Білок за методом К'єльдаля

Визначення загального азоту та білка за К'єльдалем

Метод К'єльдаля використовується в усьому світі як стандарт для аналізу вмісту азоту та білка в продуктах харчування, кормах, інгредієнтах кормів та напоях. Аналізи, які проводяться найчастіше, — це білок кукурудзи, ячменю, пшениці, насіння, а також білок у молоці, пиві, печиві, ковбасах, м'ясі та борошні.

У 1883 році датський вчений-хімік Йоганн К’єльдаль вперше опублікував опис винайденого ним методу кількісного визначення азоту в органічних речовинах. Метод мав безперечні переваги: ​​був простий у виконанні, не вимагав багато часу, дорогих реактивів і обладнання для аналізу, показував точні та відтворювані результати. Згодом винайдений К'єльдалем метод став еталонним для аналізу вмісту білка. Етапи методу К'єльдаля з того часу не змінилися, проте суттєво змінився спосіб аналізу. Розвиток технологій дозволив вдосконалити та повністю автоматизувати процеси, що раніше виконувались вручну. Автоматичні прилади для визначення білка за К'єльдалем значно зменшують вплив людського фактора, забезпечують високий рівень точності результатів та безпеку роботи для операторів.

Основні етапи визначення масової частки білка за К'єльдалем

При визначенні азоту та білка за допомогою методу К'єльдаля виділяють три основні етапи:

• Мінералізація — “мокре” озолення зразка за допомогою концентрованої сірчаної кислоти

Мета процедури розкладання — розірвати всі азотні зв'язки у зразку та перетворити весь органічно зв'язаний азот на іони амонію (NH₄+). В оригінальному методі К'єльдаля зразок змішують із сірчаною кислотою і кип'ятять при температурі від 350 до 380 °C протягом декількох годин. Швидкість мінералізації може бути значно збільшена додаванням солей калію або натрію та каталізаторів. Сульфат калію додається для підвищення температури кипіння сірчаної кислоти, а каталізатори прискорюють окислення. Використання каталізатора дозволяє підвищити температуру до 420 ºC, скорочуючи час розкладання приблизно до однієї години. Більшість лабораторій використовують попередньо приготовлені таблетки каталізатора К'єльдаля, щоб заощадити час та знизити ризик помилок. Як правило, таблетка містить 97–99 % солі та 1–3 % каталізатора або суміші каталізаторів (солі міді, сполуки селену, оксид титану та ін.), а також додаткові компоненти для запобігання спінюванню.

• Дистиляція (відгін аміаку з водяною парою)

У процесі мінералізації утворюється розчин сульфату амонію, який необхідно перетворити на вільний аміак. Для цього використовується реакція з концентрованим лугом. Отриманий в результаті аміак відганяють за допомогою дистиляції з водяною парою до приймача з кислотою.

• Титрування

Кількісне визначення аміаку, що виділився, проводиться за допомогою колориметричного або потенціометричного титрування. Як правило, якщо в приймачі для аміаку знаходиться слабка кислота (борна), то титрування проводять сильною кислотою — соляною або сірчаною. Якщо аміак відганяють у сильну кислоту (HCl або H₂SO₄), її надлишок титрують сильною основою (розчином NaOH).

Як визначити вміст білка за К'єльдалем: детально про метод

Для реалізації методу К'єльдаля в напівавтоматичному та автоматичному режимі використовуються блокові дигестори, які одночасно дозволяють проводити мінералізацію декількох десятків зразків, а також дистилятори з зовнішніми титраторами або повністю автоматизовані аналізатори з вбудованими системами титрування. Як відбувається визначення масової частки білка за К'єльдалем у таких приладах?

На стадії мінералізації наважка подрібненого зразка переноситься в пробірку, туди ж додається каталізатор. Потім у пробірку наливається концентрована сірчана кислота, і пробірки розміщуються в дигесторі (мінералізаторі). Зверху над пробірками встановлюють уловлювач пари, підключений до скрубера для нейтралізації парів сірчаної кислоти. Повністю закрита система не дозволяє ніяким шкідливим речовинам проникати у повітря. У дигесторі зразки спалюються за температури 420 ^оС. У процесі мінералізації під дією сірчаної кислоти під час нагрівання утворюється сульфат амонію. Після завершення мінералізації штатив з колбами охолоджується, при цьому скрубер працює ще деякий час, щоб остаточно зібрати всі леткі речовини, які утворюються в процесі мінералізації. Далі, у пробірку із зразком подається розчин лугу. При дії надлишку лугу із сульфату амонію виділяється аміак. В результаті дистиляції з водяною парою аміак надходить у приймальну колбу з розчином кислоти та індикаторами. Далі відбувається процес титрування розчину, що утворився, або розчином соляної/сірчаної кислоти, або лугом в залежності від методики.

Метод К’єльдаля дозволяє з високою точністю кількісно визначати азот та білок в органічних речовинах і широко застосовується у харчовій, сільськогосподарській промисловості, для аналізу ґрунтів, поверхневих та стічних вод, добрив.

Переваги аналізаторів азоту за К'єльдалем фірми OPSIS LiquidLINE

Одні з найкращих приладів для автоматичного визначення білка за методом К'єльдаля випускає OPSIS LiquidLINE — підрозділ відомої шведської корпорації OPSIS. Компанія розробила оригінальні технічні рішення для всіх стадій аналізу:

• мінералізатори (дигестори) різних моделей з ручними або автоматичними підйомниками, які дозволяють суттєво полегшити роботу та знизити ризики для операторів
• автосамплер, який автоматично передає проби після мінералізації в дистилятор, максимально збільшуючи пропускну спроможність та заощаджуючи час оператора
• автоматичні/напівавтоматичні дистилятори для перегонки з парою з можливістю підключення до різних зовнішніх титраторів
• повністю автоматизований аналізатор із вбудованою системою титрування.

Широкий вибір моделей приладів OPSIS LiquidLINE дозволяє підібрати оптимальний варіант під будь-які запити лабораторії.

Крім того, компанія-розробник надає унікальну можливість розширення функціональних можливостей аналізаторів KjeLROC. Використовуючи пакет оновлень, можна легко провести модернізацію приладів від базової конфігурації до системи з розширеними характеристиками. Це значно скорочує матеріальні витрати лабораторій, оскільки вартість оновлення значно менша, ніж придбання нового приладу з аналогічними можливостями. Таке рішення допомагає лабораторіям підвищити продуктивність та розширити діапазон аналітичної роботи з набагато меншими ресурсами.

OPSIS LiquidLINE вдалося привнести інновації в еталонний метод К'єльдаля, якому вже майже півтора століття. Розробники забезпечили повну автоматизацію процесу, досягли безпрецедентної точності аналізу завдяки унікальній функції прогнозуючого титрування. Системи OPSIS мають високу продуктивність, легко обмінюються даними з різними пристроями та інтегруються в LIMS, що забезпечує значне підвищення ефективності лабораторії.