蛋白质

概况

蛋白质的基本组成－氨基酸

蛋白质的电性质

蛋白质的变性与凝结

蛋白质与悬浮微粒的作用

1、概况 

一切生物体中都含有相当数量的蛋白质和氨基酸(还有少量的其它含氮有机物)。蛋白质是生命的基础，而氨基酸则是构成蛋白质的基本成份。

甘蔗汁和甜菜汁中的氨基酸和蛋白质对制糖过程有很大影响。一般来说，蛋白质的大部分在澄清过程中凝结成为沉淀物，可以帮助除去其他的杂质，是有益的；但其余的含氮物质对制糖过程有多种不良影响，通常称为有害氮。

蛋白质是一种高分子量的含氮有机化合物，含氮量约16%。天然蛋白质的分子量多数在1万～10万之间，也有高达数十万以至数百万的。蛋白质分子是由100个以上以至数万个不同种类的氨基酸和多种其他组分缩合而成。用酸、碱或酶将蛋白质水解可以复得到这些组成物质。组成蛋白质的氨基酸，常见的约有20种(但总数有100多种)。不同的生物体或生物体的不同部分，所含的蛋白质的成份和结构常有其特异性，因而具体性质常有或大或小的差异。这是不同生物体具有不同性状的重要原因。蛋白质中几种基本元素的近似含量为：碳50%，氢7%，氧23%，氮16%；多数蛋白质含有硫(0～3%)，一些蛋白质含有磷(0～3%)；有些还含有锌、铁、铜、锰等元素。
　　除蛋白质外，蔗汁中的含氮化合物还有各种氨基酸、酰胺，以及处于蛋白质和氨基酸中间状态的分子量稍低的缩合物：胨和多肽，以及微量的硝酸盐。
　　蔗汁中含氮化合物的总含氮量对蔗汁干固物的比例一般为0.3%～0.4%(个别为0.2～0.3%或0.4%～0.5%)。在新鲜成熟的甘蔗汁中，这些含氮物约有65%～70%是蛋白质，蔗汁蛋白质对bx之比约为1%～1.5%，数量较大。但是不新鲜的甘蔗以及经受不良自然条件影响如倒伏、风折、霜冻的甘蔗，以及成熟期以后(如四月以后)的甘蔗，蛋白质在含氮物中的比例逐渐下降，常降到40%甚至20%以下。此时蛋白质逐渐水解成分子量较低的含氮物，使蛋白质减少而非蛋白氮增加。据广州甘蔗糖业研究所在20世纪50年代一个榨季前、中、后期的分析，混合汁的总含氮量和蛋白质氮量对bx的百分比，以及蛋白氮在全氮量中的比例，如下表。

 可见，在榨季的不同时期，蔗汁全氮量变化不大，都在0.30%～0.36%bx之间。但蛋白氮在全氮量中的比例却变化很大。 在三月分以前，这个比例都超过70%；而在四月以后，该比例就大幅度下降。这说明甘蔗在过了成熟期以后，蛋白质逐渐水解成小分子的含氮物。按蛋白质含氮16%计，上表中正常甘蔗汁含蛋白质1.3％～1.7%bx，是蔗汁的各种非糖份中含量最大者。但在四月以后则降低至 0.8%和0.5%。

2、蛋白质的基本组成－氨基酸

氨基酸的种类很多，比较常见的氨基酸亦有十多种。氨基酸的共通特点是分子中并含有氨基－nh₂和羧基－cooh，前者是碱性基团，而后者是酸性基团。多数氨基酸每分子含有一个氨基和一个羧基，它们的溶液接近中性。

有两种氨基酸即天冬氨酸和谷氨酸，每分子含有两个羧基和一个氨基，酸性较强。它们的一个羧基可以和氨结合成酰胺基 －conh₂，就成为天冬酰胺和谷酰胺。
　　有两种氨基酸即赖氨酸和精氨酸，每分子含有两个氨基和一个羧基，碱性较强。
　　此外，酪氨酸含有酚基，半胱氨酸含有硫氢基，它们是弱酸基。还有其他氨基酸含有多种化学活性基团。

据克拉克的分析，甘蔗汁中主要的氨基酸如下：天冬酰胺0.7%，谷酰胺0.2%，天冬氨酸0.1%，谷氨酸0.05%，丙氨酸0.06%，缬氨酸0.05%，氨基丁酸0.03%，苏氨酸0.02%，异白氨酸0.01%，甘氨酸<0.01%，其它痕量。

广西大学刘慧霞等分析了广西两种主要甘蔗品种(新台糖10号和粤糖63/237)的蔗汁中氨基酸的成分，其中含量较大的11种为：天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、脯氨酸。此外，还有数量较少的谷氨酸、甘氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、赖氨酸和精氨酸等。新鲜甘蔗汁中氨基酸的总含量357～766mg/l，而陈旧的甘蔗的蔗汁含氨基酸较多，为880～1095mg/l。这是由于新鲜蔗汁中的蛋白质水解为氨基酸。

据广州甘蔗糖业研究所分析，国内四种甘蔗蔗汁中的氨基酸，含量较大的为苏氨酸、天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸等。

甜菜汁中常含有较多的谷氨酸及谷酰胺。

几种常见的氨基酸的化学简式如下：

甘氨酸(glycine)： ch₂(nh₂)-cooh

丙氨酸(alanine)： ch₃-ch(nh₂)-cooh

缬氨酸(valine)： c₃h₈-ch(nh₂)-cooh 

亮氨酸(leucine)： c₄h₉-ch(nh₂)-cooh

苏氨酸(threonine)： ch₃-ch(oh)-ch(nh₂)-cooh

丝氨酸(serine)： ho-ch₂-ch(nh₂)-cooh

天冬氨酸(aspartic acid)： hooc-ch₂-ch(nh₂)-cooh 

谷氨酸(glutamic acid)： hooc-c₂h₄-ch(nh₂)-cooh

赖氨酸(lysine)： h₂n-c₄h₈-ch(nh₂)-cooh 

酪氨酸(tyrosine)： ho-c₆h₄-ch₂-ch(nh₂)-cooh

丝氨酸(serine)： ho-ch₂-ch(nh₂)-cooh

氨基酸分子中的－cooh基是酸性基，能离解出h⁺而留下负电基－cooˉ，－nh₂则是碱性基，能和h⁺结合而成为正电基－nh₃⁺。在接近中性的溶液中，大多数氨基酸分子中同时存在nh₃ ⁺和 coo^－，是在不同位置上分别带有正电和负电的两性状态的分子。这些电荷不会消失，但分子的整体则呈电中性。

这两种基团的离解程度均随溶液ph而变：羧基在高ph下离解得较多，而氨基在低ph下较多和h⁺结合，因此，在碱性下有较多只带负电的离子，而在酸性下有较多只带正电的离子。在中间的某一ph值下，正、负电的离子数量相等。这一ph值称为该种氨基酸的等电点(isoelectric point)，简写为iep。
　　氨基酸的等电点决定于它所含的酸性基和碱性基。酸性基多者，iep较低；碱性基多者，iep较高。一些氨基酸的等电点如下：
　　含一个羧基和一个氨基的氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸及异亮氨酸：5.97～6.02，近似为6.0。
　　含两个羧基和一个氨基的氨基酸：天冬氨酸 2.98，谷氨酸 3.22，比前者低很多。

含一个羧基和两个氨基的氨基酸：赖氨酸 9.74，精氨酸 10.76，比前者高很多。

含一个羧基和一个氨基、并含弱酸基的氨基酸：酪氨酸 5.65，半胱氨酸 5.02。

各种氨基酸及其钠盐、钙盐都易溶于水。氨基酸的化学性质相当活泼，可以产生多种化学反应。在制糖过程中，最重要的反应是和羰基化合物的缩合作用，以及和还原糖产生的一系列反应（美拉德反应）。此外，酰胺在加热时(特别在碱性下)会水解出羧基，并放出氨气，这是糖汁蒸发时产生氨气的原因。

－conh₂+ h₂o －→ －cooh + nh₃ 

酪氨酸的组成和性质较特殊，它含有酚羟基，易被氧化酶氧化而生成棕黑色的高分子聚合物，是甘蔗汁和甜菜汁容易被氧化变黑的主要原因。
　　各种氨基酸中所含的多种化学活性基团，能各自产生多种化学反应。

氨基酸是生物体的必须成份，也是人体的重要营养素。可惜在现用的制糖方法中却无法利用，反而成为有多种不良影响的“有害氮”的主要成份。

3、蛋白质的电性质　　

蛋白质是典型的两性高分子物质。它是数百个(或更多个)的许多种类的氨基酸(以及其他成份)按照严格的组成和排列方式缩合而成的，缩合反应的通式为：

h₂n-chra-cooh + h₂n-chrb-cooh －→ h₂n-chr-co-nh-chr'-cooh 

上式中的ra和rb分别代表第一种和第二种氨基酸中除了h₂n-ch-和-cooh的其余部分。缩合反应生成的 －conh－ 键称为肽键(上式右端的中间部分)。两个氨基酸分子的缩合物称为二肽，多个氨基酸分子按此缩合的产物为多肽。分子量再大的是胨，更大的就成为蛋白质。

肽键受酸、碱或酶的作用会水解而断裂，恢复原来的羧基和氨基，即是上面的逆反应。从蛋白质水解产物的成分可得知蛋白质的组成。
　　蛋白质是许多个氨基酸分子的缩合物，常见的蛋白质，每分子是由数百个多种氨基酸分子缩合而成。每个蛋白质分子中都含有多个未产生缩合反应的自由的羧基、氨基和其他化学活性基团(分子量为10万的蛋白质, 分子中约含100个正电基和100个负电基)。这使蛋白质的化学性质十分活泼。和氨基酸相似，蛋白质的羧基和氨基使它的分子在不同位置上分别带负电与正电，成为两性分子。这是蛋白质的一个重要特点，其他大分子物质很少有这种性质。

蛋白质分子中两种电荷的数量随溶液ph而变。在高ph下的负电荷较强而正电荷较弱，有剩余负电；但在低ph下则相反，正电荷超过负电荷，有剩余正电。

胶体物质的电荷可用电泳法直接测定。将样品置于直流电场中，带电的粒子就向相反电荷的电极移动，在显微镜下可以看到。根据移动的方向可判断它的电荷为正或负，根据它的移动速度和所用的电压可算出它的表面电动电位(ζ电位)。

捷克vasatko院士最早研究了甜菜汁中蛋白质的电性质。在ph3时电泳速度为零，即等电点为3。在ph3以下带正电，ph1时的电泳速度为0.6×10^－5cm/s。在ph3以上带负电，电泳速度随ph升高而增大，如ph5时为0.6×10^－5cm/s，ph7时为1.4×10^－5cm/s。苏联西林教授的研究亦说明，甜菜糖汁中蛋白质的等电点在ph3～4之间。

著名英国专家bennett测定了多种甘蔗汁中蛋白质的电动电位(mv)和ph的关系，典型的结果如下图。

可见，蔗汁中的蛋白质在ph低于3.5时带正电，ph越低正电越强；在ph高于3.5时带负电，ph越高负电越强。这和上述氨基与羧基的离解性质完全一致。在ph3.5时，电位为零，即它的正电与负电相等，处于等电状态。这说明蔗汁蛋白质的等电点为ph3.5。他测出的几种蔗汁的结果和此接近。我们在60年代曾以广东当时的主要品种甘蔗的蔗汁进行类似测定，结果大致相同，蛋白质的等电点在3～4之间。

不同蛋白质的等电点是不一样的，它主要决定于蛋白质分子的组成和其中活性基团的数量。含酸性基多者，负电荷较强，等电点就较低。一些常见的蛋白质的等电点如下：鸡卵清蛋白4.6，牛乳球蛋白5.1，酪蛋白4.6，白明胶4.9。甘蔗与甜菜汁中蛋白质的等电点都在3～4之间，这是由于它们含有较多的含两个羧基的氨基酸 －－ 天冬氨酸和谷氨酸，以及这些蛋白质时常和酸性的多糖体相结合。
　　过去，有人根据蔗汁在ph6～7开始产生凝聚作用，提出蛋白质或胶体的等电点为６或者７。其实在这些ph下，蔗汁中的蛋白质和多种胶体物质都是带负电的，它们的凝聚是与阳离子(主要是钙镁离子)结合产生、并通过磷酸钙沉淀而强化的，如果没有钙离子，就不会发生凝聚作用。
　　蛋白质分子含大量的正、负电基团，善于和溶液中的阴离子和阳离子结合，最常见的是和ca²⁺、mg²⁺、hpo₄^2－、hco₃ˉ等的结合。这些结合比较稳固。蛋白质与相反电荷离子结合后，原有的电荷减弱(被结合的离子在电场中亦随蛋白质分子一起运动)。这些作用类似一般的化学反应，服从质量作用定律。结合离子的数量随溶液中该种离子浓度的升高而增加，反应有一定的平衡常数。这种作用对蛋白质的性质有很大影响。
　　蛋白质与钙离子相结合的作用在生物液体中是很普遍的。bennett曾详细研究了蔗汁中蛋白质和钙的作用，测出蛋白质结合的钙量。它随汁中钙离子浓度升高而增大，并随ph升高而增大(后者是因为ph高时蛋白质带负电较多)。在ph5时蛋白质结合的钙量为每1mg蛋白氮(约6.25mg蛋白质)结合0.1～0.5mg钙离子，相当于1g蛋白质结合钙0.02～0.8g。结合物的离解常数ｋ随ph值而变，在ph5时为1.4×10^－2。　　

4、蛋白质的变性与凝结

蛋白质的分子表面上有大量各种极性基团，它们强烈吸引水分子，使溶液中的蛋白质成为高度水化的分子。直接吸附在蛋白质分子表面的水分子结合得最牢固，称为结合水，其数量约为蛋白质量的20%～50%，吸附在外层的水分子数量更多，但结合较松散。蛋白质的水化使它在溶液中有很高的稳定性，是典型的亲水胶体。
　　另一方面，蛋白质在多种条件下会发生胶凝作用，形成体积相当大的内部有很多空腔并包容着大量液体的软胶状物体。常见的例子如鸡蛋(整个或打开)受热时整体凝固，少量的蛋白质将大量的水分子包围在一起凝固，不能再流动。
　　蛋白质的凝固通常是在发生变性作用(denaturation)以后产生的。蛋白质在多种情况下会发生变性，加热和多种物理、化学、或机械处理都可能使蛋白质发生变性作用，使蛋白质的分子结构变成松散的无定形结构，分子中的活性基团更多暴露，化学活性增强，较易发生各种化学反应和凝结作用。
　　变性蛋白质的凝结与多种条件有关，通常在等电点的ph下比较完全。我们曾进行三次试验，将蔗汁加热到70℃下加亚硫酸到不同的ph值过滤，测定滤汁的含氮量(mg/l，混合汁为600)，结果如下表。

这些数据说明，在ph3.5～3.7间，滤汁的含氮量最低，即蛋白质的的凝结最完全。在等电点下，蛋白质大分子中的正电基和负电基的数量相等，处于等电状态。此时大分子中两种带电基团的数量都很大(绝不是不带电)。蛋白质分子间相反电荷的基团互相吸引并结合，形成大量的离子键，就将许多蛋白质分子联结和聚集起来，凝聚率达到最大值。

在ph高于等电点时，蛋白质带负电。此时它能与各种二价(或多价)阳离子结合而凝聚。钙镁盐有此作用，蔗汁在加灰至微酸性或中性时加热，蛋白质的凝结即是带负电的蛋白质与钙镁离子结合产生的。如果将蔗汁中的钙镁离子完全除去(例如加入相应的络合剂edta将汁中原有的这些离子消除)，则在ph５以上加热并没有凝结物析出

甜菜汁中蛋白质的情况类似。苏联西林博士和捷克瓦沙特科院士等对此进行了深入研究，阐明它们在不同条件下凝结的基本规律如下：
　　1. 如溶液中没有ca²⁺，则蛋白质在ph2～4时凝聚得最好，这是等电凝聚。在ph4以上完全不产生凝聚作用。
　　2. 在溶液中存有ca²⁺而没有糖的情况下，蛋白质在酸性下凝聚，但在碱性下凝聚得更好，在ph10以上都很好。此时的凝聚物带负电，是蛋白质和钙的结合体，并不是等电凝聚。
　　3. 在含ca²⁺的糖液中，蛋白质凝聚的最佳ph为2～4和10～11，ph高于11.5 时凝聚变差，已形成的凝聚物亦会部分或全部复溶。这是由于在高ph下钙与蔗糖结合成为很稳固的络合物，溶液中缺乏游离的钙离子。

在通常的蔗汁澄清方法中，就是依靠钙离子的作用以及磷酸钙、亚硫酸钙沉淀物的吸附作用来除去蔗汁中的蛋白质，加热促进了这些作用。在甘蔗新鲜和处理正常时，蛋白质的除去率也是较高的，但在榨季后期则较低。普通亚硫酸法澄清在榨季不同时期的蛋白质除去率的测定结果如下表。

在三月及以前，蛋白质的除去率都高于60%，但四月以后就明显降低。这种情况说明，甘蔗在过了成熟期以后，蛋白质逐渐水解，分子量降低，水溶性增强；或蛋白质发生其他化学变化形成较难凝结的物质，使澄清时除去的百分率降低。甘蔗收割后放置时间较长、以及受台风吹折倒伏或受霜冻而死亡的甘蔗亦有类似情况。

重金属离子与蛋白质结合的作用比钙镁离子强很多。醋酸铅(特别是在碱性下)能使绝大部分蛋白质(以及其他带负电的亲水胶体)凝聚沉淀。硫酸铜亦善于和蛋白质结合凝聚，因此在通用的化学分析方法中，用硫酸铜在碱性下将蛋白质凝结而分离。
　　在蔗汁澄清过程中，蛋白质的凝结作用是有利的，它可以将各种分散的、幼细的悬浮微粒凝聚形成较结实粗大的沉淀颗粒，提高沉降速度和清汁的清度。因此，蛋白质含量高的新鲜蔗汁的澄清性能是较好的。过去有些生产红糖的工厂，在蔗汁中加入豆浆再加灰加热，可使清汁较清亮透明。在制造冰糖时，也要在糖液中加入豆浆(最早是加鸡蛋白液)加热，将糖液中的微细粒子凝聚除去。chang研究原糖的回溶糖浆用大豆粉浆作澄清剂，它可以除去糖浆中的悬浮微粒，还可以除去部分色素。在加入豆粉对原糖量分别为0.1%、0.4%和0.8%时，脱色率分别为10%、38%和50%。他的研究说明，在中性附近豆粉蛋白质的凝结是和钙离子结合产生的，没有钙离子就不能凝结。

蔗汁澄清时蛋白质在中性附近的凝结也同时除去了不少色素。如果先将热蔗汁在ph4左右过滤除去蛋白质，然后再加灰至中性过滤，滤汁的色泽要比直接加灰至中性过滤的深很多。这是因为蛋白质在酸性的凝结物很浅色(此时很少色素沉出)，随后在中性下过滤时又缺乏蛋白质凝结物，故除去色素少。在中性附近，蛋白质可以和植物鞣质(性质类似单宁)结合，两者一起凝结析出，故滤汁的色泽较浅。蛋白质和单宁的结合是熟知的，此作用在酸性下减弱。
　　甘蔗过了成熟期以后，以及不新鲜的或风折、霜冻的甘蔗，蔗汁中蛋白质的含量特别是可凝结的蛋白质减少，澄清处理时沉淀物的凝聚情况较差，导致分散悬浮的微粒增加，清汁色泽较深；加入少量豆浆可以明显改善这种状况。我们曾进行试验，将已砍下很长时间、变红发酸的甘蔗榨出蔗汁(其纯度低于60)，加灰加热，沉淀物很微细，汁很混浊，澄清效果极差。但如先加入少量豆浆再加灰加热，杂质凝聚情况明显改善，清汁亦较清亮。

蔗汁中的蛋白质，在澄清过程中只除去了一部分，还有相当数量遗留在清汁中，即用高效率的清净脱色，也难以将它们完全除去。这些残留在糖汁中的蛋白质，仍然保留胶体物质的性质，它会增大糖汁的粘度和增加过滤困难，并在随后的生产过程中参与和加速还原糖分解的反应，加深糖品色泽；进入糖蜜后还会影响糖蜜变质。它们未起到有益的作用反而变成了“有害氮”化合物。

克拉克等多位专家的大量研究说明，在精炼糖中也含有微量的蛋白质，它和多糖类一起，是造成酸性饮料在存放时形成絮状物的主要原因。这些絮状物中含蛋白质4%～5%。美国godshall等分析了10多个精糖样本，它们含蛋白质0.01～0.13mg/kg，在多个原糖样本中含0.7～1.3mg/kg。在精炼糖过程的各种物料中，含0.06～0.6mg/kgbx的蛋白质。

总之，蛋白质的凝结有利于蔗汁的澄清，但蔗汁中的蛋白质并没有在澄清时完全凝结，而残留的蛋白质是不利于制糖生产的。

因此，糖汁澄清时蛋白质为甚么不能完全凝结？如何使之凝结得更完全？是很值得进一步深入探讨的问题。

蛋白质的凝结是在变性以后发生的。蛋白质在很多情况下会发生变性作用。热变性是最常见的，一般在60℃以上就相当快。强烈的机械搅拌、震荡、鼓泡；以及超声波、紫外线或放射性照射等，都会使蛋白质变性。较强的酸或碱，重金属如铅、铜的化合物亦使蛋白质变性；某些有机物如甲醛、乙醇、丙酮、三氯乙酸、尿素、洗涤剂、季铵盐等也有此作用。
　　蛋白质的变性作用主要是它的分子结构发生变化。天然的蛋白质的分子结构紧密、按严格的规则排列，因此多种蛋白质可以形成结晶体。蛋白质变性以后，分子结构转变为松散的无定形结构，不再能结晶，并失去原有的生物活性；分子中各种活性基团比较暴露，化学活性增强，参加各种化学反应的能力增大，较易凝结析出。

蛋白质变性凝结后，它和水结合的能力变化不大，并没有明显的脱水作用。如所周知，一只完整的鸡蛋加热凝结以后，原来可以流动的液态物质整体变成了固态，并没有一点水被“脱”出来。而且相反，占比例不大的蛋白质分子把很大量的液体牢固地包藏在凝结物之内。

蛋白质凝结物的体积相当庞大，重量只约为糖汁的百分之一的凝结蛋白质在沉淀以后可占到10%以上的体积。如果蛋白质被脱水，例如加入酒精，所生成的沉淀物的体积是很小的。

在生物化学中知道，有些蛋白质是不能加热凝结的。不少生物体中有一类蛋白质称为糖蛋白(或粘蛋白)，它是葡萄糖等单糖或多糖及它们的衍生物与蛋白质的化合物。它不易变性，加热时也不凝固(有些在100℃下加热１小时也不变性凝结)。据此可以将这类蛋白质和其他蛋白质分离。在生物体以外，蛋白质能和多糖结合形成稳定程度不同的化合物，特别是含羧基的多糖易于和蛋白质的正电基结合，蛋白质中的酪氨酸和精氨酸部分亦易和糖类结合。这类蛋白质的粘度很高(特别是含有多糖体者)，亦称为粘蛋白 (mucoprotein)。
　　同时，有几类物质会减弱蛋白质的变性凝结作用，糖类、高分子脂肪酸、磷酯等都有这种效应。在葡萄糖或果糖的饱和溶液中，蛋白质在加热时并不变性。在不同浓度的蔗糖液中，蛋白质受热凝聚的比率随蔗糖浓度升高而下降，如在含蔗糖14%的溶液中加热，蛋白质的不凝结量比在水中加热时多12.7%。蔗糖并不改变蛋白质的热凝与ph 及有关条件的关系，但却降低了凝聚率、并使凝聚物变得较松散，体积和粘性增大。我们的试验说明，将蔗汁在ph3.8下的凝聚物分离出来，分别置于水和糖液中加热，在水中的凝聚物紧密结实，容易过滤，而在糖液中的凝聚物松散而粘稠，难过滤。蔗糖对蛋白质的这种“保护作用”，在生物化学中被利用来防止或减慢蛋白质的变性。

bennett的研究发现，某些蔗汁含较多淀粉，加热到60℃后淀粉糊化，就会明显减弱蛋白质在等电点下凝聚的作用。一些长期在干旱下生长的甘蔗，含有较多的酸性多糖体，它和蛋白质相作用使蛋白质的等电点大幅度降低(如降到2.1)，并较难凝聚。

蔗汁和甜菜汁中的蛋白质的等电点为3～4，澄清过程不能利用它来使蛋白质凝结(以免蔗糖转化)。澄清处理在中性或碱性下进行，蛋白质都是带负电的，主要依靠钙离子和钙盐沉淀物的作用来使蛋白质凝结，碳酸法在强碱性下处理并生成大量的碳酸钙沉淀，使蛋白质凝结的效果优于亚硫酸法。

蛋白质在上述情况下发生的变性作用有共通之处，但也有强弱不同的差别，以及随后的不同变化。加入乙醇、重金属能使绝大多数蛋白质凝结沉淀，其他处理的作用相对较弱。

糖厂现行的澄清处理方法，有相当部分的蛋白质未能凝结除去(特别是在蔗汁不新鲜时)，在后工序产生多种不良影响，应当研究改进这种状况，探索新的方法。可能的途径是相当多的。将糖汁中的蛋白质更完全地变性凝结，可以显著地改善糖汁澄清过程和随后的工序，提高蔗糖晶体的质量和结晶速度，降低糖蜜粘度，加速分蜜，减少制炼过程中的各种有害化学反应。这是一个值得大力研究和很有希望突破的重要课题。

5、蛋白质与悬浮微粒的作用

蛋白质的一个很重要的特点是它有很强的表面活性，善于扩展和覆盖在两相的分界面上，1mg蛋白质覆盖的表面积可达0.7m² 或以上。

溶液中的蛋白质覆盖在各种微粒的表面上，可以形成完整的蛋白质分子层，使微粒表面具有和蛋白质相同的性质。各种憎水胶体或憎水性悬浮物(如脂肪等类脂物)的溶液，只要存有少量蛋白质，就可将这些憎水物质表面覆盖，使之具有亲水性，从而能够稳定分散在水中。这种作用称为亲水胶体的保护作用。蛋白质的这种保护能力是最为突出的，通常只需浓度0.1%以至0.01%的蛋白质就能将憎水微粒完全“保护”起来。牛乳中大量的脂肪能稳定分散在水中就是由于蛋白质的保护作用。蔗汁中含有相当多的不溶于水的蔗蜡、蔗脂及其他的悬浮微粒，亦是由于蛋白质的保护作用，才能稳定地分散成为悬浊液，即使静置很长时间，亦不会自行聚集而分离，蔗汁亦不会变清。

bennett对蔗汁中的蛋白质以及各种悬浮微粒的状况进行了深入的研究，阐明了蔗汁胶体体系的基本特点。蔗汁用棉花隔去粗粒子以后，余下的微细悬浮微粒的总量约为蔗汁重量的0.2%～0.3%，数量为每毫升汁数亿个(用显微镜观测计量)，绝大部分的直径约2微米(其中半数或以上是蔗腊和蔗脂)。用高速离心机(离心力为重力的1000倍)将微粒分离出来测定其含氮量，折算为每个微粒的含氮量。此数量随蔗汁ph值及钙与磷酸的含量而变，如右下图。

此图底部的水平虚线表示微粒核心的含氮量，图中曲线高于它的数值即为微粒吸附蛋白质的含氮量。顶部的水平虚线代表加酒精时沉淀的含氮物量，可代表汁中全部蛋白质的数量。在不同的条件下，每个微粒的含氮物量为(1～2.2)×10^－10mg，相当于在整个微粒表面上覆盖着一个至十多个分子厚度的蛋白质表面层。

在ph约3.5时，微粒表面上的含氮物达到最大值，接近蛋白质的全量。当ph向两边升降时，吸附蛋白量迅速下降。不含钙离子的蔗汁在ph6以上时，蛋白质很少被吸附，即它们大部分分散在液相中。但含钙离子的原蔗汁(以及增加了磷酸者)在ph6以上时，蛋白质吸附在微粒表面上的数量复增加，说明此时蛋白质通过与钙离子结合及磷酸钙的架桥作用，较多地积聚在微粒的表面上。

悬浮微粒的表面被蛋白质覆盖以后，其表面电位和表面化学作用都变得和蛋白质一样。bennett的试验证明，在蔗汁中加入各种不同成份和性质的微粒(包括蔗脂蔗蜡或其它不起化学反应的微粒)，它们的电泳性质都会变得和蛋白质一致。用高速离心机将蔗汁中的微粒分离出来，加水洗涤再分离，进行多次，可逐渐洗去微粒表面吸附的蛋白质。经过十次洗涤后，少部分微粒的表面电荷发生了变化，带较强负电，在低ph下亦不带正电，它们主要是蔗屑等微粒。但还有部分微粒仍然保持原来的两性电性质，它们主要是类脂物，它的表面与蛋白质有极强的结合力，故始终存有蛋白分子层。

正常蔗汁中的微细粒子都是被蛋白质覆盖的，这有很重要的意义。它决定了这些微粒在各种条件下凝聚的规律。bennett测出蔗汁(未加热)在不同条件下微粒的凝聚率，说明它是和蛋白质的凝聚规律一致的：在ph3.5左右凝聚率最高，不含钙离子的汁在 ph6以上的凝聚率很低，但含钙的特别是增加了磷酸和石灰的蔗汁，在此ph以上的凝聚率再次升高。

正常蔗汁中的蛋白质大部分在加灰加热时凝结，它与悬浮微粒的上述作用有助于使各种微粒形成较粗大的凝结物，便于分离除去。蛋白质的这种作用有效地提高了蔗汁的澄清性能。

在各种有机胶体物质中，蛋白质比其他胶体易于凝结。如果甘蔗或蔗汁不新鲜，其中的蛋白质逐渐水解，澄清时凝结的比例下降，蔗汁的澄清状况就变差。bennett的研究说明，这些蔗汁中的微粒可能吸附其他负电胶体，表面性质变得类似羧基胶体，它们较难凝结，就导至澄清困难。

蛋白质在变性以前，对悬浮微粒的覆盖保护是相当牢固的。但蛋白质变性凝结后，如遇到激烈的机械冲击或强烈的沸腾，微粒表面的蛋白膜会破裂，其内部的在高温下呈熔融状态的蔗脂、蔗蜡会部分分散出来，形成乳浊液，使清汁变浑浊，并在液面上生成大量的泡沫(早期使用间歇式的沉淀箱，入汁时的冲击就明显产生此问题)。这些物质降低产品的质量，妨碍糖汁的过滤和蔗糖的结晶。要注意避免这种情况。