PROTEIN · CH18
← → / 空白鍵切頁　·　F 全螢幕　·　點兩側翻頁
NIELSEN'S FOOD ANALYSIS · CHAPTER 18

蛋白質分析

Protein Analysis
食品分析　·　3 小時課程　·　含 6 個互動小遊戲
凱氏定氮 · Dumas 燃燒 · 比色法 · UV 吸收 · 非蛋白氮
KjeldahlDumasBiuret/BCA染料結合UV 280nm
先想一想
一杯牛奶的蛋白質，是怎麼量出來的？

蛋白質種類繁多、結構複雜，無法直接「秤」出來。
關鍵在於——蛋白質含有一個獨特的元素：氮 (N)。

營養標示定價 功能性生物活性摻假檢測
18.1.2 為什麼重要

為什麼要分析蛋白質

🏷️
營養標示
法規要求標示蛋白質含量
💰
定價
穀物、乳品常以蛋白(氮)含量計價
🍞
功能性
麵筋、酪蛋白、蛋白決定加工特性
🧫
生物活性
酵素、抑制劑活性以每 mg 蛋白表示
18.1.1 分類與組成

蛋白質與氮

  • 簡單蛋白：水解後只有胺基酸
  • 共軛蛋白：另含非胺基酸成分
  • 20 種 α-胺基酸以胜肽鍵相連
  • 蛋白質含氮量 13.4–19.1%，因胺基酸組成而異
關鍵：氮是蛋白質最具辨識性的元素。
非蛋白氮 (NPN) 也含氮——所以氮法測到的是粗蛋白。
18.1.3 食物中的含量

食物裡的蛋白質含量

資料：USDA FoodData Central (2023)，% 蛋白質（濕基）。
核心命題
測蛋白，先測氮

大多數方法的根基：先測氮含量，再乘上換算因子得到蛋白質。

% 蛋白質 = % N × 換算因子
蛋白多含 16% N → 因子 = 100/16 = 6.25
小遊戲 ①方法依「測什麼」分類0 / 7
每個方法的化學基礎是什麼？把 7 個方法分到三類。
方法全覽

四大方法家族

🧪
氮法
Kjeldahl 凱氏定氮、Dumas 燃燒法
📡
光譜法
紅外 IR / NIR（胜肽鍵）
🎨
比色法
Biuret、Lowry、BCA、染料結合
🔆
UV 吸收
280nm(Trp/Tyr)、220nm(胜肽鍵)
18.2.1 凱氏定氮

Kjeldahl：百年經典

樣品 + H₂SO₄ + 催化劑 加熱消化 凱氏瓶 Kjeldahl flask
  • 消化：H₂SO₄ + 催化劑把有機氮轉成硫酸銨
  • 中和蒸餾：加鹼釋出氨，蒸餾入硼酸液
  • 滴定：標準 HCl 滴定硼酸根 → 算出 N
  • 測到的是粗蛋白（含非蛋白氮）
1883 年 Johann Kjeldahl 發明；三步驟沿用至今。
18.2.1 換算因子

為什麼換算因子不一樣？

Table 18.3：不同食物蛋白的含氮量不同 → 換算因子不同。
小遊戲 ②凱氏定氮即時測驗0 / 4
18.2.2 Dumas 燃燒法

Dumas：快速、安全、自動

燃燒爐 700–1000°C / O₂ 銅還原管 600°C：NOx→N₂ GC 管柱 He 載送分離 TCD 偵測 熱導定量 N Dumas 氮燃燒分析儀
高溫燃燒釋出 N₂，以 GC-TCD 定量總氮（含無機氮）。免危險試劑、數分鐘完成、可自動化——已大量取代凱氏法。
兩種氮法比較

Kjeldahl vs Dumas

🧪
Kjeldahl
測有機氮+氨；便宜、用腐蝕性試劑；高脂樣品首選（不怕燃燒起火）
🔥
Dumas
測總氮（含硝酸鹽）；快速安全、設備貴；營養標示/品管廣用
三聚氰胺等含氮摻假物會被兩種氮法一起算進去 → 虛報蛋白。
小遊戲 ③凱氏定氮流程排序— / 6
用 ▲▼ 把凱氏定氮的 6 個步驟排成正確順序。
18.3 紅外光譜

IR / NIR：測胜肽鍵

📡
原理
蛋白的胜肽鍵在特定波長吸收（中紅外 6.47 µm；NIR 多個波段）
⚡
應用
乳品蛋白分析儀（中紅外）；穀物、肉、乳品（NIR）。快速品管，需先校正
間接法——只是估計值，必須對官方法建立檢量線。
18.4 比色法

顏色 = 蛋白質的訊號

🟣
銅離子系
Biuret(胜肽鍵·540nm)、Lowry(+酚試劑·750nm)、BCA(562nm)
🔵
染料結合
Bradford 用 Coomassie 藍(595nm)；陰離子染料結合鹼性胺基酸
需用標準蛋白(如 BSA)建檢量線——報的是相對含量，靈敏度高、用量少。
銅離子三兄弟

Biuret → Lowry → BCA

🟣
Biuret
胜肽鍵 + Cu²⁺ → 紫色 540nm。簡單、干擾少、靈敏度低
🔬
Lowry
Biuret + 酚試劑(Trp/Tyr) → 750/500nm。靈敏但試劑不穩
🟢
BCA
Cu⁺ 螯合 BCA → 562nm。靈敏、容忍洗滌劑，純化常用
小遊戲 ④方法依「應用場景」分類0 / 7
同樣這些方法，換個角度——它們最常用在哪裡？分到三類。
18.5 UV 吸收法

紫外光下的蛋白質

🔆
280 nm
Trp / Tyr 芳香胺基酸吸收；非破壞、快速；適純化蛋白(Beer 定律 A=abc)
〰️
205–220 nm
胜肽鍵吸收；可測少 Trp/Tyr 的胜肽；需純、清澈樣品
核酸也在 280nm 吸收 → 需相對純的樣品；不同蛋白 E₂₈₀ 不同。
18.6 非蛋白氮 NPN

抓出「假蛋白」摻假

  • 用 三氯醋酸 (TCA) 沉澱蛋白質
  • 過濾/離心，分離上清液中的非蛋白氮
  • 對上清液做凱氏/Dumas 測 N → 換算
用途：檢測以尿素、氨、三聚氰胺等含氮物造假。因為氮法分不出真蛋白與假氮，NPN 能補位。
摻假的破口

為什麼三聚氰胺騙得過氮法？

三聚氰胺含氮量極高(66%)。凱氏/Dumas 只測「氮」，把它當成蛋白質 → 虛報高蛋白。2007 寵物食品、2008 奶粉事件皆然。
🚫
氮法的盲點
只看氮原子，分不出來源是真蛋白還是含氮化合物
🛡️
破解策略
用不靠氮的方法(染料結合/胺基酸)與氮法比對，數值兜不攏就有問題
小遊戲 ⑤決策挑戰：選對方法0 / 5
18.7 方法比較

一張表選方法（點欄位排序）

方法 ⇅化學基礎 ⇅速度 ⇅主要應用 ⇅
速度：★ 越多越快。整合自 Table 18.2。
方法選擇

跟著決策樹走

你的目標是什麼？ 選擇蛋白質分析方法 高脂樣品? Kjeldahl Dumas 燃燒怕起火 高脂改用凱氏法 營養標示? Dumas 快速、安全、自動 已大量取代凱氏 純化蛋白定量? BCA / Lowry 高靈敏、微量 BCA 容忍洗滌劑 穀物快速品管? NIR 紅外 快速、非破壞 需先校正

下一頁實戰：算一條火雞熱狗的粗蛋白 →

18.11 計算

凱氏定氮：從 mL HCl 到 % 蛋白

% N = N · (V樣品−V空白) · 14.007樣品克數 × 100
  • 滴定的 mol HCl = mol NH₃ = mol N
  • 扣除試劑空白
  • % N × 換算因子 = % 粗蛋白
  • 肉類因子 6.25（16% N）
小遊戲 ⑥計算闖關未作答
火雞熱狗：樣品 0.5172 g，HCl 為 0.1027 N，滴定樣品用 8.8 mL、空白 0.2 mL。求粗蛋白 %（肉類因子 6.25）。
%
重點整理

今天的五個關鍵

  • 測蛋白＝先測氮，再乘換算因子（粗蛋白）
  • 氮法：Kjeldahl(高脂首選) vs Dumas(快速取代)
  • 換算因子因含氮量而異（肉 6.25、奶 6.38、小麥 5.33）
  • 比色/UV：靈敏、需標準蛋白校正
  • 含氮摻假(三聚氰胺)會騙過氮法 → 用 NPN/非氮法比對
自我檢核

今天結束，你應該會…

點一下打勾——確認自己真的會了。

下一步 · NEXT

把蛋白質分析
用起來

📌 課後練習：Study Questions、Practice Problems
🔜 銜接章節：碳水化合物分析 (Ch19)、水分分析 (Ch15)
🧪 思考：你的樣品含脂高嗎？要測標示還是純化？該選哪種方法？
KjeldahlDumasBiuret/BCABradfordUV 280