Белок по методу Кьельдаля

Определение общего азота и белка по Кьельдалю

Метод Кьельдаля используется во всем мире как стандарт для анализа содержания азота и белка в продуктах питания, кормах, ингредиентах кормов и напитках. Наиболее часто проводимые анализы — это белок кукурузы, ячменя, пшеницы, семян, а также белок в молоке, пиве, печенье, колбасах, мясе и муке. 

В  1883 году датский ученый-химик Иоганн Кьельдаль впервые опубликовал описание изобретенного им метода количественного определения азота в органических веществах. Метод обладал несомненными преимуществами: был прост в исполнении, не требовал много времени, дорогих реактивов и приспособлений для анализа, показывал точные и воспроизводимые результаты. Со временем изобретенный Кьельдалем метод стал эталонным для анализа содержания белка. Этапы метода Кьельдаля с тех пор не изменились,  однако существенно преобразился способ анализа. Развитие технологий позволило усовершенствовать и полностью автоматизировать процессы, ранее выполняемые вручную. Автоматические приборы для определения белка по Кьельдалю позволяют значительно уменьшить влияние человеческого фактора, обеспечивают высокий уровень точности результатов и безопасность работы для операторов. 

Основные этапы определения массовой доли белка по Кьельдалю

При определении азота и белка с помощью метода Кьельдаля выделяют три основных этапа: 

• Минерализация — “мокрое” озоление образца с помощью концентрированной серной кислоты

Цель процедуры разложения — разорвать все азотные связи в образце и преобразовать весь органически связанный азот в ионы аммония (NH₄+). В оригинальном методе Кьельдаля образец смешивают с серной кислотой и кипятят при температуре от 350 до 380 °C в течение нескольких часов. Скорость минерализации может быть значительно увеличена добавлением солей калия или натрия и катализаторов. Сульфат калия добавляется для повышения температуры кипения серной кислоты, а катализаторы ускоряют окисление. Использование катализатора позволяет повысить температуру до 420 ºC, сокращая время разложения примерно до одного часа. Большинство лабораторий используют предварительно приготовленные таблетки катализатора Кьельдаля, чтобы сэкономить время и снизить риск ошибок. Как правило, таблетка содержит 97–99 % соли и 1–3 % катализатора или смеси катализаторов (соли меди, соединения селена, оксид титана и др.), а также дополнительные компоненты для предотвращения вспенивания. 

• Дистилляция (отгонка аммиака с водяным паром) 

В процессе минерализации образуется раствор сульфата аммония, который необходимо превратить в свободный аммиак. Для этого используется реакция с концентрированной щелочью. Полученный в результате аммиак отгоняют с помощью дистилляции с водяным паром в приемник с кислотой.  

• Титрование 

Количественное определение выделившегося аммиака проводится с помощью колориметрического или потенциометрического титрования. Как правило, если в приемнике для аммиака находится слабая кислота (борная), то титрование проводят сильной кислотой — соляной или серной. Если аммиак отгоняют в сильную кислоту (HCl или H₂SO₄), ее избыток титруют сильным основанием (раствором NaOH).

Как определить содержание белка по Кьельдалю: детально о методе

Для реализации метода Кьельдаля в полуавтоматическом и автоматическом режиме используются блочные дигесторы, которые одновременно позволяют проводить минерализацию до нескольких десятков образцов, а также дистилляторы с подключаемыми внешними титраторами или полностью автоматизированные анализаторы с встроенными системами титрования. Как происходит определения массовой доли белка по Кьельдалю в таких приборах?

На стадии минерализации навеска измельченного образца переносится в пробирку, туда же добавляется катализатор. Затем в пробирку наливается концентрированная серная кислота, и пробирки размещаются в дигесторе (минерализаторе). Сверху над пробирками устанавливают пароуловитель, подключенный к скрубберу для нейтрализации паров серной кислоты. Полностью закрытая система не позволяет никаким вредным веществам проникать в воздух. В дигесторе образцы сжигаются при 420 ^оС. В процессе минерализации под действием серной кислоты при нагревании образуется сульфат аммония. После завершения минерализации штатив с колбами охлаждается, при этом скруббер работает ещё некоторое время, для того чтобы окончательно собрать все летучие вещества, которые образуются в процессе минерализации. Далее, в пробирку с образцом подается раствор щелочи. При действии избытка щелочи из сульфата аммония выделяется аммиак. В результате дистилляции с водяным паром аммиак поступает в приемную колбу с раствором кислоты и индикаторами. Дальше происходит процесс титрования образовавшегося раствора либо раствором соляной/серной кислоты, либо щелочью в зависимости от методики. 

Метод Кьельдаля позволяет с высокой точностью количественно определять азот и белок в органических веществах и широко применяется в пищевой, сельскохозяйственной промышленности, для анализа почв, поверхностных и сточных вод, удобрений. 

Преимущества анализаторов азота по Кьельдалю фирмы OPSIS LiquidLINE 

Одни из лучших приборов для автоматического определения белка по методу Кьельдаля выпускает OPSIS LiquidLINE — подразделение известной шведской корпорации OPSIS. Компания разработала оригинальные технические решения для всех стадий анализа:

• минерализаторы (дигесторы) различных моделей с ручными или автоматическими подъемниками, которые позволяют существенно облегчить работу и снизить риски для операторов
• автосамплер, который автоматически передает пробы после минерализации в дистиллятор, максимально увеличивая пропускную способность и экономя время оператора
• автоматические/полуавтоматические дистилляторы для перегонки с паром с возможностью подключения к различным внешним титраторам
• полностью автоматизированный анализатор с встроенной системой титрования.

Широкий выбор моделей приборов OPSIS LiquidLINE позволяет подобрать оптимальный вариант под любые запросы лаборатории. 

Кроме того, компания-разработчик предоставляет уникальную возможность расширения функциональных возможностей анализаторов KjeLROC. Внедряя пакет обновления, можно легко провести модернизацию приборов от базовой конфигурации до системы с расширенными характеристиками. Это значительно сокращает материальные затраты лабораторий, поскольку стоимость обновления значительно меньше, чем приобретение нового прибора с аналогичными возможностями. Такое решение помогает лабораториям повысить производительность и расширить диапазон аналитической работы с гораздо меньшими ресурсами.  

OPSIS LiquidLINE сумела привнести инновации в эталонный метод Кьельдаля, которому уже без малого полтора века. Разработчики обеспечили полную автоматизацию процесса, добились беспрецедентной точности анализа благодаря уникальной функции прогнозирующего титрования. Системы OPSIS обладают высокой производительностью, легко обмениваются данными с различными устройствами и интегрируются в LIMS, что обеспечивает значительное повышение эффективности лаборатории.