤一个鸡蛋的蛋清得到水样成分之后,用30 mL注射器测量水样成分的体积V,称质量m。用2.5 mL注射器吸取水样成分2.5 mL置于小烧杯,加入生理盐水2.5 mL,充分搅拌,搅拌剧烈程度以不起泡为准,得到稀释液 。
(2) 向稀释液中逐滴加入饱和硫酸铵溶液5 mL(边加边搅拌,注意不要使鸡蛋清溶液起泡),静置10 min,3 000 r/min离心10 min,弃沉淀,取上清液。
(3) 在上清液中缓慢多次加入烘干研磨成粉末的硫酸铵颗粒,充分搅拌,使加入粉末溶解,至不能再溶解硫酸铵为止,静置过夜,3 000 r/min离心10 min,收集沉淀并用50 mL生理盐水溶解。
1.3.3 蛋清制取卵白蛋白浓度测定
(1) 2.5 mL注射器吸取上述样品加入比色皿,将比色皿装于自制不透光比色皿暗盒中,使暗盒尾端圆筒与手机光线传感器元件紧密贴合,打开紫外光手电并贴合槽前侧开口照明,打开软件测量其透光能力,记录稳定后读数。
(2) 比对图4,找出对应浓度c1。 (3) 以上步骤重复4次,测得c2、c3、c4、c5[7-13]。
1.4 数据处理
将实验测得的待测溶液透过光照度代入图4标准曲线中查出对应浓度，结果见表2。
测得实验所用鸡蛋蛋白水样液体积V=27.9 mL、质量m=32.4 g。实验所测定是盐析法得到的卵白蛋白在鸡蛋清中的含量W计算公式[7-8]为
通过计算,可得盐析法提取出的卵白蛋白质量占鸡蛋清水样液质量分数为0.556%，回收率为9.36%。文献[1]报道的蛋清卵白蛋白质量分数为5.94%左右,盐析法回收率为10%[8]左右。本实验回收率的实验误差为6.4%,误差原因可能是实验误差或者实验盐析得到的蛋白质并不完全是卵白蛋白造成。
诚然传统蛋清卵白蛋白产率测定实验操作经典,测量数值可靠,但由于时间与空间限制,传统实验无法做到实验者一人一台实验仪器,也无法利用课余时间进行实验。本实验设计新颖,原料廉价易得,操作便捷快速,器具简单微型且可替换性强,测量工具是生活必备的手机,可在空闲时做实验。化学实验的一个重要特点是让学生获得更多的探索体验,本实验利用生活中的物品自制实验器材,给学生起到创新启示作用。
E-mail：***************.cn
【相关文献】
[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] 杨天林,杨文远,倪刚. 改革实验教学,走绿色化学之路:以无机化学实验教学为例[J].实验技术与管理,2012，29(4):17-20.
[6] 李凡生,余小英. 基于演示实验教具自制的师范生课程资源开发能力的培养:以物理专业为例[J].教育探索,2011,29(8):97-98.
[7] 宋宏新,李敏康.现代生物化学实验技术教程[M].西安:陕西人民出版社,2002.
[8] 傅冰,季秀玲,俞汇颖,等. 盐析法快速分离鸡蛋清卵白蛋白[J].江苏农业科学,2013,41(6):229-230.
[9] 曹干林,肖超斌. 蛋白质盐析的实验探究[J].化学教育,2008(6):59,68.
[10] 郑跃,丁伟. 蛋白质盐析实验条件的探究[J].化学教学,2012(6):49-50.
[11] 陈虹,张建海. 鸡蛋品质分析与研究[J].黑龙江畜牧兽医,2011(22):41-44.
[12] 祝振鑫,吴立明,胡晓珺. 用鸡蛋清中的卵清蛋白测定常用超滤膜的切割分子量[J].膜科学与技术,1999(5):44-50.
[13] 傅冰,俞汇颖,魏云林,等. 鸡蛋清中3种蛋白质的连续化提取工艺初步研究[J].广东农业科学,2013(1):92-95.
2023年12月14日发(作者：国雪松)
利用智能手机传感器测定蛋清盐析法提取卵白蛋白产率
刘琳琳;马青;杨天林
【摘 要】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 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.%利用智能手机光线传感器及相关软件对传统紫外分光光度法测浓度实验进行改造,通过测量溶液透过光的光照度得到蛋清盐析制取的卵白蛋白浓度,计算得出蛋清盐析法制取卵白蛋白产率为9.36%,与传统测量数值相差不大,可作为本科生实验.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2016(033)012
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】化学实验;卵白蛋白;手机传感器
【作 者】刘琳琳;马青;杨天林 【作者单位】宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021;宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021;宁夏大学 化学化工学院,宁夏 银川 750021
【正文语种】中 文
【中图分类】TS253.2;O6-339
鸡蛋清中蛋白质含量约为11% ,除不溶性的卵黏蛋白外,均为可溶性蛋白质。溶菌酶、卵白蛋白和卵铁传递蛋白是蛋清中主要的3种生物活性蛋白,其中卵白蛋白约占蛋清蛋白的54%[1]。卵白蛋白具有许多功能特性。Franco等[2]人证明:卵白蛋白泡沫能够提供比乳化剂更高的屈服应力,可用于泡沫干燥工艺升级；Tang等[3]人研究得出:可以在卵白蛋白水解物的固定化脂质体中提取分离的抗菌肽；Aarestrup等[4]将蛋清卵白蛋白作为诱导哮喘特异性过敏原,帮助抗哮喘药物的研究。鸡蛋作为卵白蛋白的最大廉价来源,如何快速灵活地提取蛋清中卵白蛋白并计算产量有着重要意义。传统的膜切割法、双缩脲法、紫外分光光度计法测盐析后蛋清蛋白回收率均有不同程度的缺陷,较陈旧,且难以便捷、廉价地适用于所有情景中。
采用微型化学实验技术,可减少试剂用量和实验时间,可以定量计算实验结果,利于强化学生的操作能力、培养创新思维和环保意识[5]。为方便实验操作与管理,本实验对本科生的传统紫外分光光度法测浓度实验进行微型化改造,在采用硫酸铵盐析对鸡蛋清中的卵白蛋白进行快速初步分离后,以普及度较高但尚未应用在理科实验方面的智能手机为测量仪器,配合相关软件对蛋清卵白蛋白回收率测定,为高等院校校本化创新实验开发提供案例。
1.1 器具与试剂
试剂：新鲜鸡蛋,购自超市；牛血清白蛋白(BSA)(分析纯),上海晶纯生化科技股份有限公司生产；硫酸铵晶体(分析纯),上海晶纯生化科技股份有限公司生产；生理盐水,购自药店。 器具：离心机；365 nm紫外手电,购自超市；智能手机(本案例选用三星Galaxy
S4)；2.5 mL注射器,购自药店；30 mL注射器,购自药店；比色皿,晔辉仪器专业生产；硬纸板,平时收集；双层灭菌纱布,质量密度100 g/m2,衡阳绝缘材料总厂生产；光强测量软件,网上下载(本案例使用Luxmeter with graph软件)；手机录屏软件,网上下载(本案例使用拍大师)。
1.2.1 实验器材制作
实验器材要求制作简单、性能可靠、易于操作[6]、廉价易得。本次实验以365
nm紫外手电为光源，照射待测溶液,为了避免其他光线干扰,以黑色不透明硬纸板制作比色皿盛放工具,构成手机传感器-比色皿-紫外光源之间的密闭不透光空间,不再需要很贵的滤光片。按比色皿大小制作长方体带盖纸盒,并按图1(a)示位置剪2个圆孔,再将直径略大于圆孔的短圆纸管粘于一个圆孔处制成如图1(b)所示的比色皿暗盒。
1.2.2 标准白蛋白溶液
称取50 mg牛血清蛋白置于烧杯中,并用少量生理盐水溶解,而后转移至50 mL容量瓶，并以生理盐水稀释至刻度；最后分别用生理盐水稀释至0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L,见表1。
1.2.3 实验原理
(1) 盐析法:蛋白质在稀盐溶液中溶解度随着盐浓度增加而增大,溶液中盐的浓度增加到一定数值时,蛋白质溶解度将逐渐下降,直到蛋白质析出即盐析。盐析会导致蛋白质分子表面电荷被中和,水化膜被破坏,最终蛋白质分子间相互聚集并从溶液中析出,而卵白蛋白在硫酸铵溶液浓度近饱和时才会析出。
(2) 测定原理:以同一光源照射不同浓度的卵白蛋白溶液,溶液透过光的光强与卵白蛋白浓度成反比[7-8]。
1.2.4 实验装置 实验装置见图2。
1.3 实验步骤
1.3.1 BSA蛋白标准液在 365 nm波长处透光强度
(1) 打开手机录屏软件选择录屏功能,录制屏幕。
(2) 依次测量生理盐水和0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L标准溶液透光能力。待测液加入比色皿后,将比色皿装于自制不透光暗盒,暗盒尾端圆筒与手机光线传感器元件紧密贴合,打开紫外光手电并贴合暗盒前侧圆孔照明,打开软件测量其透光能力,测量界面如图3所示,记录稳定后读数,每次更换待测液时选择“测量暂停”,恢复实验时点击“测量继续”。测量结果如图4所示,回归曲线：y=-0.624 86x+3.908 7,
R2=0.994 69,相关性良好。
1.3.2 蛋清中卵白蛋白分离
(1) 用双层灭菌纱布过滤一个鸡蛋的蛋清得到水样成分之后,用30 mL注射器测量水样成分的体积V,称质量m。用2.5 mL注射器吸取水样成分2.5 mL置于小烧杯,加入生理盐水2.5 mL,充分搅拌,搅拌剧烈程度以不起泡为准,得到稀释液 。
(2) 向稀释液中逐滴加入饱和硫酸铵溶液5 mL(边加边搅拌,注意不要使鸡蛋清溶液起泡),静置10 min,3 000 r/min离心10 min,弃沉淀,取上清液。
(3) 在上清液中缓慢多次加入烘干研磨成粉末的硫酸铵颗粒,充分搅拌,使加入粉末溶解,至不能再溶解硫酸铵为止,静置过夜,3 000 r/min离心10 min,收集沉淀并用50 mL生理盐水溶解。
1.3.3 蛋清制取卵白蛋白浓度测定
(1) 2.5 mL注射器吸取上述样品加入比色皿,将比色皿装于自制不透光比色皿暗盒中,使暗盒尾端圆筒与手机光线传感器元件紧密贴合,打开紫外光手电并贴合槽前侧开口照明,打开软件测量其透光能力,记录稳定后读数。
(2) 比对图4,找出对应浓度c1。 (3) 以上步骤重复4次,测得c2、c3、c4、c5[7-13]。
1.4 数据处理
将实验测得的待测溶液透过光照度代入图4标准曲线中查出对应浓度，结果见表2。
测得实验所用鸡蛋蛋白水样液体积V=27.9 mL、质量m=32.4 g。实验所测定是盐析法得到的卵白蛋白在鸡蛋清中的含量W计算公式[7-8]为
通过计算,可得盐析法提取出的卵白蛋白质量占鸡蛋清水样液质量分数为0.556%，回收率为9.36%。文献[1]报道的蛋清卵白蛋白质量分数为5.94%左右,盐析法回收率为10%[8]左右。本实验回收率的实验误差为6.4%,误差原因可能是实验误差或者实验盐析得到的蛋白质并不完全是卵白蛋白造成。
诚然传统蛋清卵白蛋白产率测定实验操作经典,测量数值可靠,但由于时间与空间限制,传统实验无法做到实验者一人一台实验仪器,也无法利用课余时间进行实验。本实验设计新颖,原料廉价易得,操作便捷快速,器具简单微型且可替换性强,测量工具是生活必备的手机,可在空闲时做实验。化学实验的一个重要特点是让学生获得更多的探索体验,本实验利用生活中的物品自制实验器材,给学生起到创新启示作用。
E-mail：***************.cn
【相关文献】
[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
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[5] 杨天林,杨文远,倪刚. 改革实验教学,走绿色化学之路:以无机化学实验教学为例[J].实验技术与管理,2012，29(4):17-20.
[6] 李凡生,余小英. 基于演示实验教具自制的师范生课程资源开发能力的培养:以物理专业为例[J].教育探索,2011,29(8):97-98.
[7] 宋宏新,李敏康.现代生物化学实验技术教程[M].西安:陕西人民出版社,2002.
[8] 傅冰,季秀玲,俞汇颖,等. 盐析法快速分离鸡蛋清卵白蛋白[J].江苏农业科学,2013,41(6):229-230.
[9] 曹干林,肖超斌. 蛋白质盐析的实验探究[J].化学教育,2008(6):59,68.
[10] 郑跃,丁伟. 蛋白质盐析实验条件的探究[J].化学教学,2012(6):49-50.
[11] 陈虹,张建海. 鸡蛋品质分析与研究[J].黑龙江畜牧兽医,2011(22):41-44.
[12] 祝振鑫,吴立明,胡晓珺. 用鸡蛋清中的卵清蛋白测定常用超滤膜的切割分子量[J].膜科学与技术,1999(5):44-50.
[13] 傅冰,俞汇颖,魏云林,等. 鸡蛋清中3种蛋白质的连续化提取工艺初步研究[J].广东农业科学,2013(1):92-95.