N/蛋白质分析与杜马斯原理

正如食品和饲料行业的国际标签法规所示以及研究设施，蛋白质含量的计算是一种重要的质量控制和蛋白质声明的方法。

蛋白质含量可以直接与产品的特性和分类有关，例如，面团的特性、泡沫的发展、啤酒的味道，或者淀粉和无谷蛋白淀粉之间的差异。在各种应用中，非基质蛋白分析是至关重要的。理论上，蛋白质定量是通过一系列特异性和非特异性的物理和化学反应，然后进行适当的检测来实现的。

由于需要满足工业标准的全自动方法，两种不同的方法在现代实验室操作中被广泛接受，用于计算总蛋白质含量。这两种方法分别是凯氏湿化学法和杜马斯高温燃烧法。近红外光谱(NIRS)可以作为一种次要的分析手段，但这一过程需要一个主要的校准方法。

一个多世纪以来，凯氏定氮法一直是测定食品中总蛋白质含量最常用的方法和行业标准。作为一项涉及湿化学品的分析，它需要过多的时间和劳动力成本，以及涉及有毒和危险化学品。

在现代，无论是出于安全考虑还是出于经济考虑，这都是不可取的。正是由于这个原因，近年来凯耶达尔法逐渐被杜马斯原则所取代。

燃烧与湿化学

杜马斯原理依赖于样品在950°C的含氧环境中定量转换成不同气体种类。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，并用热导传感器进行测量。

在此量化之前，所有其他燃烧气体，包括多余的氧气，被限制或吸收。分析可以在四分钟内完成。图1展示了Elementar最先进的N/蛋白质分析仪的功能原理，通过使用EAS REGAINER，大大降低了每次分析的成本^®技术。

图1所示。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，用浓硫酸和催化剂在420℃下消化90min。在整个过程中，样品中的氮被转化为硫酸铵。

对于以下阶段，铵溶液用氢氧化钠补充。释放释放的氨并在硼酸的溶液中密封。要完成，硼酸铵配合物用硫酸或盐酸滴定。这两个步骤总共大约五分钟。完整的分析需要大约100分钟才能考虑具有所需加热和冷却时间的初始消化步骤。

可比性的方法

虽然凯氏定氮法和杜马斯法的关键方法截然不同，但它们的最终目标都是计算样品中的总氮含量。对于食品样品，氮和蛋白质含量之间的线性关系已经明确确立。

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。为不同的样本矩阵选择因素。

在大多数情况下，通过杜马斯方法实现的结果略微高于KJELDAHL方法的结果。这是通过对Kjeldahl的Dumas方法进行优异的氮气恢复的结果。

有大量的科学研究可以对凯氏定氮法和杜马法进行比较，以确定各种不同的样本类型。考虑到两种方法计算的蛋白质含量都是基于估计值，谨慎选择计算因子是至关重要的。

如Simonne等人所建议的那样。¹对于特定的食物组，可以进行使用合适系数的kjeldahl和杜马斯值之间的转换，如željko等人。²证明，在大多数情况下，两种方法之间没有统计学上的显著差异。

吞吐量和工作量

为仲马分析准备样品是快速和容易的。样品被测量到锡杯中，盖上并放置在快速N超的自动进样器中。对于快速超过MAX N的样品，在放置到自动进样器之前，将样品测量到可重新填充的不锈钢坩埚中。

在两种情况下，初始测量都可以在60秒以下的样品制备过程中进行。随着最高速率提供多达90个样品位置，可以在没有操作人员监督的情况下运行超过7小时。因此，在一个标准的日常程序中，多达200个样品可以被测定。

相反，为了为kjeldahl分析制备样品，不仅需要称量样品，而且还需要加入精确量的硫酸溶液和催化剂片剂。如前所述，总分析时间为至少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样品多达20个，因为进行整个批的蒸馏/滴定阶段所需的时间与消化步骤所需的时间相匹配。凯氏定氮分析仪的每日样品极限被设定为每天100个(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本传输是不可避免的，因此，分析仪只能在没有运营商支持的情况下运行100分钟。

图2。比较典型的日常操作与杜马斯和凯氏定氮分析仪。

成本分析

燃烧仪器通常使用加热的金属，如铜或钨，结合剩余的氧，并将形成的氮氧化物浓缩成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，当考虑整个气体分析时，遵循大约200 - 300个样品。因此，还原金属和载气是主要的成本因素。

Elementar的独家EAS Regainer技术提供了更高五倍的减少金属寿命，同时减少维护要求最多五倍。考虑到建议的最终用户价格，每项分析的价格总计约0.25欧元，速率迅速超过0.49欧元的快速最高，占所有必要的试剂和气体。

在KJELDAHL分析中推动成本的主要因素是购买化学品的费用，以及处理它们的员工成本及其安全处置。这导致每分析约6.00欧元的总成本。

如表2所示，用凯氏定氮法处理2000个样品，其化学废料量高达560升，而快速氮超标的固体废料量只有430克。

表2。试剂用法对2000个样品的比较。

EAS REGAINER试剂在分析过程中完全耗尽，因此不会留下任何固体废物。需要指出的是，到目前为止，劳动力成本尚未纳入计算。杜马斯法允许每天分析两倍多的样品，比凯氏定氮法少1/3的工作时间。

使用杜马斯方法的标准

远离Kjeldahl方法朝向Dumas方法的转变还占全球越来越多的有效标准，该标准根据Dumas原理分类了总蛋白质含量的测定。

表3。最重要的国际和国家标准清单。

总结

已经证明，在样品处理、化学废物的数量、实验室安全、劳动强度和每次分析的成本方面，杜马斯方法比凯氏定氮法有许多明显的优点。此外，Dumas的高度自动化降低了出错的风险。

与传统的Dumas分析仪相比，Elementar最先进的N/蛋白分析仪的分析成本大大降低。即使每天只有10个样品，快速超过N也是一项经济上可靠的投资。它还提供了对样本未来潜在增长的安全性和信心。

通过这一切，Kjeldahl Analyzer的入学机器初始投资成本不再被视为购买的主要原因。

来源和进一步阅读

1. Simonne，A.H.，Simonne，E.H.，Eitenmiller，R.R.，Mills，H.a.，Cresman III，C.P.。1997年。杜马斯方法可以取代食品中氮气和粗蛋白质测定的kjeldahl消化吗？粮食与农业科学杂志，73：39欧洲杯线上买球-45。
2. Željko,点,桑德拉M.J,纳德ž哒,B.P,Željko, n .Ć。、Milica m .Ž。，凯氏定氮法、杜马斯法和近红外法测定肉制品中总氮的比较，中国农业科学，2015,21(4)，345 -370。

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