蛋白质氨基酸含量的测定

第十章蛋白质和氨基酸的测定概述凯氏定氮法蛋白质的快速测定法氨基酸总量的测定氨基酸的分离与测定1概述①蛋白质是生命的物质基础，是构成生物体细胞组织的重要成分，是生物体发育及修补组织的原料，一切有生命的活体都含有不同类型的蛋白质。②人体的酸碱平衡、水平衡的维持；③遗传信息的传递；④物质的代谢及转运都与蛋白质有关；⑤人及动物只能从食品得到蛋白质及其分解产物，来构成自身的蛋白质，是人体重要的营养物质；⑥食品的重要营养指标。（1）蛋白质的生理功用及在食品中的作用(2)食品中的蛋白质含量在各种不同的食品中蛋白质的含量各不相同，一般说来动物性食品的蛋白质含量高于植物性食品，例如牛肉中蛋白质含量为20.0%左右，猪肉中为9.5%，兔肉为21%，鸡肉为20%，牛乳为3.5%黄鱼为17.0%，带鱼为18.0%，大豆为40%，稻米为8.5%，面粉为9.9%，菠菜为2.4%，黄瓜为1.0%，桃为0.8%，柑橘为0.9%，苹果为0.4%和油菜为1.5%左右。测定食品中蛋白质的含量，对于评价食品的营养价值、合理开发利用食品资源、提高产品质量、优化食品配方、指导经济核算及生产过程控制均具有极重要的意义。（3）蛋白质系数蛋白质是复杂的含氮有机化合物，分子量很大，大部分高达数万~数百万，分子的长轴则长数nm~100nm,它们由20种氨基酸通过酰胺键以一定的方式结合起来，并具有一定的空间结构，所含的主要化学元素为C、H、O、N,在某些蛋白质中还含有微量的P、Cu、Fe、I等元素，但含氮则是蛋白质区别其他有机化合物的主要标志。不同的蛋白质其氨基酸构成比例及方式不同，故各种不同的蛋白质其含氮量也不同，一般蛋白质含氮量为16%，即一份氮素相当于6.25份蛋白质，此数值（6.25）称为蛋白质系数。不同种类食品的蛋白质系数有所不同，如玉米，荞麦，青豆，鸡蛋等为6.25，花生为5.46，大米为5.95，大豆及其制品为5.71，小麦粉为5.70，牛乳及其制品为6.38。（4）蛋白质水解在构成蛋白质的氨基酸中，亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸等8种氨基酸在人体内不能合成，必须依靠食品提供，故被称为必需氨基酸，它们对人体有极其重要的生理作用。蛋白质胨肽氨基酸（5）蛋白质测定方法测定蛋白质的方法一类是利用蛋白质的共性，即含氮量、肽键和折射率测定蛋白质含量；另一类是利用蛋白质中特定基团（氨基酸残基、酸性和碱性基团以及芳香基团等）测定蛋白质含量。蛋白质含量测定最常用的方法是凯氏定氮法：是通过测出样品中的总含氮量再乘以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量，由于样品中含有少量非蛋白质含氮化合物，故此法的结果称为粗蛋白质含量。方法简便快速，故多用于生产单位质量控制分析。凯氏定氮法双缩脲法染料结合法酚试剂法紫外分光光度法水扬酸比色法折光法旋光法近红外光谱法蛋白质的测定，目前多采用将蛋白质消化，测定其含氮量，再换算为蛋白质含量的凯氏定氮法。不同食品的蛋白质系数有所不同。凯氏定氮法可用于所有动物性、植物性食品的蛋白质含量测定，但因样品中常含有核酸、生物碱、含氮类脂、卟啉以及含氮色素等非蛋白质的含氮化合物，故通常将测定结果称为粗蛋白质。2凯氏定氮法凯氏定氮法：常量法、微量法、半微量及经改进后的改良凯氏定氮法微量凯氏定氮法样品质量及试剂用量较少，且有一套微量凯氏定氮器。目前通用以硫酸铜作催化剂的常量、半微量、微量凯氏定氮法。在凯氏法改良中主要的问题是，氮化合物中氮的完全氨化问题及缩短时间、简化操作的问题，即分解试样所用的催化剂。主要学习(1)原理样品与浓硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，其中碳和氢被氧化为二氧化碳和水逸出，而样品中的有机氮转化为氨与硫酸结合成硫酸铵。然后加碱蒸馏，使氨蒸出，用硼酸吸收后再以标准盐酸或硫酸溶液滴定。根据标准酸消耗量可计算出蛋白质的含量。2.1常量凯氏定氮法常量凯氏定氮法、微量凯氏定氮法的原理、测定方法及操作技能，要求同学们能组装仪器，能独立进行实验。消化反应方程式如下：使有机物脱水后被炭化为碳、氢、氮。，将有机物炭化后的碳化为二氧化碳，硫酸则被还原成二氧化硫2H2SO4＋C＝2SO2＋2H2O＋CO2二氧化硫使氮还原为氨，本身则被氧化为三氧化硫，氨随之与硫酸作用生成硫酸铵留在酸性溶液中。①样品消化2NH2(CH)2COOH＋13H2SO4＝(NH4)2SO4＋6CO2＋12SO2＋16H2O浓硫酸具有脱水性浓硫酸又具有氧化性H2SO4＋2NH3＝(NH4)2SO4在消化完全的样品溶液中加入浓氢氧化钠使呈碱性，加热蒸馏，即可释放出氨气，反应方程式：加热蒸馏所放出的氨，可用硼酸溶液进行吸收，待吸收完全后，再用盐酸标准溶液滴定，因硼酸呈微弱酸性（k＝5.8×10-10），用酸滴定不影响指示剂的变色反应，但它有吸收氨的作用，吸收及滴定的反应方程式：②蒸馏③吸收与滴定2NaOH＋(NH4)2SO4＝2NH3↓＋Na2SO4＋2H2O2NH3+4H3BO3=(NH4)2B4O7+5H2O(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O=2NH4Cl+4H3BO3各类食品中蛋白质含量测定①硫酸铜；②硫酸钾；③硫酸；④40g∕L硼酸溶液：⑤混合指示剂：1g∕L甲基红乙醇溶液与1g∕L甲基蓝乙醇溶液，临用时按2：1的比例混合。或者1g∕L甲基红乙醇溶液与1g∕L溴甲酚绿乙醇溶液，临用时按1：5的比例混合；⑥400g∕L氢氧化钠；⑦0.1mol∕L盐酸标准溶液(2)适用范围(3)仪器(4)试剂①500ml凯氏烧瓶②定氮蒸馏装置样品消化蒸馏、吸收滴定(5)操作步骤(6)测定方法准确称取均匀的固体样品0.5～3g,或半固体样品2～5g,或吸取溶液样品15～25ml。小心移入干燥的凯氏烧瓶中(勿粘附在瓶壁上)。加入0.5～1g硫酸铜、10g硫酸钾及25ml浓硫酸，小心摇匀后，于瓶口置一小漏斗，瓶颈45°角倾斜置电炉上，在通风橱内加热消化（若无通风橱可于瓶口倒插入一口径适宜的干燥管，用胶管与水力真空管相连接，利用水力抽除消化过程所产生的烟气）。先以小火缓慢加热，待内容物完全炭化、泡沫消失后，加大火力消化至溶液呈蓝绿色。取下漏斗，继续加热0.5h，冷却至室温。①样品消化②蒸馏、吸收冷凝管下端浸入接受瓶液面之下（瓶内预先装有50ml40g∕L硼酸溶液及混合指示剂5~6滴）。按图装好蒸馏装置凯氏烧瓶内加入100ml蒸馏水、玻璃珠数粒，从安全漏斗中慢慢加入70ml400g/L氢氧化钠，溶液应呈蓝褐色。不要摇动，将定氮球连接好。用直火加热蒸馏30min，将蒸馏装置出口离开液面继续蒸馏1min，用蒸馏水淋洗尖端后停止蒸馏。③滴定将接受瓶内的硼酸液用0.1mol/L盐酸标准溶液滴定至终点。同时做一试剂空白（除不加样品，从消化开始操作完全相同）。式中：W—蛋白质的质量分数，%；c—盐酸标准液的浓度，mol/L；V1—空白滴定消耗标准液量，mL；V2—试剂滴定消耗标准液量，mL；m—样品质量，g；0.014—氮的毫摩尔质量，g/mmol；F—蛋白质系数。100014.0)(12mFVVcW(7)结果计算2.2微量凯氏定氮法微量凯氏定氮法的原理与操作方法，与常量法基本相同，所不同的是样品质量及试剂用量较少，且有一套适于微量测定的定型仪器——微量凯氏定氮器。(1)原理①100ml凯氏烧瓶。②微量凯氏定氮器。(2)仪器①20g/L硼酸溶液。②400g/L氢氧化钠。③1g/L甲基红乙醇溶液与1g/L溴甲酚绿乙醇溶液，临用时按1：5混合。④0.01000mol/L盐酸标准溶液⑤其他试剂同常量法。(3)试剂：样品消化步骤同常量法。将消化完全的消化液冷却后，完全转入100mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀。(4)测定方法①样品消化②蒸馏按图安装好微量定氮蒸馏装置。于水蒸气发生瓶内装水至2/3容积处，加甲基橙指示剂数滴及硫酸数毫升，以保持水呈酸性，加入数粒玻璃珠，加热煮沸水蒸气发生瓶内的水。在接受瓶内加入10mL40g/L硼酸及2滴混合指示剂，将冷凝管下端插入液面以下。吸取10.00ml样品消化稀释液，由进样漏斗进入反应室，以少量水冲洗进样漏斗，并流入反应室。再从进样口加入10ml400g/L氢氧化钠溶液的使呈强碱性，用少量蒸馏水洗漏斗数次，盖塞，进行水蒸气蒸馏。冷凝管下端预先插入盛有10mL4%（或2%)）硼酸吸收液液面下。蒸馏至吸收液中所加的混合指示剂变为绿色开始记时，继续蒸馏10min后，将冷凝管尖端提离液面再蒸馏1min，用蒸馏水冲洗冷凝管尖端后停止蒸馏。：取下接受瓶，以0.01000mol/L盐酸标准溶液滴定至微红色为终点。③滴定式中:W—蛋白质的质量分数，%；V0—滴定空白蒸馏液消耗盐酸标准液体积，mL；V1—滴定样品蒸馏液消耗盐酸标准液体积，mL；V2—蒸馏时吸取样品稀释液体积，mL；C—盐酸标准液的浓度，mol/L；0.014—氮的毫摩尔质量，g/mmol；F—蛋白质系数；m—样品质量，g。%100100014.0)(201VmFcVVW(4)结果计算2.3样品的分解条件（1）K2SO4或Na2SO4：提高溶液的沸点：CuSO4C＋2CuSO4→Cu2SO4＋SO2↑＋CO2↑Cu2SO4＋2H2SO4→2CuSO4＋2H2O＋SO2↑氧化汞和汞良好的催化剂，但剧毒；硒粉（3）氧化剂过氧化氢（2）催化剂硫酸钾加入硫酸钾可以提高溶液的沸点而加快有机物的分解，它与硫酸钾作用生成硫酸氢钾可提高反应温度一般纯硫酸的沸点在3400C左右，而添加硫酸钾后，可使温度提高到4000C以上，原因主要在于随着消化过程中硫酸不断地被分解，水分不断逸出而使硫酸钾浓度增大，故沸点升高，其反应式：K2SO4+H2SO4=2KHSO42KHSO4=K2SO4+H2O↑+SO2但硫酸钾加入量不能太大，否则消化体系温度过高，又会引起已生成的铵盐发生热分解而造成损失：（NH4）2SO4=NH3↑+(NH4)HSO42(NH4)HSO4=2NH3↑+2SO3↑+2H2O除硫酸钾外也可加入硫酸钠，氯化钾等盐类来提高沸点，但效果不如硫酸钾。硫酸铜CuSO4①催化剂2CuSO4=Cu2SO4+SO2↑+O2C+2CuSO4=Cu2SO4+SO2↑+O2↑Cu2SO4+2H2SO4=2CuSO4+2H2O+SO2↑此反应不断进行，待有机物被消化完后，不再有硫酸亚铜（褐色）生成，溶液呈现清澈的蓝绿色。②可以指示消化终点的到达。③下一步蒸馏时作为碱性反应的指示剂。作用（1）所用试剂应用无氨蒸馏水配制。（2）消化过程应注意转动凯氏烧瓶，利用冷凝酸液将附在瓶壁上的炭粒冲下，以促进消化完全。（3）若样品含脂肪或糖较多时，应注意发生的大量泡沫，加少量辛醇或液体石蜡，或硅消泡剂，防止其溢出瓶外，并注意适当控制热源强度。（4）若样品消化液不易澄清透明，可将凯氏烧瓶冷却，加入300g/L2~3ml过氧化氢后再加热。2.4注意事项（5）硫酸铜起到催化作用，加速氧化分解。硫酸铜也是蒸馏时样品液碱化的指示剂，若所加碱量不足，分解液呈蓝色不生成氢氧化铜沉淀，需再增加氢氧化钠用量。（6）若取样量较大，如干试样超过5g，可按每克试样5ml的比例增加硫酸用量。（7）消化时间一般约4小时左右即可，消化时间过长会引起氨的损失。一般消化至透明后，继续消化30min即可，但当含有特别难以氨化的氮化合物的样品，如含赖氨酸或组氨酸时，消化时间需适当延长，因为这两种氨基酸中的氮在短时间内不易消化完全，往往导致总氮量偏低。有机物如分解完全，分解液呈蓝色或浅绿色。但含铁量多时，呈较深绿色。（8）蒸馏过程应注意接头处无现象，蒸馏完毕，先将蒸馏出口离开液面，继续蒸馏1min，将附着在尖端的吸收液完全洗入吸收瓶内，再将吸收瓶移开，最后关闭电源，绝不能先关闭电源，否则吸收液将发生倒吸。（9）不应超过40°C，否则氨吸收减弱，造成损失，可置于冷水浴中。（10）混合指示剂在碱性溶液中呈，在中性溶液中呈，在酸性溶液中呈。松漏硼酸吸收液的温度绿色灰色红色蛋白质可以被酶、酸或碱水解，其水解的最终产物为氨基酸。氨基酸是构成蛋白质的最基本物质，虽然从各