凱氏定氮儀和杜馬斯定氮儀測定食品中蛋白質含量的比較
點擊次數：2156 更新時間：2022-12-14
摘要：以各類常見的食品為材料，分別采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定其蛋白質含量。對兩種方法檢測原理及步驟進行對比，并研究兩個檢測方法的精密度、準確度、回收率和適用范圍，分析凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法的優缺點。
蛋白質是由多肽鍵組成的生物大分子，是生命的物質基礎，沒有蛋白質就沒有生命。因此，準確測定食品中的蛋白質含量尤其顯得至關重要。食品中蛋白質含量常見的測定分析方法有6種[1]：凱氏定氮法、雙縮脲法、Folin-酚法、改良的Folin-酚法、考馬斯亮藍法(Brad-ford法)、紫外光吸收法。我國目前測定食品中蛋白質的方法主要為: 凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法。
目前國標對食品中蛋白質含量檢測方法是GB5009.5-2010，采用凱氏定氮法對食品中蛋白質含量進行測定。凱氏定氮法是利用硫酸及催化劑與樣品加熱消化,使蛋白質中的N定量則轉化成(NH4)2SO4，在強堿條件下加熱蒸餾，其中NH3被硼酸吸收為(NH4)2B4O7，然后用標準的硫酸溶液滴定，根據硫酸標液的消耗量和濃度計算出氮的含量，再乘以相應的蛋白質換算系數，即為蛋白質含量。杜馬斯燃燒法是在高溫(900℃以上)富氧環境下，使樣品中的N元素燃燒生成N2和NOx,樣品中的鹵素生成揮發性的含鹵素成分，S生成SO2和SO3，H生成H2O，載氣將燃燒生成的氣體送到二級燃燒管和還原管，氮氧化物和鎢接觸還原為分子氮，硫被鎢吸收，鹵素被銀絲吸收，經干燥管吸附除去少量的水蒸氣，由熱導檢測器測得氮氣的生成量，與已知濃度標準氮氣做比對，可得到被測樣品中的氮含量。
既然兩種方法都可以對樣品的蛋白質含量進行測定，那么檢測結果必定會存在差異，兩種方法之間哪種更為準確和穩定，哪種更適于應用于我們日常的檢測?因此，我們亟需對兩種方法進行比較研究。
1. 儀器與試劑
海能K1100F全自動凱氏定氮儀;德國 rapid N cube 氮分析儀;萬分天平;海能420F石墨消解爐
EDTA標準品;濃硫酸;40%氫氧化鈉溶液;硫酸銅-硫酸鉀混合催化劑;2%硼酸溶液;甲基紅-乙醇溶液;溴甲酚綠-乙醇溶液;硫酸標液。
2. 試驗方法
2.1凱氏定氮法
稱取樣品0.3g～1.0g(含N約為0.1g)置于消化管內，加入3.2g混合催化劑，10mL濃硫酸，在420°C消化2h左右，直至消化液澄清透亮。用凱氏定氮儀蒸餾5min，再用硫酸標液滴定硼酸吸收液，計算樣品蛋白質含量。
2.2杜馬斯燃燒法
稱取樣品250mg于錫箔紙中，用壓樣器排除內部空氣，置于進樣器中。設定燃燒管溫度960°C，二級燃燒管800°C，還原管815°C，調節氣閥，氧氣輸出壓力為0.22Mpa，二氧化碳輸出壓力為0.12Mpa，等TCD檢測器溫度升至60°C左右開始進行測定。通過校準功能得到積分面積與測試樣品N的量之間的關系，根據蛋白質相應換算系數得到蛋白質含量。
3. 3試驗結果
表1 凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定樣品中氮含量(g/100g)
3.1精密度實驗結果分析
分別采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法對十種常見的食品分別進行六次平行測定，由表1中的數據可以看出，杜馬斯燃燒法的結果均略高于凱氏定氮法，分析是因為凱氏定氮法可能無法測出部分硝態氮[2]和硝酸鹽[3]。凱氏定氮法的RSD在0.65～1.08之間，杜馬斯燃燒法的RSD在1.44～3.51之間，兩種方法的RSD均小于5，說明這兩種方法的精密度都是符合試驗要求的，但是凱氏定氮法的RSD明顯小于杜馬斯燃燒法，說明凱氏定氮法的精密度較高。
3.2準確度實驗結果分析
實驗中使用的奶粉1和奶粉2，均為CNAS在能力驗證中提供的奶粉測試樣品，編號為：CNAS PT 0005，經過6家實驗室測定，總氮含量能力驗證的中位值分別為5.32和3.89。凱氏定氮法對奶粉1和奶粉2的差值為-0.03和-0.04，杜馬斯燃燒法對奶粉1和奶粉2的差值為0.08和0.10，由此可見，凱氏定氮法的準確度略高于杜馬斯燃燒法。
3.3回收率實驗結果分析
設計三種樣品三個平行，以有證的EDTA標物作為加標物，分別采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定其N含量，由表2和表3中的數據可以看出，凱氏定氮法的加標回收率在97.31～97.80之間，杜馬斯燃燒法的加標回收率在98.83～99.20之間，由此可見，杜馬斯燃燒法的回收率要略高于凱氏定氮法。
3.4方法之間優缺點分析
凱氏定氮法在實驗過程中使用了強酸、強堿，易對操作人員和環境造成潛在威脅;實驗過程中產生的廢液需要由專業人員進行收集處理;每批次的樣品實驗周期一般需要4～5h之間;實驗過程中受檢測人員的影響較大，易存在較大的隨機誤差。但是凱氏定氮法裝置簡便，原料成本低廉，準確度和精密度較高，有著廣泛的應用基礎。杜馬斯燃燒法樣品不需要經過復雜的前處理階段，平均每個樣品僅需要3～5分鐘，可以通過自動進樣器連續進樣;不產生任何的廢液，排廢物主要是氮氣和水，不對環境產生污染;操作簡便，數據由儀器計算得出，程度上減少了人為誤差;不受樣品組成影響，回收率較高，測得總N的結果程度上接近真值。但是，杜馬斯燃燒法儀器和消耗品較為昂貴，程度上限制了其大規模的應用。
4. 小結
通過對凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定蛋白質實驗的比較發現，凱氏定氮法的方法準確度和精密度要稍高于杜馬斯燃燒法，杜馬斯燃燒法的回收率要稍高于凱氏定氮法。作為蛋白質測定的常規檢測方法，兩種方法并沒有顯著性差異，均是優良可行的。但是測定蛋白含量較低的樣品時，發現杜馬斯燃燒法的RSD值較大，說明杜馬斯燃燒法適合檢測蛋白質含量5g/100g以上的樣品。由于杜馬斯燃燒法的簡便快捷和對環境的良好親和力，相信其能在將來的蛋白質檢測領域占有重要的份額。
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