基于杜马斯原理的N/蛋白分析

正如国际食品饲料行业标签法规和研究设施所述，蛋白质总含量的计算是质量控制和蛋白质声明的重要手段。

蛋白质含量可以直接与产品特性和类别相关，例如，面团特性，泡沫发展，啤酒的味道，或者淀粉和无麸质淀粉之间的变化。在各种应用中，独立于基质的蛋白质分析是至关重要的。理论上，蛋白质定量是通过一系列特定的和非特定的物理和化学反应来实现的，随后进行适当的检测。

由于需要全自动方法，以满足行业标准，在现代实验室运营中已经广泛接受了两种不同的方法，以计算总蛋白质含量。这些是Kjeldahl的湿化学方法和Dumas的高温燃烧方法。近红外光谱（NIRS）可用作次级分析方法，但该过程需要校准主要方法。

超过一个世纪，Kjeldahl方法是最常用的方法和行业标准，用于测定食品总蛋白质含量。作为涉及湿化学品的分析，需要过度的时间和劳动力成本，以及涉及有毒和危险化学品。

在现代时代，这对于基于安全和经济动机来说是不可取的。正是由于这个原因，近来，Kjeldahl方法越来越多地被杜马斯原则所取代。

燃烧与湿化学

杜马斯原理依赖于在950°C的含氧环境中样品向不同气体的定量转换。在整个燃烧阶段，样品中的总氮量被转化为氮氧化物，氮氧化物随后冷凝成氮气，用热导传感器测量。

在这种量化之前，所有其他燃烧气体（包括剩余氧气）都被限制或吸收。分析可以在短短4分钟内进行。图1展示了Elementar最先进的N /蛋白分析仪的功能原理RAPPE超过，这通过EAS RESEAINER的就业，通过就业提供每次分析的成本大大降低^®技术。

图1。利用EAS REGAINER技术实现了快速N超的功能原理。

在凯氏定氮原理的初始阶段，样品在420°C下用浓硫酸和催化剂消化90分钟。在整个过程中，样品中的氮转化为硫酸铵。

在接下来的步骤中，在铵溶液中添加氢氧化钠。释放出来的氨被蒸馏出来，密封在硼酸溶液中。最后，用硫酸或盐酸滴定硼酸铵络合物。这两个步骤总共大约需要5分钟。一个完整的分析需要大约100分钟来考虑初始消化步骤和所需的加热和冷却时间。

方法的可比性

虽然KJELDAHL和DUMAS方法的关键方法彼此完全不同，但它们共享计算样品的总氮含量的相同最终目标。对于食物样品，已经明确建立了氮气和蛋白质含量之间的线性关系。

因此，通过使用适当的因子，可以将氮浓度转化为蛋白质含量。该因素不同，并且是不同蛋白质和它们的氨基酸结构的相对量（参见表1）。既不区分蛋白质和非蛋白质氮。

表1。为不同的样品基质选择因素。

在大多数情况下，通过杜马斯法得到的结果略高于凯氏定氮法。这是通过杜马斯方法对凯氏定氮的高回收率的结果。

有大量的科学研究可提供Kjeldahl和Dumas方法之间的比较，用于广泛种类的不同样品类型。当考虑到两种方法中计算的蛋白质含量仅基于估计，选择重大护理的计算因素至关重要。

如Simonne等人所建议。¹对于特定的食物组，可以使用合适的系数进行凯氏定氮和杜马斯值之间的转换，如Željko等。²证明，对于大多数情况，两种方法之间没有统计学上的显著差异。

吞吐量和工作量

大仲马分析样品的制备是快速和容易的。样品被测量到锡杯，覆盖和定位在快速N超过的自动进样器。对于快速的MAX N超过，样品在被放置在自动进样器之前被测量到可再填充的不锈钢坩埚中。

对于两种情况，可以在60秒的样品制备下进行初始测量。由于快速MAX N超过高达90个样本位置，因此可以在没有操作员监督的情况下执行超过7小时的运行。因此，最多可以在标准日常生活中确定200个样本。

相反，为了制备凯氏定氮分析的样品，不仅需要称量样品，还需要添加精确数量的硫酸溶液和催化剂片。如前所述，总的分析时间因此至少为100分钟。

凯氏定氮分析仪的日产量可以通过批处理来提高。这种方法可以允许每批多达20个样品，因为进行整个批次的蒸馏/滴定阶段所需的时间与消化步骤所需的时间相匹配。因此，凯氏定氮分析仪的最终日样品限量设置为每天100(图1)。

虽然这两个步骤都是自动进行的，但两个模块之间的手动样品传输是不可避免的，因此，分析仪在没有操作员支持的情况下总共只能运行100分钟。

图2。与杜马斯和凯氏分析仪进行比较。

成本分析

燃烧仪器常规使用加热金属如铜或钨，以将剩余的氧气和冷凝形成的氮氧化物结合到n²．在这种情况下，还原金属遭受腐蚀，通常将其变成一种不活跃的金属氧化物，在考虑整个气体分析大约200 - 300个样品。因此，还原金属和载气是主要的成本因素。

Elementar独有的EAS REGAINER技术可将金属寿命缩短5倍，同时将维护要求降低到原来的5倍。考虑到建议的最终用户价格，每次分析的价格在快速N超过的情况下约为0.25欧元，快速最大N超过的情况下为0.49欧元，包括所有必要的试剂和气体。

提高凯氏定氮分析成本的主要因素是购买化学品的费用，以及处理这些化学品的人员成本和安全处理这些化学品的费用。这导致每次分析的总成本约为6.00欧元。

如表2所示，2000个样品的典型kjeldahl方法导致高达560升的化学废物，与快速N的仅430g固体的差异量相比。

表2。2000个样品试剂使用情况比较。

EAS reainer试剂在分析过程中完全用完，因此不会留下任何固体废物。需要注意的是，劳动力成本到目前为止还没有被纳入计算中。Dumas方法允许每天分析两倍的样品，比凯氏法少1/3的工作时间。

标准使用DUMAS方法

从凯氏定氮法向大仲马法的转变也导致了全球有效的标准越来越多，根据大仲马原理对蛋白质总含量的测定进行分类。

表3。最重要的国际和国家标准清单。

总结

已经证明，在样品加工，化学废物量，实验室安全，劳动强度和每次分析成本，杜马斯方法具有多种明显的良好益处。此外，杜马斯的高自动化程度降低了错误的风险。

使用Elementar最先进的N/Protein分析仪，与传统的Dumas分析仪相比，每次分析的成本大大降低。即使只有10个每天的样本，快速的N超过是一个经济上可靠的投资。它还为样品未来的潜在增长提供了安全性和信心。

考虑到这一切，凯氏分析仪入门级机器的低初始投资成本不再被认为是购买的关键原因。

来源和进一步阅读

1. Simonne, a.h.， e.h.， Eitenmiller, r.r.， Mills, h.a.， Cresman III, C.P. 1997。杜马斯法能否取代凯氏法测定食品中氮和粗蛋白?粮食与农业科学杂志，73:39亚博老虎机网登录-45。
2. Željko,点,桑德拉M.J,纳德ž哒,B.P,Željko, n .Ć。、Milica m .Ž。关键词:肉制品，总氮，keldahl法，Dumas法，近红外法

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