分光光度法對再生蛋白質(zhì)纖維中蛋白質(zhì)含量的測定

王亞妮，李莉萍，張陽，張敏莉

(寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗檢測中心，陜西寶雞721013)

0 前言

再生蛋白質(zhì)纖維是區(qū)分于蠶絲、羊毛等天然蛋白質(zhì)纖維，利用高科技方法制造出的富含蛋白質(zhì)的纖維。一般情況下，先由含有蛋白質(zhì)的動植物中提煉出蛋白質(zhì)溶液，然后將其與其他高聚物共同接枝或共混復(fù)合而成[1]。國外研究可追溯到19世紀(jì)60年代，而在我國，上世紀(jì)末才開始對其進(jìn)行研究及開發(fā)利用。目前，再生蛋白質(zhì)纖維品種繁多，比如大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、蠶蛹蛋白纖維和玉蠶蛋白纖維等，其中大部分都已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn)，普遍應(yīng)用于日常生活中。由于其富含蛋白質(zhì)而深受消費者的青睞，蛋白質(zhì)的優(yōu)良特性也使得蛋白質(zhì)含量成為蛋白質(zhì)纖維性能的重要指標(biāo)。然而，目前此類產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的檢測標(biāo)準(zhǔn)以及檢測方法研究甚少，標(biāo)準(zhǔn)體系還不健全，消費者無法很好地了解產(chǎn)品性能，維護(hù)自身權(quán)益。因此，研究更優(yōu)化、更準(zhǔn)確的檢測方法是目前迫切需要解決的課題。

本文把分光光度法應(yīng)用于再生蛋白質(zhì)纖維的蛋白質(zhì)含量檢測，通過對試驗條件的探索，影響因素的分析，數(shù)據(jù)的對比，形成更優(yōu)化、更易于推廣的再生蛋白質(zhì)纖維中蛋白質(zhì)含量檢測的試驗方法。

1 方法原理

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》，再生蛋白質(zhì)纖維中的蛋白質(zhì)在催化加熱條件下被分解，分解產(chǎn)生的氨與硫酸生成硫酸銨，在pH為4.8的乙酸鈉和乙酸緩沖溶液中與乙酰丙酮和甲醛反應(yīng)生成黃色的3，5-二乙酰-2,6-二甲基-1,4-二氫化吡啶化合物。在波長400 nm的環(huán)境下測定其吸光度值，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量，結(jié)果乘以換算系數(shù)，即為所含蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 試驗部分

2.1 樣品

試驗樣品有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的羊毛及蠶絲，牛奶蛋白纖維（乙烯醇基）、牛奶蛋白纖維（丙烯腈基）、大豆蛋白纖維（乙烯醇基）和蠶蛹蛋白纖維（黏膠基）。

2.2 主要試劑

硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、氫氧化鈉（質(zhì)量濃度300 g/L）、對硝基苯酚指示劑溶液、乙酸鈉-乙酸緩沖溶液、氨氮標(biāo)準(zhǔn)使用溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的甲醛、乙酰丙酮（以上均為分析純）。

2.3 儀器設(shè)備

紫外分光光度計、石墨消化儀、恒溫水浴鍋（100±0.5）℃、天平、10 mL具塞玻璃比色管、容量瓶（100 mL、50 mL）、刻度吸管。

2.4 測試

2.4.1 樣品前處理和消化

樣品的前處理依據(jù)GB/T 2910.1—2009《紡織品定量化學(xué)分析第1部分：試驗通則》中8.2規(guī)定的方法進(jìn)行。稱取一定量處理過的混勻的試樣（精確至0.001 g）于消化管中，加入一定量的硫酸銅、硫酸鉀和硫酸，在石墨消化儀中進(jìn)行消化處理一段時間，直至液體呈藍(lán)綠色透明狀，再加熱一段時間，取下冷卻，慢慢加入少量的水，放冷后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，定容，在此消化過程中同時進(jìn)行空白試驗。

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制以及樣品測定

吸取5.0 mL試樣及試劑空白消化液于50 mL容量瓶內(nèi)，加入1～2滴對硝基苯酚指示劑溶液，搖勻后滴加氫氧化鈉溶液中和至黃色，再滴加乙酸溶液至溶液無色，用水稀釋至刻度，混勻、備用。然后繪制氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線，同時吸取2.0 mL上述試樣溶液和同量的試劑空白溶液于10 mL比色管中，加乙酸鈉-乙酸緩沖溶液及顯色劑，混勻，置于沸水浴中加熱15 min。取出用水冷卻至室溫后，于波長400 nm處測量吸光度值，試樣吸光度值與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較定量或代入線性回歸方程求出含量。

2.4.3 計算公式

含量測定的計算公式見式1。

式中：w——試樣中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

m1——試樣測定液中氮的質(zhì)量，μg；

m0——試劑空白測定液中氮的質(zhì)量，μg；

m——試樣質(zhì)量，g；

100——換算系數(shù)；

F——氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)。

2.5 比對方法

2.5.1 次氯酸鈉法

2.5.2 凱氏定氮法

凱氏定氮法是經(jīng)典的檢測蛋白質(zhì)含量的成熟方法，其起初是檢測乳制品、食品類產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量最常用方法之一，后被應(yīng)用到其他檢測領(lǐng)域。凱氏定氮法試驗依據(jù)FZ/T 50018—2013《蛋白黏膠纖維蛋白質(zhì)含量試驗方法》中方法A來測試樣品中蛋白質(zhì)含量，差異在于其使用全自動凱氏定氮儀法進(jìn)行測試。所用儀器為Kjeltec 8200型福斯自動凱氏定氮儀。

3 結(jié)果與討論

3.1 分光光度法測試影響因素

3.1.1 樣品

再生蛋白纖維由于其特殊的成絲原理，一般選擇一種基體作為依托，融合蛋白質(zhì)液來紡絲，最終呈現(xiàn)出蛋白質(zhì)和基體材料兩種特性。目前成絲所用的基體大多為黏膠、聚乙烯醇和聚丙烯腈等高聚物。比如，黏膠基的蠶蛹蛋白黏膠纖維、聚丙烯腈基的牛奶蛋白纖維等。而按照分光光度法試驗原理，此方法會檢出樣品中所有的含氮原子，對于聚丙烯腈基的牛奶蛋白纖維，此方法檢出的蛋白質(zhì)含量還包含了聚丙烯腈里的氮原子，最終會導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量檢出值偏高。牛奶蛋白纖維含量測試結(jié)果見表1。

表1 牛奶蛋白纖維測試結(jié)果

表1中的牛奶蛋白纖維為兩種：一種是聚丙烯腈基的牛奶蛋白纖維；另一種是乙烯醇基的牛奶蛋白纖維。前一種為質(zhì)量百分比為30%的牛奶蛋白纖維和70%棉纖維的混合物，后一種為純牛奶蛋白纖維，用3種不同的檢測方法對其進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示，對于丙烯腈基的牛奶蛋白纖維，用分光光度計法和凱氏定氮法檢出的蛋白質(zhì)含量偏高；對于乙烯醇基的牛奶蛋白纖維，3種方法檢測結(jié)果則無明顯差異。因此，在蛋白質(zhì)含量檢測時，了解樣品的結(jié)構(gòu)以及特性是首要任務(wù)，是選擇合適正確方法的前提。

3.1.2 消化時間與消化溫度

本試驗中，選擇用石墨消化儀來消化試樣，既批量化又安全且節(jié)約時間，但合適的消化溫度和準(zhǔn)確的消化時間是關(guān)鍵因素。依據(jù)硫酸的沸點，試驗中起初選擇消化溫度為400℃，消化時間1 h時，觀察消化液成淺黃色，消化不完全；消化溫度不變，延長消化時間，不斷觀察直至?xí)r間為2 h時，消化液成藍(lán)綠色并且澄清透明，消化完全。但消化液放涼后，發(fā)現(xiàn)存在消化液結(jié)塊現(xiàn)象，且同一樣品測定結(jié)果值差異較大。調(diào)整消化溫度為420℃，隨著消化時間增加，觀察消化液變化，直至消化時間為1.5 h時，消化液成藍(lán)綠色且澄清透明，消化完全，且放涼之后消化液整體呈溶液狀態(tài)，同一樣品測定結(jié)果值也較穩(wěn)定。

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3.1.3 水浴加熱溫度

試驗中水浴加熱時間為15 min的過程中，水浴的溫度對試驗成功與否起決定性作用。當(dāng)水浴鍋的溫度不能持續(xù)保持在沸騰狀態(tài)時，15 min之后拿出比色管放涼，比色管里的溶液較渾濁，用分光光度計進(jìn)行比色，同一樣品整體數(shù)值偏高，精密度結(jié)果偏差大。但是，當(dāng)水浴鍋溫度持續(xù)保持在沸騰狀態(tài)時，加熱15 min之后的比色管里溶液澄清透明，同一樣品的數(shù)值穩(wěn)定，精密度結(jié)果良好。所以在試驗中，為了確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，一定要控制好水浴溫度，必須保持在持續(xù)沸騰的狀態(tài)。

3.1.4 氮換算為蛋白質(zhì)系數(shù)

氮元素在所有蛋白質(zhì)中含量較為穩(wěn)定，約占16%[2]，分光光度法就是利用蛋白質(zhì)中氮元素的含量來測蛋白質(zhì)含量。所以在2.4.3中的計算公式（1）中，要乘以F（氮換算為蛋白質(zhì)系數(shù)）值計算出最終的蛋白質(zhì)含量。而氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)雖是一個常數(shù)，但在不同的物質(zhì)中有所差異，比如在大豆蛋白制品中一般為6.25，在純?nèi)榕c乳制品中為6.38，這些數(shù)值參考食品標(biāo)準(zhǔn)中蛋白質(zhì)的折算系數(shù)，對于再生蛋白纖維中蛋白質(zhì)含量的折算是否準(zhǔn)確不得而知。本文依據(jù)FZ/T 50018—2013《蛋白黏膠纖維蛋白質(zhì)含量試驗方法》中的規(guī)定，再生蛋白質(zhì)纖維氮換算系數(shù)為6.25。但對于羊毛、蠶絲等蛋白質(zhì)纖維，沒有準(zhǔn)確可參考的數(shù)值，本試驗則是通過次氯酸鈉法比較試驗分析，最終得出羊毛氮換算系數(shù)為5.79、蠶絲氮換算系數(shù)為5.55。

3.2 三種方法的測試結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析

用分光光度、凱氏定氮和次氯酸鈉分別測試羊毛、蠶絲、牛奶蛋白纖維（乙烯醇基）、大豆蛋白纖維和牛奶蛋白纖維中的蛋白質(zhì)含量，測試結(jié)果見表2、表3和表4。

表2 分光光度法測試結(jié)果

表3 凱氏定氮法測試結(jié)果

表4 次氯酸鈉法測試結(jié)果

依據(jù)FZ/T 50018—2013《蛋白黏膠纖維蛋白質(zhì)含量試驗方法》中的精密度的規(guī)定（在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的絕對值不得超過算數(shù)平均值的10%，以大于算數(shù)平均值10%的情況不超過5%為前提），分析數(shù)據(jù)的精密度，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，計算各組數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，檢測結(jié)果的精密度良好。

3.3 與次氯酸鈉法、凱氏定氮法比較

為了判定3種方法之間的差異性，采用F檢驗法單因素方差分析對3種方法的測試結(jié)果進(jìn)行檢驗，結(jié)果見表5。

表5 分光光度法、次氯酸鈉法和凱氏定氮法的比較

由表5可見，在置信區(qū)間95%下，計算出同一樣品3種不同方法的P值＞0.05，這說明3種方法測試的數(shù)據(jù)無顯著性差異。

4 結(jié)語

（1）分光光度法測試再生蛋白質(zhì)纖維中蛋白質(zhì)含量的原理實為全氮法，即檢出樣品中所有含氮元素的量。所以它同凱氏定氮法一樣存在局限性，不適合再生蛋白質(zhì)纖維基體中含有氮元素的纖維，會導(dǎo)致蛋白質(zhì)測定結(jié)果偏高。

（2）分光光度法試驗時，完全消化條件為消化溫度420℃、消化時間1.5 h，試驗中水浴溫度持續(xù)保持在沸騰狀態(tài)，加熱15 min。

（3）分光光度法較之次氯酸鈉法，影響測試結(jié)果的因素較少，抗干擾性小，結(jié)果較準(zhǔn)確。次氯酸鈉法受次氯酸鈉濃度、溶解溫度和溶解時間等條件的影響較大。

（4）與凱氏定氮法相比較，分光光度法試劑用量少，操作簡單、安全環(huán)保。同時，分光光度計是每個實驗室最基本的檢測儀器，操作簡單，對人員要求不高，此方法更適合大范圍推廣。