蛋白含量/氮含量测定方法及其适用对象

学术   科学   2024-07-18 20:33   北京  

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蛋白含量是发酵过程控制,发酵条件优化常用的指标。蛋白含量测定方法有很多,每种方法适应范围不一样。

01



氮的分类及相互关系

  1. 总氮,总氮,简称为TN,总氮的定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮。
2.铵氮,氨氮是指游离氨(或称非离子氨,NH3)或离子氨(NH4+)形态存在的氨。发酵工业常用的氨氮包括:氨水,液氨以及硫酸铵,氯化铵。
3氨基氮(氨基氮):氨基酸态氮指的是以氨基酸形式存在的氮元素的含量。
4.硝态氮,硝态氮是指硝酸盐或者亚硝酸盐中所含有的氮元素,发酵工业中一般用硝酸盐。
5.凯氏氮,TKN(凯氏氮),是指通过凯斯定氮法测定的氮源,由于凯斯定氮法的原理,凯氏氮是指氨氮和有机氮的总和(凯氏氮=氨氮+有机氮),分别检测氨氮和有机氮,将它们的浓度加和,就可以得到凯氏氮的浓度值。

6.有机氮,是指与碳结合的含氮物质的总称。微生物发酵常用的有机氮源包括玉米浆,蛋白胨,酵母提取物,豆粕,氨基酸,尿素等。有机氮由氨基酸组成,根据水解程度可以分为:蛋白、胨、肽、氨基酸。发酵工业一般采取具有一定水解程度的胨作为氮源。





蛋白䏡:䏡蛋白胨又称朊间质蛋白胨,又叫蛋白胨,与普通蛋白胨的区别是其含有1%~2%的能被硫酸铵所沉淀的䏡氮。䏡蛋白胨是一种特殊的高营养的蛋白胨,富含高分子量的肽。

蛋白胨:是蛋白质分解产物,如将牛肉、酪蛋白、牛奶粉、白明胶、大豆蛋白、丝蛋白、血纤维蛋白等为原料,经不完全的水解工艺所得的产物。市售产品以淡黄至棕黄色粉剂为主。其平均分子量介于䏡和肽之间,约2000左右。

:一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基可以缩合成肽,形成的酰胺基在蛋白质化学中称为肽键。肽又可以分为2肽,寡肽,多肽等。



02



蛋白测定方法及适用范围

在科研工作中需要测定蛋白含量,总氮含量以及氨氮含量。科研工作者也建立了各种各样的氮含量的测定方法,但是由于其检测原理的不同,其适用范围也不一样,具体见下表:



方法

灵敏度

时间

原理

优缺点

适用范围

凯氏定氮法(Kjedahl法)

灵敏度低,适用于0.2~ 1.0mg氮,误差为 ±2%

费时 8~10小时

将蛋白氮转化为氨,用酸吸收后滴定

干扰较少,非蛋白氮会干扰有机氮的测定(可用三氯乙酸沉淀蛋白质而分离)

用于标准蛋白质含量的准确测定;凯氏定氮法被国内外视为蛋白质含量的标准检验方法,可作为衡量其他蛋白质含量检测方法准确性的标准。干扰少;费时太长,不可测硝肽氮。

双缩脲法(Biuret法)

灵敏度低1~20mg

中速 20~30分钟

多肽键+碱性Cu2+®紫色络合物

干扰少,灵敏度低。

凡具有两个酰胺基或两个直接连接的肽键,或能过一个中间碳原子相连的肽键,这类化合物都有双缩脲反应。适用于快速氮不准确的蛋白含量测定。

紫外吸收法

较为灵敏50~100mg

快速 5~10分钟

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扼双键,使蛋白质具有吸收紫外光的性质。吸收高峰在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,进行蛋白质含量的测定。

受各种嘌吟和嘧啶;各种核苷酸的干扰

适于用测定与标准蛋白质氨基酸组成相似的蛋白质。

Folin-酚试剂法(Lowry法)

灵敏度高~5mg

慢速 40~60分钟

双缩脲反应;磷钼酸-磷钨酸试剂被Tyr和Phe还原

受硫酸铵;Tris缓冲液;甘氨酸;各种硫醇的干扰。耗费时间长;操作要严格计时;颜色深浅随不同蛋白质变化

同双缩脲法

考马斯亮蓝法(Bradford法)

1~5mg

快速5~15分钟

考马斯亮蓝染料与蛋白质结合时,其lmax由465nm变为595nm

强碱性缓冲液;TritonX-100;SDS

游离氨基酸、肽和低分子量蛋白质不会与考马斯染料试剂产生颜色。一般情况下,肽或蛋白质的质量必须大于 3,000 道尔顿才能被该试剂检出。在某些应用中,这是一个优点。

BCA法

0.5-20μg/mL


BCA法基于双缩脲原理,碱性条件下蛋白质将Cu2+还原成Cu+,BCA鳌合Cu+作为显色剂,产生蓝紫色并在562nm有吸收峰,单价Cu+与蛋白质呈剂量相关性。

不易受一般浓度去污剂的干扰;抗干扰能力强。可受螯合剂,高浓度还原剂的影响。

单个氨基酸和二肽在双缩脲反应中不受影响,但三肽以及更大的多肽或蛋白质会发生反应,产生吸收峰位于 540 nm 的淡蓝色至篮紫色复合物。一个二价铜离子与附近四到六个多肽结合形成有色螯合物。产生的颜色强度与参与反应的肽键数目成正比。

杜马斯定氮


3-5min

样品在高纯氧中充分燃烧的过程中,将氮元素转化为氮气或氮氧化物,再经过高温铜的还原,使所有的氮转化为 N 2 ,然后利用热导检测器检测 N 2 的含量来推算样品中氮含量。因此杜马斯定氮法也称为杜马斯燃烧法或燃烧定氮法。

快速,简洁

杜马斯燃烧法既能将有机氮转化为N2 ,又能将无机的硝态氮转化为 N 2。 国家标准GB5009.5-2016中规定 杜马斯定氮法仅适用于蛋白质大于10g/100g的固体样品。

其他方法
纳氏试剂分光光度法可用于测氨氮。甲醛滴定法测定氨基氮和氨氮。



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