Определение белка в пищевых продуктах: сравнение методов Дюма и Кьельдаля

Какой способ определения белка лучше? Чтобы дать обоснованный ответ на этот вопрос в статье, подробно сравним методы, в частности, по критериям точности, безопасности, производительности, стоимости и особенностей эксплуатации. Также можете посмотреть видео.

Классика или популярность?

Содержание белка является одним из важнейших показателей качества, определяющих его пищевую ценность. Классическим способом определения белка является метод Кьельдаля, но в последнее время все большую популярность приобретает метод Дюма. Итак, Дюма или Кьельдаль? Сегодня мы попробуем найти ответь на этот вопрос.

Какой из методов арбитражный?

Оба этих метода – и Дюма, и Кьельдаля – являются официальными, то есть арбитражными методами. Что это значит? Что они признаны и одобрены ведущими мировыми органами и организациями и их результаты не подлежат сомнению.

Но здесь необходимо сделать одно уточнение. В Украине на сегодняшний день для большинства пищевых продуктов арбитражным считается все же метод Кьельдаля. В то время как в Европе и Штатах в последние десятилетия все большую популярность приобретает именно метод Дюма, постепенно вытесняя метод Кьельдаля. Почему – Вы поймете далее. На сегодняшний день в Украине происходит активная гармонизация наших методик с европейскими и американскими. Поэтому есть уверенность в том, что в ближайшее время и у нас метод Дюма будет признан арбитражным.

Дюма: история метода

Метод был разработан французским химиком Жаном-Батистом Дюма. Ученый изобрел его в 1831 году во время учебы. Впоследствии метод был назван в его честь. Что интересно: метод был изобретен гораздо раньше, чем метод Кьельдаля, но из-за сложностей с его реализацией – отсутствие газов надлежащей чистоты, необходимых реагентов и катализаторов – не получил популярности. Постепенно метод был модифицирован и автоматизирован. Были разработаны автоматические приборы для его реализации. С этого момента метод Дюма и начал конкурировать с методом Кьельдаля как с арбитражным методом определения белка в пищевых продуктах.

Из каких же этапов состоит метод Дюма?

• Начинается, соответственно, с пробоподготовки. Этот этап достаточно прост. Для твердых образцов – их необходимо просто размолоть до крупности помола 0,5 мм. Для жидких – перемешать.
• Далее идут основные этапы. Это сжигание образца при температуре более 1000 ^оС. После чего образец распадается на элементарные частицы, такие как оксиды азота, вода и углекислый газ.
• Далее наступает этап восстановления, во время которого оксиды азота окисляются, и на выходе остается чистый азот, вода и углекислый газ.
• Затем из полученной смеси извлекается углекислый газ и вода. Остается чистый азот, который, собственно говоря, и определяется. Зная количество азота, мы можем узнать количество белка, умножив количество азота на соответствующий коэффициент.

Как это реализовано в приборе производства Velp Scientifica?

• Проба, завернутая в алюминиевую фольгу, попадает в реактор сгорания, который представляет собой кварцевую трубку, заполненную катализатором. В реакторе находится сборник золы, в котором, собственно, и происходит сгорание образца.
• Далее продукты сгорания проходят через ловушку воды, где остается более 90% воды, и попадают в реактор восстановления.
• Реактор восстановления заполнен специальным катализатором (активированной алюминиевой стружкой). Оксиды азота окисляются, и на выходе остается чистый азот с углекислым газом и водой.
• Далее газ попадает в еще одну ловушку воды и ловушку для углекислого газа.
• После чего мы получаем чистый азот, который и определяется детектором теплопроводности.

Линейка приборов для реализации метода Дюма от Velp Scientifica

Итальянская компания Velp Scientifica имеет почти 40-летний опыт разработки, производства и дистрибуции высококачественного аналитического лабораторного оборудования на международном рынке и представлена сетью дистрибьюторов в более чем 90 странах по всему миру.

В линейке Velp Scientifica есть два прибора для реализации метода Дюма: NDA701 и NDA702.

Эти приборы почти идентичны и имеют лишь одно отличие: NDA701 в качестве газа-носителя может использовать только гелий, в то время как NDA702 – и гелий, и аргон.

Также производитель предлагает все необходимые аксессуары и реагенты, необходимые для проведения анализа. Это оловянная фольга, кварцевые реакторы, сборники золы, кварцевая вата, катализаторы, калибровочные стандарты, а также дополнительные аксессуары для облегчения работы оператора.

Кварцевые реакторы – одноразовые. Поэтому оператору просто необходимо через определенное количество анализов заменить тот или иной реактор, предварительно заполненный определенным катализатором. Все реагенты, которые используются при анализе, нетоксичны.

Как видим, анализаторы очень удобны и безопасны для работы. Не требуют высокой квалификации оператора. А главное, приборы компании Velp Scientifica сегодня являются самым доступным решением для реализации метода Дюма на украинском рынке. Обеспечивая при этом премиальное качество оборудования и высокую точность результатов.

Кьельдаль: история метода

Переходим к методу Кьельдаля. Метод был разработан датским химиком Йоханом Кьельдалем в конце XVIII в., когда он работал в лаборатории Карлсберга. Перед ним была поставлена ​​задача разработать быстрый, с хорошей воспроизводимостью метод определения белка в зерне. Это было необходимо для устранения определенных технологических проблем в процессе пивоварения, связанных с различным содержанием белка в исходном сырье. Он с этой задачей успешно справился и изобрел метод, который позже также был назван в его честь. Благодаря высокой точности, воспроизводимости и простоте реализации метод сразу приобрел популярность и широкое применение. И на сегодняшний день является наиболее известным и широко применяемым методом по определению белка в пищевых продуктах во всем мире.

Из каких этапов состоит метод Кьельдаля?

Как и метод Дюма, метод Кьельдаля состоит из трех основных этапов: минерализация, дистилляция, титрование. И для каждого из этих этапов необходимы отдельные приборы, а именно: минерализатор, паровой дистиллятор и титратор. Но уже есть приборы, которые объединяют в себе процесс дистилляции и титрования.

Образец кипит в концентрированной серной кислоте (96–98%) при температуре выше 400 ^оС в присутствии катализатора. В результате чего весь органический азот превращается в сульфат аммония. В дальнейшем нас будет интересовать именно эта составляющая нашей смеси. Дело в том, что метод Кьельдаля, как и метод Дюма, определяет непосредственно содержание азота. И только узнав содержание азота, мы можем посчитать содержание белка.

Далее переходим к этапу дистилляции, который заключается в том, что в пробирку с минерализованным образцом добавляется щелочь, которая реагирует с сульфатом аммония, в результате чего образуется аммиак, который в газообразной форме с помощью пары отгоняется из пробирки в приемную колбу, заполненную борной кислотой с индикаторами. Борная кислота связывает весь попадающий в нее аммиак. Образуется так называемая боратная соль.

И теперь можно переходить к этапу титрования. Его суть заключается в следующем. В приемной колбе есть индикаторы, реагирующие на изменение кислотности раствора. Мы начинаем добавлять в приемную колбу кислоту, которая в свою очередь начинает связываться с аммиаком. Пока аммиака достаточно, для того чтобы связывать всю добавляемую кислоту, кислотность раствора не меняется. Когда весь аммиак связан, дальнейшее добавление кислоты приводит к повышению кислотности раствора, на что реагируют индикаторы, которые изменяют его цвет. Оператор понимает, что процесс титрования необходимо завершать.

По количеству кислоты, которая была потрачена на титрование, рассчитывают содержание азота, а затем и содержание белка, умножив количество азота на определенный коэффициент.

Оборудование для реализации метода Кьельдаля от компании Velp Scientifica

Перечень достаточно большой. Есть две серии минерализаторов: полуавтоматический и автоматический. Вместимостью от 6 до 20 колб. Все минерализаторы благодаря наличию процессора обеспечивают равномерный нагрев образцов.

Также представлено 5 видов дистилляторов от полуавтоматических до автоматических, оборудованных колориметрическим титратором и автосамплером для обеспечения максимальной производительности. Данные приборы имеют ряд уникальных особенностей, а именно:

1. Титановый конденсатор, который обеспечивает температуру дистиллята всегда ниже порогового значения, составляющего 35 ^оС. Нарушение этого требования может напрямую влиять на результаты анализа.
2. Запатентованный парогенератор, не требующий технического обслуживания.
3. Фторопластовый каплеотбойник, который работает значительно дольше, чем стеклянный.

Все оборудование отличается высокими эксплуатационными характеристиками, которые могут подтвердить наши клиенты! Ведь каждый год мы реализуем десятки систем для реализации метода Кьельдаля от компании Velp Scientifica в лабораториях предприятий пищевой отрасли.

Давайте сравним эти два метода

Проанализируем следующие критерии: точность, безопасность, производительность, инвестиции и эксплуатация.

Точность

Если говорить о точности, то мы видим, что предел обнаружения лучше у метода Дюма. В то же время оба метода обеспечивают отличную воспроизводимость.

Также следует отметить, что метод Кьельдаля определяет только органический азот, в то время как метод Дюма – и органический, и неорганический. Поэтому, как правило, метод Дюма дает более высокие результаты, чем метод Кьельдаля. Хотя не всегда. Ведь если мы говорим о неорганическом азоте, то это, как правило, нитраты и нитриты. А их в исследуемом образце может или не быть вообще, либо они могут быть в очень небольших количествах. Например, если мы говорим о зерновых культурах, то нитраты и нитриты концентрируются в стебле растения, а в зерне присутствуют в очень небольшом количестве или отсутствуют вообще.

Безопасность

Если говорить о безопасности, то несомненное преимущество на стороне Дюма. Ведь реализация этого метода не требует использования прекурсоров, так называемой мокрой химии. Все реагенты являются нетоксичными и не требуют специальных разрешений для их использования. Правда для реализации этого метода Вам необходимы будут газы высокой чистоты, а именно – кислород для сжигания образца и гелий или аргон в качестве газа-носителя.

Время анализа и производительность

Что касается времени анализа, то мы видим, что используя метод Кьельдаля, первые результаты мы получаем только через два часа. Используя же метод Дюма – через 3-4 минуты. Но здесь следует отметить, что используя, например, 20-позиционный минерализатор, менее чем за 4 часа можно проанализировать 20 образцов. Используя метод Дюма, нам понадобится всего 3-4 минуты для анализа одного образца.

По производительности. Если говорить о методе Кьельдаля, то она напрямую зависит от емкости минерализатора и степени автоматизации дистиллятора и может колебаться в пределах от 18 до 60 анализов в день. Например, используя минерализатор DK6 и дистиллятор UDK129 – это будет 18 анализов в день, используя DKL20 и UDK159 – до 60 анализов в день. Метод Дюма позволяет проводить до 120 анализов в день. Также следует обратить внимание на то, что метод Кьельдаля позволяет одновременно анализировать только образцы с одинаковой матрицей в партии, в то время как метод Дюма – с различными матрицами.

Инвестиции

На рисунке Вы можете сравнить цифры. Но следует отметить, что стоимость автоматической системы для реализации метода Кьельдаля может достигать 26 тыс. евро, а оборудованная автосамплером будет даже дороже, чем анализатор Дюма.

Эксплуатация

Здесь также полное преимущество на стороне Дюма.

• Реализация метода Кьельдаля состоит из нескольких последовательных операций. Работает только в сериях. Нельзя одновременно минерализировать различные виды образцов. Даже самая автоматизированная система требует вмешательства оператора.
• Если мы говорим о Дюма, то оператору необходимо лишь подготовить и взвесить образец. Все этапы анализа происходят в автоматическом режиме. Прибор может работать непрерывно и одновременно с различными типами образцов. Не требует присмотра оператора.

Если у Вас возникли вопросы, обращайтесь к специалистам ХЛР: info@apk.hlr.ua, +380 (67) 218-71-98.