Одним из важнейших показателей качества продукции, определяющим ее пищевую ценность, является содержания белка. Классическим способом определения белка является метод, разработанный еще в 1883 году датским химиком Иоганном Кьельдалем, который впоследствии был назван его именем. Это очень трудоемкий и продолжительный анализ, и потому в современной лабораторной практике метод Кьельдаля часто пытаются заменить альтернативными методами определения белка, в том числе, с использованием дорогостоящих программно-аппаратных комплексов. Но метод Кьельдаля, несмотря на его сложность, до сих пор остается единственным общепризнанным арбитражным методом определения белка, и чаще всего используется в качестве эталонного для калибровки и настройки других методик анализа сырья и готовой продукции.
Почему же методу Къельдаля, не смотря на более чем 120-летнюю историю, до сих пор не найдено достойной альтернативы? Причиной тому — высокая специфичность выбранной реакции окисления белка серной кислотой, в результате которой разрушаются пептидные связи в его молекуле и образуются ионы аммония, которые в последующем и могут быть легко проанализированы стандартными методами. Однако воспроизводимость и точность метода Кьельдаля в существенной степени зависит от опыта аналитика. Стремясь свести к минимуму влияние человеческого фактора на результаты анализа, ускорить выполнение методики и повысить ее безопасность, ведущие производители аналитического оборудования разработали специализированные комплекты оборудования для анализа по методу Кьельдаля. Метод включает в себя несколько основных этапов: отбор и подготовку проб, мокрое озоление, отгонку с паром и определение концентрации аммония (фотометрически или титриметрически). Для каждого этапа предусмотрены свои аппаратные решения, которые в настоящее время фактически стали стандартом де-факто и практически полностью заменили действия, выполняемые лаборантом вручную.
Этап 1. Отбор и подготовка проб. Необходимое условие получения точных результатов анализа по Кьельдалю — тщательная подготовка образцов. Процедура подготовки проб должна обеспечивать гомогенизацию образца, т. к. размер частиц в анализируемых пробах не должен превышать 1 мм. Взвешивание образцов для последующего анализа по Къельдалю должно проводиться на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. Важно знать влажность образца и всегда анализировать либо предварительно высушенные образцы, либо образцы с точно установленным содержанием влаги.
Этап 2. Мокрое озоление. Самым трудоемким и продолжительным этапом в методе Кьельдаля является стадия мокрого озоления, в результате которого происходит полное «сжигание» образца в серной кислоте. Однако использовать для озоления чистую серную кислоту нецелесообразно из-за низкой скорости протекания процесса. Скорость озоления и разрушения образца зависят не только от свойств кислоты, но и от температуры обработки. Чем выше температура, тем меньше времени уходит на разложение. При использовании чистой серной кислоты температура озоления ограничивается, в основном, её точкой кипения (338°С), в то время как для полного разложения необходима более высокая температуры. Скорость мокрого озоления можно значительно увеличить за счет добавления солей и катализаторов. В классическом приборе Кьельдаля на каждый грамм образца обычно необходимо 25 мл кислоты и несколько часов для проведения разложения. Основной эксплуатационной проблемой для данной стадии анализа является выделение большого количества ядовитых паров диоксида и триоксида серы.
Этап 3. Отгонка с паром. Полученный после стадии разложения прозрачный раствор не годится для непосредственного определения в нем аммонийного азота из большого содержания мешающих компонентов. Для отделения аммонийного азота он переводится в аммиачную форму (добавлением щелочи) и отгоняется с паром на специальных приборах, называемых дистилляторами.
Этап 4. Определения содержания аммонийного азота. Результаты по определению белка принято представлять в мг/л аммонийного азота, поэтому метод определения белка по Кьельдалю (что более распространено в пищевой промышленности) часто еще называют методом определения общего азота по Кьельдалю (используется, например, в экологическом анализе). Пересчет на содержание белка осуществляется по известному коэффициенту, который в общем случае равен 6.25, но может несколько отличаться для различных типов белка. Перегоняемый с паром аммиак собирается в колбе, в которую предварительно помещают раствор борной или серной кислоты с известной нормальностью. Полученный чистый раствор бората или сульфата аммония может быть легко оттитрован прямым или обратным методом.
В рамках этой статьи вполне осознано не рассматривались другие методики определения белка, поскольку все они вторичны и требуют калибровки по методу Кьельдаля. Несмотря на кажущуюся сложность комплекса оборудования для определения белка по Кьельдалю, использование именного этого метода анализа гарантирует достоверность результатов, в то время как предложенное приборное решение позволяет существенно увеличить воспроизводимость, снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала.
Специалистами ФГБУ «Центральная научно-производственная ветеринарная радиологическая лаборатория» проводится определение белка по методу Къельдаля в пищевых продуктах и кормах с помощью автоматической установки для разложения KJELDATHERM GERHARDT и автоматической установки для перегонки с водяным паром VAPODEST-20 GERHARDT.
источник
МЕТОД КЬЕЛЬДАЛЯ
Классическим способом определения белка в зерне пшеницы является метод, разработанный в 1883 г. датским химиком Иоганном Кьельдалем. Это очень трудоемкий и продолжительный анализ, поэтому в современной лабораторной практике метод Кьельдаля часто пытаются заменить альтернативными методами, в том числе с использованием дорогостоящих программно-аппаратных комплексов.
Но метод Кьельдаля до сих пор остается единственным общепризнанным методом определения белка и чаще всего используется в качестве эталонного для калибровки и настройки других методов определения массовой доли белка и приборов для экспресс-анализа.
Набор «стекла» для определения белка методом Кьельдаля есть практически в каждой лаборатории, а альтернативные методики применяются только как вспомогательные при очень большом количестве ежедневных анализов. Для предприятия, только начинающего становление своей лаборатории,безусловно, предпочтительным является использование именно метода Кьельдаля. Метод стандартизован (ГОСТ 10846-91«Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка»). Более чем столетняя практика применения метода Кьельдаля не нашла ему достойной альтернативы, поскольку он позволяет с высокой точностью определять количество азота, являющегося составной частью белков. Метод включает в себя несколько основных этапов: отбор и подготовку проб, мокрое озоление, отгонку с паром и определение концентрации аммония (фотометрически или титриметрически).
Процедура подготовки образца должна обеспечивать максимальную однородность, что повышает точность и воспроизводимость результата.Самым трудоемким и продолжительным этапом в методе Кьельдаля является стадия мокрого озоления образца в серной кислоте, при которой выделяется большое количество ядовитых паров диоксида и триоксида серы. Полученный после стадии разложения прозрачный раствор не годится для определения в нем аммонийного азота из-за большого содержания компонентов раствора.
Для отделения аммонийного азота он переводится в аммиачную форму (добавлением щелочи) и отгоняется с паром на дистилляторе. Дистилляторы могут также использоваться для отгонки аммонийного азота непосредственно из образцов без их предварительного разложения, что позволяет выделить содержание аммонийного азота из общего азота по Кьельдалю.
За окончательный результат определения азота принимается среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Расхождение между ними не должно превышать следующей величины: 0.051+0,014х, где X— среднее арифметическое параллельных измерений. Умножив полученную величину на коэффициент К=5,7 (для пшеницы), получаем значение допускаемого расхождения в пересчете на белок.
Пересчет на содержание белка осуществляется по известному коэффициенту,который в общем случае равен 6,25, но может несколько отличаться для различных типов белка. Несмотря на кажущуюся сложность комплекса оборудования для определения белка методом Кьельдаля, использование именно этого метода анализа гарантирует достоверность результатов. Ведущие фирмы по созданию лабораторных приборов выпустили экспресс анализаторы, позволяющие максимально механизировать процесс разложения и титрования раствора. Такое оборудование позволяет существенно увеличить воспроизводимость результатов, снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала. Однако стоимость самих приборов составляет десятки тысяч евро (в отличие от набора стеклянных сосудов и холодильников).
Нестандартизованный в России, однако применяемый на договорных условиях при экспортных операциях, метод Дюма имеет широкое распространение в Европе и Америке. Метод разработан Ж. Дюма в 1831 году.
При этом методе навеску анализируемого органического соединения сжигают в кварцевой трубке в атмосфере СО 2 в присутствии СuО и металлической Сu. Объем выделившегося N 2 , измеряют в азотометре (градуированном сосуде), после чего рассчитывают содержание азота в анализируемом образце. Образующиеся наряду с азотом СО, СО 2 ,О 2 , Н 2 0, оксиды азота связываются в трубке (медью или ее оксидом) или поглощаются водным раствором щелочи, которым заполнен азотометр. В настоящее время разработаны и другие модификации этого метода. Например, анализируемое вещество сжигают в вакууме, продукты поступают в слой твердого Мg (СlO 4 ) 2 , затем в раствор щелочи и измерительный сосуд для установления объема выделившегося N2.
Иногда к навеске вещества добавляют различные окислители (NIO, РЬО, или их смесь в соотношении 1:1. АgМnО4, Со2О3, и другие), которые способствуют более полному и быстрому разложению вещества. Для определения объема N2, применяют инструментальные методы, в том числе газовую хроматографию. Существуют полуавтоматические приборы-анализаторы, позволяющие определять содержание азота одновременно с содержанием углерода и водорода. Основные преимущества метода Дюма (азот по Дюма) по сравнению с методом Кьельдаля (азот по Кьельдалю):
- исключена работа с такими агрессивными реагентами, как концентрированная серная кислота и шелочь. Длявыполнения анализа по методу Дюма требуются только неагрессивные и неядовитые реагенты — окислители и восстановители: окись меди или медь, вольфрам, а также газы О2 и СО2
- нет необходимости постоянно следить за кипящей кислотой в стеклянных сосудах, которые часто растрескиваются во время анализа или при их переносе. Таким образом, метод Дюма безопасен и не требует дорогостоящей утилизации отходов после проведения анализа.
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Хорошей альтернативой титриметрии может стать фотометрическое определение аммонийного азота при помощи готовых реактивов в спектрофотометрах и фотометрах. Этот метод позволяет получить результат за считанные минуты. Например, в память спектрофотометра занесены разные методики определения аммонийного азота и азота по Кьельдалю, методы определения целого ряда металлов, различных форм азота и фосфора, практически всех важнейших анионов.
МЕТОД БИК-СПЕКТРОСКОПИИ
В настоящее время во многих странах мира для оперативного (экспрессного) анализа целого ряда показателей качества некоторых видов сельскохозяйственной продукции широко применяется метод спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК спектроскопия). Инструментальную базу спектрального анализа составляют ИК-анализаторы и спектрофотометры.
- значительное сокращение времени на проведение анализа;
- существенная экономия энергоресурсов;
- применение недорогостоящих расходных материалов и химических реактивов;
- менее жесткие требования к квалификации обслуживающего персонала, производящего рутинные измерения (по сравнению с их коллегами, осуществляющими традиционные лабораторные методы анализа).
От редакции
За полтора года действия ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» накопилось много теоретических и практических вопросов, касающихся определения важнейших показателей качества зерна пшеницы — влажности, количества и качества клейковины, содержания белка. О проблемах определения количества клейковины мы писали в МОС № 11 -2008, С. 34—35. Данный материал посвящен определению массовой доли белка.
источник
Компания «RBAnalytica» располагает внушительным опытом поставок данных систем, и на личном опыте описывает данный метод и шаги работы.
Доброго времени суток, Уважаемые коллеги!
Вот еще один успешный запуск поставляемого нами оборудования ! Не разглашая коммерческую тайну, без имен и городов, предлагаем Вам ознакомиться с нашим кратким экскурсом и фотоотчетом.
Что же такое «Метод Кьельдаля» ?
Метод Кьельдаля — единственный общепризнанный арбитражный метод определения белка был разработан в 1883 году пивоваром Иоганном Кьельдалем.
Сущность методики заключается в том, что образец продукта разлагается (сжигается) серной кислотой в присутствии катализатора, после чего полученный после разложения связанный в виде сульфата аммония азот, определяется титрованием. В таком виде метод все еще используется и сегодня, хотя существует ряд усовершенствований для ускорения процесса и получения более точных результатов
Почему же методу Къельдаля, не смотря на более чем 130-летнюю историю, до сих пор нет достойной альтернативы? Причиной тому — высокая специфичность выбранной реакции окисления белка серной кислотой, в результате которой разрушаются пептидные связи в его молекуле и образуются ионы аммония, которые затем могут быть легко проанализированы стандартными методами. Однако воспроизводимость и точность метода Кьельдаля в существенной степени зависит от опыта аналитика. Стремясь свести к минимуму влияние человеческого фактора на результаты анализа, ускорить выполнение методики и повысить ее безопасность, ведущие производители аналитического оборудования разработали специализированные комплекты оборудования для анализа по методу Кьельдаля. Метод включает в себя несколько основных этапов:
-отгонку с паром и определение концентрации аммония
1 этап. Минерализация:
Для превращения органического азота в аммонийную соль используется метод мокрого озоления (минерализация) исходного продукта концентрированной серной кислотой.
Использование специализированных приборов минерализаторов для озоления в концентрированной серной кислоте преследует следующие цели:
Скорость минерализации сильно зависит от температуры реакции. В обычном классическом методе Кьельдаля поддержание температуры на уровне 400-450оС – серьезная проблема, легко решаемая при использовании специально разработанного минерализатора (Дигестора)
На личном опыте, смею советовать использование Минерализатора в 2 этапа (для избежания вспенивания пробы)
· Сжигаем пробу на протяжении 30 мин при температуре 250 С
· Сжигаем пробу на протяжении 40 мин при температуре 420 С
Для безопасности собственного здоровья, рекомендую использовать (Нейтрализатор)Скруббер в связке с рециркуляционным насосом
С этим оборудованием, Вы так же можете ознакомится на нашем сайте
2 этап. Отгонка аммиака
Для разложения сульфата аммония, добавляется избыток щелочи( 33%), и аммиак отгоняется с водяным паром. Отогнанный аммиак поглощается борной кислотой.
Дистилляционные аппараты предназначены для количественной отгонки аммиака и добавления необходимых количеств реактивов и полностью соответствуют требованиям, прописанным в официальных методиках анализа. Автоматизация всех позволяет сократить время дистилляции одной пробы до 5 минут. Например, автоматические дистилляторы после установки пробирки в рабочее положение (пробирка должна быть не горячей, но и не остывать,что бы проба не кристаллизовалась, оптимальная температура примерно 35-40 С, остудить до того пока пробирку можно взять в руку) управляют множеством процессов: разбавление образца, добавление щелочи, отгонка в течение заданного времени с заданной мощностью
3 этап. Титрование.
Если ежедневное количество проб при определении белка не большое, то будет достаточно самого простого варианта: магнитная мешалка и бюретка (она может быть обычная стеклянная или цифровая).
Несмотря на сложность комплекса оборудования для определения белка по Кьельдалю,использование именного этого метода анализа гарантирует достоверность результатов, в то время как предложенное приборное решение позволяет существенно увеличить воспроизводимость,снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала.
Преимущества PLURIMA от других производителей. (На наш взгляд)
На сегодняшний день, ряд производителей аппаратов Къельдаля самый разнообразный, после общения с практиками, решил поделится и с Вами, а чем же PLURIMA лучше остальных?
· Газоотводная система (пристройка над колбами в минерализаторе) производители других марок допускают ошибку не придавать внимание мелочам, которые в итоге играют не малую роль при выборе прибора, так и в нашем случае, слишком твердые уплотнители над колбами через некоторое время не закрывают собой колбу, в виду чего испарения серной кислоты попадают во внешнюю среду, уплотнитель должен быть мягкий, для лучшего уплотнения колбы. (советую обращать на это внимание)
· Доступное меню на большом сенсорном дисплее — в меню буквально расписаны все необходимые Вам шаги для получения максимально быстрого и качественного результата
· Автоматизация процессов — даже в младшем модельном ряде, производитель постарался вместить максимум автоматизации процесса, а именно добавление щелочи и очистка колбы, а так же промывка системы для очистки остатков ранее проведенного анализа.
Не по наслышке, а собственноручно убедился в этом лично. Желаю Вам хороших приобретений и правильного выбора. Обращайтесь к нам за консультациями, за помощью и за советом!
С уважением,технический директор «RBAnalityca»
источник
А знаете ли вы, что……
метод Кьельдаля, несмотря на его сложность, до сих пор остается единственным общепризнанным арбитражным методом определения белка!
Метод был разработан в 1883 году пивоваром Иоганном Кьельдалем. Сущность методики заключается в том, что образец продукта разлагается (сжигается) серной кислотой в присутствии катализатора, после чего полученный после разложения связанный в виде сульфата аммония азот определяется титрованием. В таком виде метод все еще используется и сегодня, хотя существует ряд усовершенствований для ускорения процесса и получения более точных результатов.
Метод Кьедаля очень трудоемкий и затратный по времени, поэтому в современной лабораторной практике метод часто пытаются заменить альтернативными методами определения белка. Но метод Кьельдаля, несмотря на его сложность, до сих пор остается единственным общепризнанным арбитражным методом определения белка, и чаще всего используется в качестве эталонного для калибровки и настройки других методик анализа. По этой причине аппараты для определения белка по методу Кьельдаля есть практически в каждой лаборатории по анализу пищевой продукции.
Почему же методу Къельдаля, не смотря на более чем 130-летнюю историю, до сих пор нет достойной альтернативы? Причиной тому — высокая специфичность выбранной реакции окисления белка серной кислотой, в результате которой разрушаются пептидные связи в его молекуле и образуются ионы аммония, которые затем могут быть легко проанализированы стандартными методами. Однако воспроизводимость и точность метода Кьельдаля в существенной степени зависит от опыта аналитика. Стремясь свести к минимуму влияние человеческого фактора на результаты анализа, ускорить выполнение методики и повысить ее безопасность, ведущие производители аналитического оборудования разработали специализированные комплекты оборудования для анализа по методу Кьельдаля. Метод включает в себя несколько основных этапов: подготовку проб, мокрое озоление, отгонку с паром и определение концентрации аммония (фотометрически или титриметрически). Для каждого этапа предусмотрены свои аппаратные решения, которые в настоящее время практически полностью заменили действия, выполняемые лаборантом вручную.
МЕТОД КЬЕЛЬДАЛЯ И РЕКОМЕНДУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Для превращения органического азота в аммонийную соль используется метод мокрого озоления (минерализация) исходного продукта концентрированной серной кислотой.
Использование специализированных приборов для озоления в концентрированной серной кислоте преследует следующие цели:
а) скорость минерализации сильно зависит от температуры реакции. В обычном классическом методе Кьельдаля поддержание температуры на уровне 400-450 о С – серьезная проблема, легко решаемая при использовании специально разработанного минерализатора фирмы Velp Scientifica. Время реакции снижается в несколько раз.
б) полнота и скорость озоления сильно зависит от воспроизводимости температурных режимов. Специальные дигесторы Velp Scientifica полностью решают эту проблему благодаря микропроцессорному контролю температуры и специальной конструкции нагревательных гнезд.
в) в стандартном методе Къельдаля озоление серии из нескольких образцов требует значительного пространства на рабочем столе. В небольшом корпусе специализированного дигестора Velp Scientifica можно одновременно анализировать серии из 6, 8, 12 или 20 проб.
Для разложения сульфата аммония добавляется избыток щелочи, и аммиак отгоняется с водяным паром. Отогнанный аммиак поглощается борной кислотой.
Дистилляционные аппараты Velp Scientifica предназначены для количественной отгонки аммиака и добавления необходимых количеств реактивов и полностью соответствуют требованиям, прописанным в официальных методиках анализа.
Автоматизация всех позволяет сократить время дистилляции одной пробы до 3-4 минут.
Например, автоматический дистиллятор UDK 159 после установки пробирки в рабочее положение управляет всеми процессами: разбавление образца, добавление щелочи, отгонка в течение заданного времени с заданной мощностью, добавление в титровальную ячейку борной кислоты, колориметрическое титрование, удаление остатков дистилляции, расчет результатов анализа. Управление осуществляется через сенсорный дисплей, данные всех проведенных анализов сохраняются в памяти прибора, запуск всех процессов производится одной кнопкой в соответствии с выбранной программой.
Если ежедневное количество проб при определении белка не большое, то будет достаточно самого простого варианта: магнитная мешалка и бюретка (она может быть обычная стеклянная или цифровая). Для титрования большого количества проб и для повышения точности результатов рекомендуется использовать внешние автоматические титраторы, которые можно подключить к UDK 149 или использовать полностью автоматический дистиллятор UDK 159, со встроенным колориметрическим титратором.
Несмотря на сложность комплекса оборудования для определения белка по Кьельдалю, использование именного этого метода анализа гарантирует достоверность результатов, в то время как предложенное приборное решение позволяет существенно увеличить воспроизводимость, снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала.
источник
При выборе наиболее оптимального метода определения белка в пищевых продуктах особое внимание следует уделить его безопасности для оператора и окружающей среды, времени анализа, вопросу подготовки специалиста, соответствию международным стандартам и пр. Кроме того, выбор должен базироваться на возможностях лаборатории в подборе оборудования, соответствующего поставленным задачам.
Метод был разработан в 1883 году датским химиком Иоганном Кьельдалем в лаборатории Carlsberg. Он позволяет количественно определять содержание органического белка в пробе. Основан на разрушении пептидной связи с последующим высвобождением молекулы азота и его количественного анализа с помощью титрования.
Классический метод Кьельдаля предусматривает три простых этапа: разложение, дистилляцию и титрование. После титрования использованное количество титранта соответствует концентрации азота, который был в образце. Перерасчет на белок происходит с помощью коэффициента перерасчета F (6,25 = 0,16 г азота на 1 г белка). Полное время анализа одного составляет образца составляет около 2 часов. Метод достаточно чувствительный, предел определения – 0,1 мг азота.
Нагреватели, колбы, стеклянные холодильники – когда метод только открыли, все исполнялось исключительно в ручном режиме. Сегодня же все три этапа – разложение, дистилляция и титрование – могут быть легко выполнены с помощью автоматических систем для анализа белка по Кьельдалю:
- Минерализатора для разложения образца.
- Дистиллятора для отгонки аммиака.
- Скруббера для нейтрализации газов.
- Это референтный метод, который соответствует всем международным стандартам.
- Доступность оборудования, возможность поэтапной комплектации. Например, сначала можно приобрести анализатор, а потом дистиллятор.
- Все современные приборы анализа белка по методу ИК-спектрометрии калибруются на основе метода Кьедаля как эталонного.
Создан химиком Жаном Батистом Дюма в 1848 году. Метод обеспечивает определение общего азота в образце благодаря его полному сжиганию в сфере кислорода. Является альтернативой методу Кьельдаля. Но кроме органического определяет еще и неорганический азот.
Как и по Кьельдалю, так и по Дюма используются коэффициенты пересчета азота на белок. После открытия метод Дюма широкого распространения не получил. Возможно из-за того, что физически выполнить его сложнее. Он предполагает очень высокую температуру сгорания – около 1000-1300 ⁰С.
Сегодня различные производители предлагают анализаторы по этому методу. Как они работают?
Вы берете образец (достаточно 100 мг, чтобы провести анализ) и заворачиваете его в фольгу. Он сгорает при высокой температуре. Далее образец восстанавливается в следующей камере, где есть соединения меди. Потом азот проходит очищение: побочные продукты сгорания абсорбируются путем прохождения через скрубберы. В результате получаем чистый восстановленный азот, который определяется с помощью детектора теплопроводимости (TCD).
- Нет необходимости использовать прекурсоры, а значит, оформлять горы документации.
- Отсутствие потери азота на стадии переноса образцов.
- Существенно короче время анализа, включая этап пробоподготовки: Дюма – до 1 часа, Кьельдаля – до 3 часов.
- Исключение ошибки оператора. Забота о его здоровье и состоянии окружающей среды.
Метод Кьельдаля
Инфракрасное излучение с помощью светофильтров открыл Уильям Гершель в 1800 году. Прорыв в NIR-спектрометрии был сделан благодаря работе Уильяма Эбнея и Эдварда Фестинга. Они первыми сняли ИК-спектр органической жидкости в диапазоне 1-1,2 µм в 1881 году.
В основе метода лежит пропускание или отражение в ближнем инфракрасном диапазоне и последующее сравнение полученного спектра с результатами базы данных калибровок.
- Значительное меньшие затраты времени по сравнению с другими методами: полный анализ можно сделать за 10 минут.
- За короткое время можно получить большое количество показателей.
- Отсутствие расходных материалов или реактивов.
- Малые затраты труда.
- Высокая точность может быть достигнута постоянным усовершенствованием калибровок.
Этот метод наиболее востребован на производстве цельнозерновых, комбикормов и мукомольной продукции.
Лидер среди предлагаемого на рынке оборудования NIR-спектрометрии – Infratec 1241/Nova от компании FOSS. Наличие в приборе большой базы калибровок, а также специальных модулей и кювет позволяет очень точно определять: влажность, белок, жир, зольность, клейковину, крахмал, бушельный вес, абсорбционную способность муки после помола и многие другие показатели.
Этап | Продукты/Напитки | Корма для животных |
R&D | Разработка продукта | Разработка рецептуры |
Хранение | Определение качества сырья, проверка товаров | Определение качества сырья, проверка товаров |
Производство | Контроль промежуточных этапов производства | Оптимизация рецептуры |
Готовая продукция | Проверка соответствия состава маркировке | Соответствие маркировке |
Особенно важно использовать эффективный экспресс-метод для готовой продукции. Это дает возможность за короткий промежуток времени увидеть, насколько завершенным является ваш конечный продукт.
- Метод ИК-спектрометрии предполагает анализ без разрушения образца.
- Отсутствует пробоподготовка, а результаты вы получите уже через 20-40 секунд.
- При анализе содержания белка методом ИК-спектрометрии не нужны расходные материалы.
- Нет необходимости специально обучать оператора – все операции здесь предельно просты.
- Прибор вы можете использовать как в лаборатории, так и на производстве.
- Отсутствие прекурсоров и вреда для окружающей среды избавляет от необходимости оформления большого количества документов.
- В отличие от двух других описанных методов ИК-спектрометрия не предполагает использования высоких температур.
Обозначения | Кьельдаля | Дюма | ИК-спектрометрия |
Представление образца | Разрушение (сжигание) | Разрушение (сжигание) | Без разрушения |
Пробоподготовка | Да | Да | Отсутствует |
Время анализа | 2-4 ч | 5 мин (подготовка – 1 час) | 20-40 с |
Необходимость расходных материалов | Да | Да | Отсутствует |
Подготовка специалиста | Высокая | Высокая | Низкая или отсутствует |
Место анализа | Лаборатория | Лаборатория | Лаборатория или производство |
Необходимость прекурсоров | Да | Нет | Нет |
Работа с высокой температурой | Да (420 ⁰С) | Да (900 ⁰С) | Нет |
Вред для окружающей среды | Высокий | Средний | Отсутствует |
Таким образом, владея полной информацией о возможностях и недостатках каждого метода и оценив задачи и объем работы собственной лаборатории, производитель сможет выбрать наиболее подходящий метод количественного определения белка и соответствующее оборудование для его надлежащего выполнения. А значит – доказать качество и установить правильную цену на свою продукцию.
Анар Рахметов,
эксперт группы пищевых технологий
источник
На протяжении последних лет отечественная пищевая промышленность развивается весьма динамично. Эта тенденция является, несомненно, позитивной, потому что предопределяет формирование зрелого внутреннего рынка пищевых продуктов, усиление конкуренции и, как следствие, повышение их качества. Действительно, при возможности широкого выбора претендовать на потребительский спрос может лишь тот товар, который отвечает высоким требованиям качества. Вот почему в последние годы производители продуктов питания уделяют все более пристальное внимание вопросам контроля за качеством сырья и конечного продукта, причем не только давно известные, но и молодые предприятия, с первых ступеней развития бережно относящиеся к своей репутации.
Одним из важнейших показателей качества продукции, определяющим ее пищевую ценность, является содержание белка. Классическим способом определения белка является метод, разработанный еще в 1883 году датским химиком Иоганном Кьельдалем, который в последствии был назван его именем. Это очень трудоемкий и продолжительный анализ, и потому в современной лабораторной практике метод Кьельдаля часто пытаются заменить альтернативными методами определения белка, в том числе, с использованием дорогостоящих программно-аппаратных комплексов. Но метод Кьельдаля, несмотря на его сложность, до сих пор остается единственным общепризнанным арбитражным методом определения белка, и чаще всего используется в качестве эталонного для калибровки и настройки других методик анализа сырья и готовой продукции. По этой причине аппараты для определения белка по методу Кьельдаля есть практически в каждой лаборатории по анализу пищевой продукции, а альтернативные методики применятся только как вспомогательные при очень большом количестве ежедневных анализов. Для предприятия, только начинающего становление своей лаборатории, безусловно, предпочтительным является именно метод Кьельдаля.
Почему же методу Къельдаля, не смотря на более чем 120-летнюю историю, до сих пор не найдено достойной альтернативы? Причиной тому – высокая специфичность выбранной реакции окисления белка серной кислотой, в результате которой разрушаются пептидные связи в его молекуле и образуются ионы аммония, которые в последующем и могут быть легко проанализированы стандартными методами. Однако воспроизводимость и точность метода Кьельдаля в существенной степени зависит от опыта аналитика. Стремясь свести к минимуму влияние человеческого фактора на результаты анализа, ускорить выполнение методики и повысить ее безопасность, ведущие производители аналитического оборудования разработали специализированные комплекты оборудования для анализа по методу Кьельдаля. Метод включает в себя несколько основных этапов: отбор и подготовку проб, мокрое озоление, отгонку с паром и определение концентрации аммония (фотометрически или титриметрически). Для каждого этапа предусмотрены свои аппаратные решения, которые в настоящее время фактически стали стандартом де-факто и практически полностью заменили действия, выполняемые лаборантом вручную.
Необходимое условие получения точных результатов анализа по Кьельдалю – тщательная подготовка образцов. Процедура подготовки проб должна обеспечивать гомогенизацию образца, т. к. размер частиц в анализируемых пробах не должен превышать 1 мм. Однородность образца повышает воспроизводимость метода, а также позволяет уменьшить объём пробы. Обычно при использовании частиц малых размеров повышается скорость озоления. Для измельчения мягких образцов (таких как субстрат или сами грибы) рекомендуется использование специальных лабораторных мельниц, но чаще всего бывает достаточно обычной кофемолки. Взвешивание образцов для последующего анализа по Къельдалю должно проводиться на аналитических весах с точностью до 0,1 мг, например KERN ALS 120-4. Важно знать влажность образца и всегда анализировать либо предварительно высушенные образцы, либо образцы с точно установленным содержанием влаги. Для определения содержания влаги рекомендуется использовать термогравиметрические анализаторы, такие как KERN MRS 120-3 или его аналоги, имеющие погрешность на уровне 0.05-0.1%.
Самым трудоемким и продолжительным этапом в методе Кьельдаля является стадия мокрого озоления, в результате которого происходит полное “сжигание” образца в серной кислоте. Однако использовать для озоления чистую серную кислоту нецелесообразно из-за низкой скорости протекания процесса. Скорость озоления и разрушения образца зависят не только от свойств кислоты, но и от температуры обработки. Чем выше температура, тем меньше времени уходит на разложение. При использовании чистой серной кислоты температура озоления ограничивается, в основном, её точкой кипения (338°С), в то время как для полного разложения необходима более высокая температуры. Скорость мокрого озоления можно значительно увеличить за счет добавления солей и катализаторов. В классическом приборе Кьельдаля на каждый грамм образца обычно необходимо 25 мл кислоты и несколько часов для проведения разложения, в то время как, например, в блочных термореаторах серии DK (пр-ва итальянской фирмы VELP), благодаря повышенной температуре разложения (420°С) и оптимизации процесса термообработки, для разложения 1 грамма вещества требуется в среднем 30 минут и лишь 10 мл кислоты. Термореактор DK позволяет не только снизить расход серной кислоты, но и уменьшить расход гидроксида натрия, используемого для последующей нейтрализации разложившегося образца. Основной эксплуатационной проблемой для данной стадии анализа является выделение большого количества ядовитых паров диоксида и триоксида серы. Для сбора и нейтрализации вредных выбросов рекомендуется использовать специальный поглотитель, такой как скрюбер SMS, и вакуумный насос, например, кольцевой водоструйный насос JP. Эффективность системы SMS+JP настолько высока, что позволят использовать термореакторы DK без вытяжного шкафа, хотя наличие последнего все же желательно.
Полученный после стадии разложения прозрачный раствор не годится для непосредственного определения в нем аммонийного азота из большого содержания мешающих компонентов. Для отделения аммонийного азота он переводится в аммиачную форму (добавлением щелочи) и отгоняется с паром на специальных приборах, называемых дистилляторами. Компания VELP, один из ведущих производителей это типа аппаратов, предлагает несколько вариантов дистилляторов, отличающихся уровнем автоматизации и функциональным наполнением: от простейшего UDK126D с ручным управлением, который используется при необходимости проведения нескольких определений белка в день, до полностью автоматического программируемого UDK152 со встроенным фотометрическим титратором, производительность которого составляет до 20 проб в час и позволяет полностью исключить участие оператора на 3-ем и 4-ом этапах анализа. Дистилляторы могут также использоваться для отгонки аммонийного азота непосредственно из образцов без их предварительного разложения, что позволяет выделить содержание аммонийного азота из общего азота по Кьельдалю.
Результаты по определению белка принято представлять в мг/л аммонийного азота, поэтому метод определения белка по Кьельдалю (что более распространено в пищевой промышленности) часто еще называют методом определения общего азота по Кьельдалю (используется, например, в экологическом анализе). Пересчет на содержание белка осуществляется по известному коэффициенту, который в общем случае равен 6.25, но может несколько отличаться для различных типов белка. Перегоняемый с паром аммиак собирается в колбе, в которую предварительно помещают раствор борной или серной кислоты с известной нормальностью. Полученный чистый раствор бората или сульфата аммония может быть легко оттитрован прямым или обратным методом. Если ежедневно производится анализ небольшого количество проб, то можно довольствоваться обычным бюреточным титрованием, но для титрования большого количества проб и для повышения точности результатов рекомендуется использовать автоматические титраторы. Хорошей альтернативой титриметрии может стать фотометрическое определение аммонийного азота при помощи готовых реактивов. Так компания HACH-LANGE предлагает спектрофотометры и фотометры серии DR, которые комплектуются наборами реагентов, позволяющих получить результат за считанные минуты. Например, в память спектрофотометра DR/2500 помимо 5 различных методик определения аммонийного азота и азота по Кьельдалю, занесено еще более 100 различных методов определения целого ряда металлов, различных форм азота и фосфора, практически всех важнейших анионов.
В рамках этой статьи вполне осознано не рассматривались другие методики определения белка, поскольку все они вторичны и требуют калибровки по методу Кьельдаля. Несмотря на кажущуюся сложность комплекса оборудования для определения белка по Кьельдалю, использование именного этого метода анализа гарантирует достоверность результатов, в то время как предложенное приборное решение позволяет существенно увеличить воспроизводимость, снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала. Указанные в качестве примеров модели приборов характеризуются, прежде всего, приемлемой ценой, высокой надежностью и, главное, имеют большой практический опыт эксплуатации на множестве пищевых производств в различных регионах России, хотя для реализации метода Кьельдаля конечно могут использовать приборы и других производителей, выбор которых зависит от предпочтений и финансовых возможностей конкретной лаборатории.
источник
excel, 171 Кб. От 30 сентября, 2019
Здесь содержится самая разная информация,
в основном для обслуживания сайта.
|