劉琳琳+馬青+楊天林

摘要：利用智能手機(jī)自帶的光線傳感器及App輔助工具，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造。在展示蛋白質(zhì)鹽析現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過測量溶液透過光的光強(qiáng)計(jì)算蛋清鹽析法制取卵白蛋白的產(chǎn)率。該方法測定蛋清鹽析法制取卵白蛋白產(chǎn)率為17.04%，與傳統(tǒng)方法測量數(shù)值相差不大，可作為高中化學(xué)課外探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：雞蛋清；蛋白質(zhì)鹽析；手機(jī)傳感器；朗伯-比爾定律；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號：1005–6629（2017）5–0066–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

新課程鼓勵(lì)師生充分利用生活中常見物品，設(shè)計(jì)現(xiàn)象明顯、富有特色的實(shí)踐活動(dòng)和定量實(shí)驗(yàn)[1]。雞蛋是生活中的重要食材，蛋清中蛋白可用來制作泡沫干燥墊、提取分離抗菌肽、合成哮喘特異性過敏原等[2～4]，利用鹽析法分離蛋清中蛋白是一項(xiàng)聯(lián)系生產(chǎn)、生活與化學(xué)，激發(fā)師生創(chuàng)新思維的優(yōu)質(zhì)定性探究實(shí)驗(yàn)。雖然目前已有的相關(guān)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生演示蛋清雜蛋白鹽析及復(fù)原過程，但卻未細(xì)化到鹽析制取某一具體蛋白并計(jì)算其產(chǎn)率，內(nèi)容較單薄陳舊，沒能利用新科技、動(dòng)態(tài)輔助知識(shí)內(nèi)化，大多數(shù)學(xué)生經(jīng)過實(shí)驗(yàn)僅僅像“湊了個(gè)熱鬧”。數(shù)字化定量實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，有利于學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的深層培養(yǎng)[5，6]，而鹽析雞蛋清制卵白蛋白實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，所需鹽溶液濃度也是最高的，易于在蛋清中提取，故而設(shè)計(jì)蛋清鹽析法制卵白蛋白的定量實(shí)驗(yàn)有其必要性與可行性。

通常用來測量濃度的手持技術(shù)因其設(shè)備昂貴，沒能在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中大量普及，為方便實(shí)驗(yàn)操作，本實(shí)驗(yàn)在采用硫酸銨對蛋清中的卵白蛋白進(jìn)行鹽析分離與復(fù)原演示基礎(chǔ)上，以普及度較高的智能手機(jī)為測量儀器，配合相關(guān)軟件測定鹽析法提取的雞蛋清卵白蛋白產(chǎn)率，為高中課外探究實(shí)驗(yàn)開發(fā)提供案例。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

新鮮雞蛋，購自超市；365nm紫外手電，購自超市；面粉篩網(wǎng)，購自超市；注射器，購自藥店；生理鹽水，購自藥店；雙層滅菌紗布，質(zhì)量密度100g/m2，衡陽絕緣材料總廠生產(chǎn)，購自藥店；硫酸銨化肥（≥99.5%），衢州市宏捷化肥有限公司生產(chǎn)，平時(shí)收集；牛血清白蛋白（≥98.0%，分析純）（BSA），上海晶純生化科技股份有限公司生產(chǎn)，學(xué)校提供；硬紙板，平時(shí)收集；比色皿，網(wǎng)上購買；智能手機(jī)（本案例選用三星GalaxyS4）；光強(qiáng)測量App，網(wǎng)上下載[本案例使用安卓系統(tǒng)智能手機(jī)，測量App選用Luxmeter with graph，下載網(wǎng)址https：// www.amazon.com/dp/b00mdub0ze/，安裝后在手機(jī)上顯示圖標(biāo)如圖1（1）所示。若使用iPhone手機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可下載Lux light meter free，下載網(wǎng)址https：//itunes.apple.com/us/app/lux-light-meter-free/ id1171685960？Mt=8，安裝后在手機(jī)上顯示圖標(biāo)如圖1（2）所示]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 教師實(shí)驗(yàn)所需藥品制備

標(biāo)準(zhǔn)白蛋白溶液：稱取50mg牛血清白蛋白置于燒杯中，并用少量生理鹽水溶解，而后轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶以生理鹽水稀釋至刻度制成溶液。之后分別用生理鹽水稀釋得到0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL的BSA標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 測定原理

根據(jù)朗伯-比爾定律可知，以同一光源照射不同濃度的卵白蛋白溶液，溶液透過光的光強(qiáng)與卵白蛋白濃度成一定比例關(guān)系[7，8]。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)測量裝置制作

課外實(shí)驗(yàn)器材要求制作簡單，性能可靠，易于操作，廉價(jià)易得[9]。為了避免其他光線干擾，本實(shí)驗(yàn)中我們以365nm紫外手電為檢測光源，以不透明硬紙板按比色皿大小制作長方體帶蓋紙盒，并按圖2（1）所示位置剪兩個(gè)圓孔，制成如圖2（2）所示比色皿暗盒（光源入射口與其背面孔位對齊），比色皿暗盒背部圓孔與手機(jī)光線傳感器元件緊密貼合，構(gòu)成手機(jī)光線傳感器-比色皿-光源間密閉不透光空間。這樣一來數(shù)據(jù)測量不再需要昂貴的濾光片。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 教師實(shí)驗(yàn)

（1）打開光線測量軟件。

（2）依次測量生理鹽水0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL BSA標(biāo)準(zhǔn)溶液透光能力。待測液加入比色皿后，將比色皿裝于自制不透光比色皿暗盒，比色皿暗盒背部圓孔與手機(jī)光線傳感器元件緊密貼合（如圖3所示），打開紫外手電貼合槽前側(cè)圓孔照明，利用軟件測量其透光能力，記錄穩(wěn)定后數(shù)據(jù)，每次更換待測液時(shí)選擇“〓”，恢復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)點(diǎn)擊“▲”。測量界面如圖4所示，測量結(jié)果如圖5所示，回歸曲線：y=-0.62486x+ 3.9087，R2=0.9947，相關(guān)性良好。

1.3.2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)

（1）用雙層滅菌紗布過濾一個(gè)雞蛋的蛋清得到其水樣成分后，用30mL注射器測量水樣成分體積記錄數(shù)據(jù)V，家用食品秤測量質(zhì)量記錄數(shù)據(jù)m。用2.5mL注射器吸取水樣成分2.5mL置于小燒杯，加入生理鹽水2.5mL，充分?jǐn)嚢瑁〝嚢鑴×页潭纫圆黄鹋轂闇?zhǔn)），得到稀釋液 。

（2）為去除蛋清中除卵白蛋白外其他可溶性蛋白，利用不同蛋白鹽析濃度不同的原理，我們通過注射器向稀釋液中逐滴加入飽和硫酸銨化肥溶液5mL（邊加邊攪拌，注意不要使雞蛋清溶液起泡）。靜置過夜，以面粉篩網(wǎng)過濾，棄沉淀（沉淀主要為蛋清中的球蛋白），取濾液。

（3）在濾液中緩慢多次加入研磨成粉末的硫酸銨化肥顆粒并充分?jǐn)嚢?，至不能再溶解硫酸銨，此時(shí)產(chǎn)生少量沉淀。為使沉淀完全，將溶液靜置過夜，而后以面粉篩網(wǎng)過濾，此時(shí)得到的沉淀就是蛋清卵白蛋白，收集沉淀并將其溶于100mL生理鹽水。

（4）吸取上述用生理鹽水溶解的產(chǎn)物加入比色皿，將比色皿裝于自制比色皿暗盒，槽背部圓孔與手機(jī)光線傳感器元件緊密貼合如圖3所示，打開軟件測量待測液透光能力，打開紫外手電貼合暗盒前側(cè)開口照明，記錄穩(wěn)定后讀數(shù)。

2 數(shù)據(jù)處理

我們將實(shí)驗(yàn)測得待測溶液通過光光強(qiáng)代入圖5標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出對應(yīng)濃度。

通過計(jì)算，鹽析法提取出的卵白蛋白占雞蛋水樣液的1.012%。通過查閱文獻(xiàn)[16]我們發(fā)現(xiàn)，蛋清中卵白蛋白含量為5.94%左右，產(chǎn)率計(jì)算結(jié)果為1.012%/5.94%=17.04%，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測定蛋清鹽析法制卵白蛋白產(chǎn)率為18%[17]左右，故而本實(shí)驗(yàn)誤差為（17.04%-18%）/18%=-5.33%，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果相差不大。誤差可能由實(shí)驗(yàn)本身誤差或第一次靜置去除的沉淀中含有少量卵白蛋白造成。

3 結(jié)果與討論

誠然，傳統(tǒng)卵白蛋白提取及濃度測定實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)典，測量數(shù)值可靠，本實(shí)驗(yàn)尚有輕微的非線性，因而不能使用回歸方程進(jìn)行計(jì)算，只能通過查標(biāo)準(zhǔn)曲線來確定未知溶液濃度，但是由于時(shí)間、空間與預(yù)算限制，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法做到每名實(shí)驗(yàn)者一人一臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器，更無法做到實(shí)驗(yàn)者隨時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，如此一來勢必造成實(shí)際測量中不可控變量增加。而本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)新穎，原料廉價(jià)易得，操作便捷快速，用具簡單微型且可替換性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間空檔較長，可在空閑時(shí)進(jìn)行；其次，課外實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充，自制器材的本身就有很大的教學(xué)意義，它使師生的眼光更多地聚焦于生活，跳出思維定勢，不再拘泥于書中所學(xué)儀器，而是進(jìn)一步思考儀器制作所用原理，依據(jù)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)活用身邊物資，從而開發(fā)出更好的探究實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)；最后，以雞蛋這類生活物資為切入點(diǎn)導(dǎo)入化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以極大地引起學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的興趣，并能在學(xué)習(xí)中了解科技-生活-社會(huì)的關(guān)系，養(yǎng)成善于觀察生活中的化學(xué)現(xiàn)象的良好習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力與動(dòng)手能力。配合使用日常生活必不可少的手機(jī)，在課內(nèi)外隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在不斷的探索中深化對化學(xué)性質(zhì)的理解，邁出構(gòu)建科學(xué)社會(huì)觀的第一步。

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