牛奶與豆漿為何加醋後會凝固？
書上說：蛋白質遇酸會凝聚，請問老師，若蛋白質遇到鹼性物質也會凝聚嗎?
牛奶與豆漿為何加醋後會凝固？
自中式早餐店常見的鹹豆漿與一般的豆漿不同，鹹豆漿是以豆漿添加白醋後，湯汁中有許多結塊的蛋白質。另一方面，若將醋添加至牛奶中，也會引發牛奶產生結塊的沉澱物。為何豆漿與牛奶這兩類富含蛋白質的溶液，加入酸性物質後會引發凝固的現象？所有蛋白質溶液皆是如此嗎？
一、酸鹼值會影響蛋白質的電荷
蛋白質是由胺基酸所組成，胺基酸分子中含有胺基、羧基與側鏈，側鏈的種類決定了胺基酸的種類。在不同的酸鹼值環境中，胺基酸分子中的胺基、羧基與側鏈會呈現不同的電荷情形，一般而言，在越偏向酸性的溶液中，胺基酸所帶的電荷越偏正電荷；反之，在越偏向鹼性的溶液中，胺基酸所帶的電荷越偏負電荷(圖一)，而不同種類的胺基酸，因側鏈的種類不同，在不同的酸鹼值溶液中所帶的電荷亦不同。
圖一 在不同酸鹼值的溶液中，不同胺基酸的帶電荷情形示意圖。
分子結構式中的A與B分別代表胺基酸A與胺基酸B的側鏈。
不同的蛋白質是由不同種類與數量的胺基酸所組成，故不同種類的蛋白質在不同的酸鹼值溶液中所帶的電荷亦不同(圖二)。當特定蛋白質在特定酸鹼值的溶液中，其攜帶的淨電荷為0(正電荷數量等於負電荷數量)，該pH值稱為該蛋白質的等電點(Isoelectric Point, pI)。
圖二 在不同酸鹼值的溶液中，不同蛋白質的帶電荷情形示意圖。
二、蛋白質處於等電點時容易沉澱
蛋白質所攜帶的電荷情形會影響蛋白質分子之間的作用力，進而影響蛋白質在溶液中的溶解度。當溶液中蛋白質分子的淨電荷皆帶同一電性(例如淨電荷皆為正電)，會因分子間相斥而分離，產生溶於水的現象；但當某蛋白質溶液的pH值達該蛋白質的等電點，則蛋白質分子的淨電荷為0，分子皆不會有相斥的現象，且蛋白質分子之間不同的電荷的區域可相互吸引，使得蛋白質分子凝聚而沉澱(圖三中的等電點)。
圖三 蛋白質溶液的pH值在等電點時，易產生蛋白質沉澱的示意圖。
四、為何豆漿或牛奶加酸會引發沉澱
豆漿中富含大豆蛋白，大豆蛋白在不同酸鹼值的溶液中，其溶解度不同(圖四)，其原理即為上述「蛋白質在等電點時易產生蛋白質沉澱」。大豆蛋白的等電點大約在pH 4.2至4.6，在pH值為4.5時其溶解度最小，約為7%；在強酸或鹼性溶液中，大豆蛋白的溶解性增加(王等人，2012)。一般豆漿的pH值約為6.8至7.0，在此酸鹼值狀態下，大豆蛋白的靜電荷為負電，再加入酸之後，pH值下降至大豆蛋白的等電點(pH = 4.5)，引發大豆蛋白沉澱結塊。
圖四 大豆蛋白在不同pH值之溶液中的溶解度(修改自：王等人，2012)。
同樣的原理，牛奶中富含酪蛋白(casein)，酪蛋白在不同酸鹼值的溶液中，也表現出不同的溶解度(圖五)，酪蛋白的等電點大約在pH 4.6。一般牛奶的pH值是6.6，因此可知酪蛋白在牛奶中帶負電(Ibrahim and Ateteallah, 2019；Strange, et al., 1994)，再加入酸之後，pH值下降至酪蛋白的等電點(pH = 4.6)，引發酪蛋白沉澱結塊。
圖五 水牛、綿羊與山羊乳汁中的酪蛋白，在不同pH值溶液中的溶解度(%)(修改自：Ibrahim and Ateteallah, 2019)。
Casein(2020, November 26). In Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved December 18, 2020, from https://en.wikipedia.org/wiki/Casein
Ibrahim, F. and Ateteallah, H. 2019. Assessment some Function Properties of Acid Casein in Different Types of Milk. J. Food and Dairy Sci. 10(6): 171-173
Strange, E., Van Hekken, D., Holsinger, V., 1994. Effect of sodium chloride on the solubility of caseins. J. Dairy Sci. 77, 1216-1222.
王中江，江連洲，魏冬旭，李楊，王辰，李丹，2012。pH值對大豆分離蛋白構象及表面疏水性的影響。食品科學，33(11)，47-51。
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