微量凯氏定氮法测定蛋白质含量
姓名:葛照硕
【摘要】蛋白质(protein)是生命的物质基础,是构成细胞的基本有机物,是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。蛋白质是食品中重要的营养指标。各种不同的食品中蛋白质的含量各不相同,一般说动物性食品的蛋白质含量高于植物性食品,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。
本实验采用微量凯氏定氮法测定蛋白质含量。
【关键词】微量凯氏定氮法 微量凯氏定氮仪 蛋白质含量
一、 前言
1、蛋白质含量测量方法
从查阅的资料来看,目前测定蛋白质含量常用的方法有凯氏定氮法、双缩脲法(Biuret)、紫外吸收法、考马斯亮蓝法( Bradford)、Folin酚试剂法。 凯氏定氮法
蛋白质是含氮的有机化合物。食品与硫酸和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离,用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,即为蛋白质含量。
天然有机物的含氮量常用微量凯氏定氮法来测定。生物材料的含氮化合物分析测定主要是指蛋白质,核酸的含量通常是用定磷法或别的方法测定。蛋白质的含氮量几乎是恒定的,约在15~16 %之间。由于蛋白质含氮量比较恒定,可由其氮量计算蛋白质含量,故此法是经典的蛋白质定量方法。 双缩脲法(Biuret)
双缩脲(NH3CONHCONH3 ) 是两个分子脲经180 ℃左右加热,放出一个分子氨后得到的产物。在强碱性溶液中,双缩脲与CuSO4 形成紫色络合物,称为双缩脲反应。凡具有两个酰胺基或两个直接连接的肽键,或能够以一个中间碳原子相连的肽键,这类化合物都有双缩脲反应。紫色络合物颜色的深浅与蛋白质浓度成正比,而与蛋白质分子量及氨基酸成分无关,故可用来测定蛋白质含量。 Folin酚试剂法
Folin-酚试剂法测定蛋白质含量是双缩脲法的发民,所用的试剂是由两部分组成的。第一部分相当于双缩脲试剂,第二部分为Folin-酚试剂(磷钨酸和磷钼酸混合液)。因此,反应的程序也是分两步进行的。第一步相当于双缩脲反应,在碱性条件下蛋白质中的肽键与Cu2+作用生成络合物;第二步是基于Folin试剂(磷钼酸和磷钨酸试剂)在碱性条件下极不稳定,易被酚类化合物还原生成钼蓝和钨
蓝混合物 (呈蓝色反应)。由于蛋白质中含有带酚羟基的酪氨酸,故有此呈色反应。而且溶液颜色的深浅与蛋白质的含量成正比关系。此法也适用于测定酪氨酸和色氨酸的含量。本法可测定范围是25—250μg 考马斯亮蓝法( Bradford)
Bradford 法是根据蛋白质与染料相结合的原理设计的。考马斯亮蓝是一种有机染料,在游离状态下呈红色,在稀酸溶液中与蛋白质的碱性氨基酸( 特别是精氨酸)和芳香族氨基酸残基结合后变为蓝色,其最大吸收波长从465 nm 变为595 nm, 蛋白质在1~1 000 μg 范围内, 蛋白质-色素结合物在595 nm波长下的吸光度与蛋白质含量成正比,故可用于蛋白质的定量测定。 紫外吸收法
蛋白质分子中,酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸残基的苯环含有共轭双键,使蛋白质具有吸收紫外光的性质,吸收峰在280nm 处,其吸光度(即光密度值) 与蛋白质含量成正比。此外,蛋白质溶液在238nm 的光吸收值与肽键含量成正比。利用一定波长下,蛋白质溶液的光吸收值与蛋白质浓度的正比关系,可以进行蛋白质含量的测定。
2、凯氏定氮仪
凯氏定氮仪是根据蛋白质中氮的含量恒定的原理,通过测定样品中氮的含量从而计算蛋白质含量的仪器。因其蛋白质含量测量计算的方法叫做凯氏定氮法,故被称为凯氏定氮仪,又名定氮仪、蛋白质测定仪、粗蛋白测定仪。
图1 改良式凯氏定氮仪
1,2,3 弹簧夹,4 加样漏斗,5 进气口,6 反应室,7 夹套,8 冷凝管,9 出水
口,10 进水口
二、 实验目的
1、学习微量凯氏定氮法的原理。
2
、掌握微量凯氏定氮法的操作技术(未知样品的消化、蒸馏、滴定及其含氮量
的计算等)。
三、 实验原理
当被测的天然含氮有机物与浓硫酸共热时,其中的碳、氢元素转变成CO2和H2O,而氮元素转变成氨,并进一步与硫酸反应生成硫酸铵,此过程称为“消化”。消化时分解反应进行得很慢,需要加入硫酸钾以提高沸点(可由290℃提高到400℃),加入硫酸铜作为催化剂(其他氧化剂如H2O2也可)。消化完成后,在凯氏定氮仪中加入强碱碱化消化液,使硫酸铵分解放出氨。用水蒸气蒸馏法,将氨蒸入过量标准无机酸(硼酸)溶液中,然后用标准盐酸溶液进行滴定,从而计算出含氮量。以甘氨酸为例,该过程的化学反应如下:
本法适用范围为0.2~1.0 mg氮,相对误差小于±2%。
四、 实验材料与试剂
(1)实验材料:
食用面粉 (2)实验试剂:
浓硫酸
30%氢氧化钠溶液 克氏催化剂 2%硼酸 指示剂 0.01M HCL (3)器材:
改良式微量凯氏定氮仪 消化炉 消化管 铁架台 电子天平 50 ml容量瓶
锥形瓶 表面皿 移液管 量筒
酸式滴定管 酒精灯
五、 操作步骤与现象
消化:
准确称取1克食用面粉,用称量纸卷好小心送入至50毫升的凯氏烧瓶底部,切勿沾于瓶口或瓶颈上。向另一烧瓶加入1ml水作空白对照。
在每个烧瓶内加入硫酸钾—硫酸铜混合物(克氏催化剂)少许,浓硫酸10ml,小瓷片两粒,摇匀。将烧瓶约60度角固定在铁架上,每个瓶口放一小漏斗,在通风厨内的电炉上消化。
在消化开始时,应控制火力,不要使液体冲到瓶颈。待瓶内水汽蒸完,硫酸开始分解并放出SO2白烟后,适当加强火力,继续消化,直至消化液呈透明绿色为止。消化完毕,待烧瓶内容物冷却后,加蒸馏水10ml(注意慢加,边加边摇)。冷却后将瓶内容物转入100ml的容量瓶中,并用蒸馏水洗烧瓶数次,溶液一并倒入容量瓶,最后定容至刻度摇匀,做上记号备用。 蒸馏:
洗涤仪器,蒸馏器洗净后,开放水龙头P3,使水进入A室,水放至A
室球
部即可。取3个50ml的锥形瓶,各准确加入10ml硼酸(内加有混合指示剂)。用表面皿复盖备用。
加样:用吸量管吸取1ml消化液,细心地由漏斗D倾入蒸馏室,再用蒸馏水1毫升清洗漏斗。取一个盛有硼酸—混合指示剂的锥形瓶,置于M管下,使管口恰好接触硼酸溶液,用量筒从漏斗D加入30%氢氧化钠5ml,随即将P4夹紧,并往漏斗加入少量蒸馏水封闭。
蒸馏:用酒精灯加热(应用挡风板将灯围拢,维持火力恒定,沸腾不可高于Y管口以免A室溶液从Y管倒吸,待第一滴蒸馏液从冷凝柱F顶端滴下时起,继续蒸3-5分钟,然后将锥形瓶放低,使导管离开液面再蒸2分钟,最后用蒸馏水洗导管外壁,蒸馏完毕,取下锥形瓶,随即将蒸馏器洗净。)
样品及空白蒸馏:用吸量管分别吸取1ml样品和1ml空白按上述操作步骤进行蒸馏。 滴定:
蒸馏完毕,用微量酸式滴定管,以0.01mol/L 盐酸标准溶液进行滴定锥瓶内溶液,溶液由蓝绿色变为淡紫色或灰色,即为终点。记录所用盐酸的量。
六、 注意事项
(1)本法适用于0.05-3.0mg氮,样品中含氮量过高时,则应减少取样量或将样液稀释。 (2)勿使样品粘于烧瓶颈部。放置液体样品时,需将吸管插至烧瓶底部再放样:如固体样品,可将样品卷在纸内,平插入烧瓶底部,然后再将烧瓶直起,纸卷内的样品即完全放在烧瓶底部。
(3)消化之前检查凯氏定氮仪的气密性良好,后用蒸馏水清洗凯氏定氮仪,要充分清洗。
(4)消化过程中,消化的时间应该充分,确保消化完全,消化至溶液呈现透明的浅蓝色;加碱液后要迅速关闭进样口,防止反应放出的氨气逸出;火焰的温度要适当,太小加热过慢,太大容易导致溶液暴沸甚至从进气口溢出;用硼酸封住蒸馏管口,防止氨气逸出;加热应保持均衡,冷凝水流速控制均衡,防止出现倒吸。
(5)消化后要将液体充分冷却,定容到容量瓶中备用。
(6)收集完氨气后,应用蒸馏水将蒸馏管口清洗,以收集在管壁残余的氨气。 (7)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,最后移开酒精灯,绝不能先灭灯,否则吸收液将发生倒吸。
(8)滴定的时候,要控制滴定的速度由快到慢,准确判断滴定终点。
(9)硼酸吸收液的温度不应超过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兰绿色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈红色。
七、 数据处理
计算:
(A(B)0.010014 样品的总氮含量(克氮%)100
C1000
若测定的样品含氮量部分只是蛋白质则:
(AB)0.0100146.25
100样品的总蛋白含量(克蛋白%)=
C1000
A为滴定样品用去的盐酸平均毫升数; B为滴定空白用去的盐酸平均毫升数;
C为称量样品的克数:0.0100为盐酸的当量浓度(实际上,此项应按实验中使用盐酸的实际浓度填写); 14为氮的原子量;
6.25为常数(1毫升0.1N盐酸相当于0.14毫克氮)。 实验数据:
两次滴定中V的平均值是12.10mL,代入计算公式: 总氮量=15.82%
八、 分析与思考
1、写出一下各步的化学反应方程式:
蛋白质的消化: 含氮有机物+HSOCO+SO+HO+NH
24 2223
氨的蒸馏: (NH4)2SO42NaOHNa2SO42NH4OH
NHOHHONH342
氨的滴定: NH3H3BO3NH4H2BO3NH4H2BO3HCLNH4CLH3BO3
2、分析凯氏定氮法测定样品蛋白质含量时误差的原因
答:凯氏定氮仪测定蛋白质含量的误差来源可能是样品、催化剂种类和用量、消化的时间、加碱液后的操作、蒸馏加热、清洗凯氏定氮仪的过程、凯氏定氮仪的
气密性、氨气是否完全蒸馏出来;硼酸是否封住蒸馏管口、试剂的准确性、滴定终点的判断、滴定盐酸的浓度准确性等。
九、 参考文献及致谢
感谢组员刘振宇的默契配合,老师的详细授课及助教的帮助。 参考文献:
(1)道客巴巴 《实验八——凯氏定氮法》ppt (2)《生物化学实验》上海交通大学出版社 主编:丛峰松 (3)老师的ppt
微量凯氏定氮法测定蛋白质含量
姓名:葛照硕
【摘要】蛋白质(protein)是生命的物质基础,是构成细胞的基本有机物,是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。蛋白质是食品中重要的营养指标。各种不同的食品中蛋白质的含量各不相同,一般说动物性食品的蛋白质含量高于植物性食品,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。
本实验采用微量凯氏定氮法测定蛋白质含量。
【关键词】微量凯氏定氮法 微量凯氏定氮仪 蛋白质含量
一、 前言
1、蛋白质含量测量方法
从查阅的资料来看,目前测定蛋白质含量常用的方法有凯氏定氮法、双缩脲法(Biuret)、紫外吸收法、考马斯亮蓝法( Bradford)、Folin酚试剂法。 凯氏定氮法
蛋白质是含氮的有机化合物。食品与硫酸和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离,用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,即为蛋白质含量。
天然有机物的含氮量常用微量凯氏定氮法来测定。生物材料的含氮化合物分析测定主要是指蛋白质,核酸的含量通常是用定磷法或别的方法测定。蛋白质的含氮量几乎是恒定的,约在15~16 %之间。由于蛋白质含氮量比较恒定,可由其氮量计算蛋白质含量,故此法是经典的蛋白质定量方法。 双缩脲法(Biuret)
双缩脲(NH3CONHCONH3 ) 是两个分子脲经180 ℃左右加热,放出一个分子氨后得到的产物。在强碱性溶液中,双缩脲与CuSO4 形成紫色络合物,称为双缩脲反应。凡具有两个酰胺基或两个直接连接的肽键,或能够以一个中间碳原子相连的肽键,这类化合物都有双缩脲反应。紫色络合物颜色的深浅与蛋白质浓度成正比,而与蛋白质分子量及氨基酸成分无关,故可用来测定蛋白质含量。 Folin酚试剂法
Folin-酚试剂法测定蛋白质含量是双缩脲法的发民,所用的试剂是由两部分组成的。第一部分相当于双缩脲试剂,第二部分为Folin-酚试剂(磷钨酸和磷钼酸混合液)。因此,反应的程序也是分两步进行的。第一步相当于双缩脲反应,在碱性条件下蛋白质中的肽键与Cu2+作用生成络合物;第二步是基于Folin试剂(磷钼酸和磷钨酸试剂)在碱性条件下极不稳定,易被酚类化合物还原生成钼蓝和钨
蓝混合物 (呈蓝色反应)。由于蛋白质中含有带酚羟基的酪氨酸,故有此呈色反应。而且溶液颜色的深浅与蛋白质的含量成正比关系。此法也适用于测定酪氨酸和色氨酸的含量。本法可测定范围是25—250μg 考马斯亮蓝法( Bradford)
Bradford 法是根据蛋白质与染料相结合的原理设计的。考马斯亮蓝是一种有机染料,在游离状态下呈红色,在稀酸溶液中与蛋白质的碱性氨基酸( 特别是精氨酸)和芳香族氨基酸残基结合后变为蓝色,其最大吸收波长从465 nm 变为595 nm, 蛋白质在1~1 000 μg 范围内, 蛋白质-色素结合物在595 nm波长下的吸光度与蛋白质含量成正比,故可用于蛋白质的定量测定。 紫外吸收法
蛋白质分子中,酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸残基的苯环含有共轭双键,使蛋白质具有吸收紫外光的性质,吸收峰在280nm 处,其吸光度(即光密度值) 与蛋白质含量成正比。此外,蛋白质溶液在238nm 的光吸收值与肽键含量成正比。利用一定波长下,蛋白质溶液的光吸收值与蛋白质浓度的正比关系,可以进行蛋白质含量的测定。
2、凯氏定氮仪
凯氏定氮仪是根据蛋白质中氮的含量恒定的原理,通过测定样品中氮的含量从而计算蛋白质含量的仪器。因其蛋白质含量测量计算的方法叫做凯氏定氮法,故被称为凯氏定氮仪,又名定氮仪、蛋白质测定仪、粗蛋白测定仪。
图1 改良式凯氏定氮仪
1,2,3 弹簧夹,4 加样漏斗,5 进气口,6 反应室,7 夹套,8 冷凝管,9 出水
口,10 进水口
二、 实验目的
1、学习微量凯氏定氮法的原理。
2
、掌握微量凯氏定氮法的操作技术(未知样品的消化、蒸馏、滴定及其含氮量
的计算等)。
三、 实验原理
当被测的天然含氮有机物与浓硫酸共热时,其中的碳、氢元素转变成CO2和H2O,而氮元素转变成氨,并进一步与硫酸反应生成硫酸铵,此过程称为“消化”。消化时分解反应进行得很慢,需要加入硫酸钾以提高沸点(可由290℃提高到400℃),加入硫酸铜作为催化剂(其他氧化剂如H2O2也可)。消化完成后,在凯氏定氮仪中加入强碱碱化消化液,使硫酸铵分解放出氨。用水蒸气蒸馏法,将氨蒸入过量标准无机酸(硼酸)溶液中,然后用标准盐酸溶液进行滴定,从而计算出含氮量。以甘氨酸为例,该过程的化学反应如下:
本法适用范围为0.2~1.0 mg氮,相对误差小于±2%。
四、 实验材料与试剂
(1)实验材料:
食用面粉 (2)实验试剂:
浓硫酸
30%氢氧化钠溶液 克氏催化剂 2%硼酸 指示剂 0.01M HCL (3)器材:
改良式微量凯氏定氮仪 消化炉 消化管 铁架台 电子天平 50 ml容量瓶
锥形瓶 表面皿 移液管 量筒
酸式滴定管 酒精灯
五、 操作步骤与现象
消化:
准确称取1克食用面粉,用称量纸卷好小心送入至50毫升的凯氏烧瓶底部,切勿沾于瓶口或瓶颈上。向另一烧瓶加入1ml水作空白对照。
在每个烧瓶内加入硫酸钾—硫酸铜混合物(克氏催化剂)少许,浓硫酸10ml,小瓷片两粒,摇匀。将烧瓶约60度角固定在铁架上,每个瓶口放一小漏斗,在通风厨内的电炉上消化。
在消化开始时,应控制火力,不要使液体冲到瓶颈。待瓶内水汽蒸完,硫酸开始分解并放出SO2白烟后,适当加强火力,继续消化,直至消化液呈透明绿色为止。消化完毕,待烧瓶内容物冷却后,加蒸馏水10ml(注意慢加,边加边摇)。冷却后将瓶内容物转入100ml的容量瓶中,并用蒸馏水洗烧瓶数次,溶液一并倒入容量瓶,最后定容至刻度摇匀,做上记号备用。 蒸馏:
洗涤仪器,蒸馏器洗净后,开放水龙头P3,使水进入A室,水放至A
室球
部即可。取3个50ml的锥形瓶,各准确加入10ml硼酸(内加有混合指示剂)。用表面皿复盖备用。
加样:用吸量管吸取1ml消化液,细心地由漏斗D倾入蒸馏室,再用蒸馏水1毫升清洗漏斗。取一个盛有硼酸—混合指示剂的锥形瓶,置于M管下,使管口恰好接触硼酸溶液,用量筒从漏斗D加入30%氢氧化钠5ml,随即将P4夹紧,并往漏斗加入少量蒸馏水封闭。
蒸馏:用酒精灯加热(应用挡风板将灯围拢,维持火力恒定,沸腾不可高于Y管口以免A室溶液从Y管倒吸,待第一滴蒸馏液从冷凝柱F顶端滴下时起,继续蒸3-5分钟,然后将锥形瓶放低,使导管离开液面再蒸2分钟,最后用蒸馏水洗导管外壁,蒸馏完毕,取下锥形瓶,随即将蒸馏器洗净。)
样品及空白蒸馏:用吸量管分别吸取1ml样品和1ml空白按上述操作步骤进行蒸馏。 滴定:
蒸馏完毕,用微量酸式滴定管,以0.01mol/L 盐酸标准溶液进行滴定锥瓶内溶液,溶液由蓝绿色变为淡紫色或灰色,即为终点。记录所用盐酸的量。
六、 注意事项
(1)本法适用于0.05-3.0mg氮,样品中含氮量过高时,则应减少取样量或将样液稀释。 (2)勿使样品粘于烧瓶颈部。放置液体样品时,需将吸管插至烧瓶底部再放样:如固体样品,可将样品卷在纸内,平插入烧瓶底部,然后再将烧瓶直起,纸卷内的样品即完全放在烧瓶底部。
(3)消化之前检查凯氏定氮仪的气密性良好,后用蒸馏水清洗凯氏定氮仪,要充分清洗。
(4)消化过程中,消化的时间应该充分,确保消化完全,消化至溶液呈现透明的浅蓝色;加碱液后要迅速关闭进样口,防止反应放出的氨气逸出;火焰的温度要适当,太小加热过慢,太大容易导致溶液暴沸甚至从进气口溢出;用硼酸封住蒸馏管口,防止氨气逸出;加热应保持均衡,冷凝水流速控制均衡,防止出现倒吸。
(5)消化后要将液体充分冷却,定容到容量瓶中备用。
(6)收集完氨气后,应用蒸馏水将蒸馏管口清洗,以收集在管壁残余的氨气。 (7)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,最后移开酒精灯,绝不能先灭灯,否则吸收液将发生倒吸。
(8)滴定的时候,要控制滴定的速度由快到慢,准确判断滴定终点。
(9)硼酸吸收液的温度不应超过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兰绿色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈红色。
七、 数据处理
计算:
(A(B)0.010014 样品的总氮含量(克氮%)100
C1000
若测定的样品含氮量部分只是蛋白质则:
(AB)0.0100146.25
100样品的总蛋白含量(克蛋白%)=
C1000
A为滴定样品用去的盐酸平均毫升数; B为滴定空白用去的盐酸平均毫升数;
C为称量样品的克数:0.0100为盐酸的当量浓度(实际上,此项应按实验中使用盐酸的实际浓度填写); 14为氮的原子量;
6.25为常数(1毫升0.1N盐酸相当于0.14毫克氮)。 实验数据:
两次滴定中V的平均值是12.10mL,代入计算公式: 总氮量=15.82%
八、 分析与思考
1、写出一下各步的化学反应方程式:
蛋白质的消化: 含氮有机物+HSOCO+SO+HO+NH
24 2223
氨的蒸馏: (NH4)2SO42NaOHNa2SO42NH4OH
NHOHHONH342
氨的滴定: NH3H3BO3NH4H2BO3NH4H2BO3HCLNH4CLH3BO3
2、分析凯氏定氮法测定样品蛋白质含量时误差的原因
答:凯氏定氮仪测定蛋白质含量的误差来源可能是样品、催化剂种类和用量、消化的时间、加碱液后的操作、蒸馏加热、清洗凯氏定氮仪的过程、凯氏定氮仪的
气密性、氨气是否完全蒸馏出来;硼酸是否封住蒸馏管口、试剂的准确性、滴定终点的判断、滴定盐酸的浓度准确性等。
九、 参考文献及致谢
感谢组员刘振宇的默契配合,老师的详细授课及助教的帮助。 参考文献:
(1)道客巴巴 《实验八——凯氏定氮法》ppt (2)《生物化学实验》上海交通大学出版社 主编:丛峰松 (3)老师的ppt