Rejestracja - czytelnik

Przypomnij hasło

Menu

Menu

Facebook Twitter LinkedIn

Wyzwania XXI w. w analizie próbek – automatyczne metody oznaczania zawartości białka całkowitego w próbkach spożywczych – porównanie metody DUMASA oraz KIEJDAHALA

Kategoria: Bezpieczeństwo Żywności, Procesy i Technologie

Zawartość białka w próbkach żywności, jest jednym z głównych parametrów oceny jakości danego produktu. Białko, jako podstawowy budulec tkanek ludzkiego organizmu, coraz częściej odgrywa kluczowe znaczenie, w doborze produktów spożywczych, które wchodzą w skład codziennej diety konsumentów. W ostatnich latach można zauważyć, zmianę struktury żywieniowej, na korzyść produktów wysokobiałkowych, co niesie za sobą potrzebę wykonywania większej ilości analiz, jak i dokładniejszej kontroli jakości próbek.

Począwszy od lat 50, aplikacje laboratoryjne do oznaczania zawartości białka całkowitego, opierały się na metodzie pośredniej, opartej na chemii mokrej czyli metodzie Kiejdahala. Metoda ta, została uznana za precyzyjną i dokładną, jednakże niesie za sobą szereg niedogodności w jej stosowaniu.

Proces analizy próbek metodą Kiejdahala, możemy podzielić na 3 etapy:

  1. Analizowaną próbkę, mineralizuje się w temperaturze ok. 350 °C. Kluczowym odczynnikiem w tym procesie jest stężony kwas siarkowy oraz katalizator (np. siarczanem miedzi(II)). Węgiel i wodór w substancjach organicznych ulegają utlenieniu do dwutlenku węgla i wody, a azot reagujący z kwasem siarkowym tworzy nielotny siarczan amonu.
  2. Następnie należy zalkalizować próbkę, poprzez dodanie wodorotlenku sodu. Powoduje to przekształcenie jonu amonowego w amoniak, a następnie podgrzana próbka poddana jest destylacji, w trakcie której amoniak przechodzi do formy gazowej.
  3. Amoniak w kolejnym etapie, reaguje z dodanym kwasem solnym i poddany jest miareczkowaniu wodorotlenkiem sodu.

Obserwując procedurę wykonania analiz metodą Kiejdahala, możemy zauważyć, że wykorzystywany jest jako odczynnik kwas siarkowy, jak i inne szkodliwe odczynniki dla operatora. Wymaga ona również zaangażowania długiego czasu (kilku godzinny proces analizy), jak i zapewnienia znacznej ilości przestrzeni do wykonania analiz. Trzeba również zwrócić uwagę, iż Dyrektywa Komisji z dn. 4 czerwca 1993 r. zmieniająca załącznik I do trzeciej dyrektywy 72/199/EWG – „należy zmienić wyżej wymienioną metodę ze względu na zaawansowany postęp w nauce i technice” [1], a w szczególności zaś postanowienia Dyrektywy Rady 80/1107/EWG z dn. 27 listopada 1980 r. w sprawie ochrony pracowników narażonych na ryzyko związane z oddziaływaniem czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych w czasie pracy [2].

Jednym z rozwiązań spełniających powyższe dyrektywy, jest wdrożenie automatycznej metody Dumasa w praktykach laboratoryjnych. Pierwsze analizatory azotu całkowitego, posiadały wyłącznie możliwość analizy próbek o masie kilku mg, jednakże wraz z rozwojem technologii, naważki wzrosły nawet do 0,5 g, zapewniając bardzo dobrą powtarzalność analiz. Metoda Dumasa polega na spaleniu próbki w celu oznaczenia zawartości azotu całkowitego, a następnie przelicznie wyniku w oparciu o dobór odpowiedniego współczynnika. Proces spalania próbki prowadzi się w temp. ok. 950 °C, zapewniając jej całkowite utlenienie. Produktem spalania są różne formy tlenków azotu, które podlegają redukcji do czystego azotu cząsteczkowego za pośrednictwem odczynnika zawierającego miedź. Ostatnim etapem jest oznaczenie zawartości azotu cząsteczkowego N2, za pośrednictwem celi termoprzewodnościowej (TCD) z wykorzystaniem gazu nośnego helu lub argonu. Współczynniki konwersji/przeliczenia zawartości białek zależne są od widm aminokwasów typowych białek obecnych w danej klasie grupie żywności (tab. 1.).

Tabela 1. Współczynniki konwersji azotu na białko całkowite

Próbka

Współczynnik

Mleko i nabiał

6,38

Kukurydza i zboża

5,8

Soja

5,71

Nasiona i owoce oleiste

5,3

Grzyby

4,17

Mięso, ryb (Główny współczynnik)

6,25

Przykładem analizatorów do oznaczania próbek metodą Dumasa są rozwiązania firmy LECO – FP828 oraz FP928. Oba rozwiązania zapewniają duży poziom automatyzacji oznaczeń z wykorzystaniem 30 lub 100 pozycyjnego podajnika do próbek. Pomiary mogą być wykonane zarówno w atmosferze helu, jak i argonu. Ostatnie lata pokazały, iż użytkownicy metody Dumasa coraz częściej decydują się na oznaczenia próbek w atmosferze argonu, co znacznie obniża koszty prowadzonych analiz. W celu uzyskania prawidłowych wyników, każda metoda analityczna podlega kalibracji za pośrednictwem certyfikowanych wzorców chemicznych, np. EDTA lub glicyny. Na przestrzeni ostatnich lat, przygotowano wiele analiz, publikacji naukowych oraz materiałów, które porównały klasyczną metodę Kiejdahala oraz zautomatyzowaną metodę Dumasa.

Rys. Analizatory FP828 oraz FP928 firmy LECO

Poznaj rozwiązania LECO dla analiz białka

Tabela 2. Uśrednione wyniki analiz LECO dla azotu całkowitego dla różnych próbek żywności

Typ próbki

Zawartość azotu Dumasa [%]

Zawartość azotu Kiejdahala [%]

Mleko w proszku

4,98

4,96

Mleko

3,58

3,55

Mięso

14,44

14,39

Mąka

2,66

2,67

Szynka

3,17

3,12

Mąka ryżowa

1,48

1,49

Jak można zauważyć w tab. 2, wartości uzyskanych pomiarów dla metod Dumasa i Kiejdahala nie odbiegają od siebie, a wręcz prezentują te same wartości. Dla niektórych próbek metoda Kiejldahala wykazuje nieco niższe wartości niż metoda Dumasa, jednakże ogólna różnica dla typowych próbek żywności i paszy jest zwykle mniejsza niż 1-2%.

Podobne wnioski możemy wyciągnąć, analizując wyniki badań z tab. 3, uzyskane przez zespół analityczny Małopolskiego Centrum Monitoringu i Atestacji Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie pod kierownictwem prof. dr hab. Ewy Cieślik. Wyniki analiz przeprowadzone na analizatorze LECO TruSpec N wykazały, iż za pośrednictwem metody Dumasa otrzymujemy zbliżone i porównywalne wyniki do metody klasycznej Kiejdahala. Średnie wartości odzysku wahają się na poziomie od 98,9% do 100,5 %, w zależności od analizowanego materiału. Ilość azotu/białka we wszystkich próbkach była niemal identyczna.

Tabela 3. Zawartość białka oznaczona metodą Kiejdahla oraz Dumasa [3]

Materiał

Zawartość białka oznaczona metodą Kiejdahala [%]

Zawartość białka oznaczona metodą Dumasa [%]

Średnia wartość odzysku [%]

Wartość odzysku [%]

Współczynnik korelacji

Siarczan amonu (materiał referencyjny)

21,20 +/- 0,000

21,23 +/- 0,028

100,5

100,10

0,9999

EDTA

(materiał referencyjny)

9,37 +/- 0,042

9,55 +/- 0,011

101,90

Materiał referencyjny (badania międzylaboratoryjne)

0,541 +/- 0,005

0,537 +/- 0,004

99,40

Mięso królicze

23,35 +/-0,226

23,66 +/- 0,521

99,2

101,3

0,926

23,32 +/- 0,064

23,16 +/- 0,626

99,30

23,77 +/- 0,431

23,38 +/- 0,208

98,40

22,70 +/- 0,273

22,57 +/- 0,695

99,40

24,84 +/- 0,240

24,76 +/- 0,416

99,70

24,97 +/- 0,205

24,19 +/- 0,124

96,90

Mięso wołowe

23,24 +/- 0,622

23,42 +/- 0,103

100

100,80

0,956

23,48 +/- 0,014

23,31 +/- 0,059

99,30

22,51 +/- 0,085

22,90 +/- 0,059

101,70

21,51 +/- 0,226

21,55 +/- 0,017

100,20

22,37 +/- 0,262

22,26 +/- 0,163

99,50

23,57 +/- 0,198

23,39 +/- 0,001

99,20

23,33 +/- 0,021

23,32 +/- 0,004

100,00

22,63 +/- 0,594

22,42 +/- 0,020

99,10

Ziarno owsa

10,41 +/- 0,325

10,34 +/- 0,066

98,9

99,30

0,930

8,56 +/- 0,495

8,70 +/- 0,195

101,60

10,45 +/- 0,375

10,17 +/- 0,236

97,30

9,51 +/- 0,290

9,36 +/- 0,190

98,4

9,26 +/- 0,269

9,28 +/- 0,19

100,2

9,81 +/- 0,339

9,36 +/-0,021

95,4

9,66 +/- 0,445

9,28 +/- 0,106

96,1

9,56 +/- 0,141

9,70 +/- 0,187

101,5

9,50 +/- 0,156

9,44 +/- 0,130

99,4

Tabela 4. Zbieżność metody Dumasa z normami

Norma

Opis

Organ wydający

AOAC 992.23

Crude protein in cereal gains and oils

AOAC

AOAC 992.15

Crude protein in meat and meat products

AOAC

AOAC 992.03

Crude protein in animal feed

AOAC

BA4E-93

Crude protein in oil seeds

AOCS

ISO 14891:2008

Determination of nitrogen content - Routine method using combustion

ISO

ISO 16634-1:2008

Determination of the total nitrogen content by combustion

ISO

ICC Norm 167

Determination od crude protein in gain and gain products for food and feed after Dumas

ICC

BVL L 03.00-27

64 LFGB German Food Law

Oficjalna metoda Niemiecka

Reasumując, metoda Dumasa jest bardzo dokładną metodą, która pozwala na otrzymanie praktycznie identycznych wyników względem metody klasycznej Kiejdahala. Dumas, ze względu na krótki czas trwania analizy (około 4 minut vs kilka godzin w przypadku Kiejdahala), zmniejsza znacznie nakład pracy oraz czas wykonania analiz, przez co zapewnia niższe koszty oznaczeń. Niewątpliwą zaletą metody jest jej ekologiczny charakter oraz zapewnienie bezpieczeństwa osobom wykonującym analizy, poprzez redukcję lub całkowite usunięcie z metodyki odczynników chemicznych szkodliwych dla zdrowia. Metoda Dumasa jest uznaną metodą w wielu rozwiniętych krajach, zapewniając szybszy rozwój laboratoriów oraz dającą możliwości analizy większej ilości próbek w tym samym czasie.

Źródła:

[1] Dyrektywa Komisji 93/28/EWG z dnia 4 czerwca 1993 r. zmieniająca załącznik I do trzeciej dyrektywy 72/199/EWG ustalającej wspólnotowe metody analiz do celów urzędowej kontroli pasz.

[2] Dyrektywa Komisji 91/322/EWG z dnia 29 maja 1991 w sprawie ustanowienia indykatywnych wartości granicznych w wykonaniu dyrektywy Rady 80/1107/EWG w sprawie ochrony pracowników przed ryzykiem związanym z narażeniem na działanie czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych w miejscu pracy.

[3] Adam Florkiewicz, Ewa Cieślik, Agnieszka Filipiak-Florkiewicz OZNACZANIE ZAWARTOŚCI AZOTU CAŁKOWITEGO W ŻYWNOŚCI – PORÓWNANIE METODY KIEJDAHLA I DUMASA  Małopolskie Centrum Monitoringu i Atestacji Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Kierownik: prof. dr hab. E. Cieślik.

Wybierz obszar: Badania żywności Bezpieczeństwo żywności

Autor: LECO

LECO

Remigiusz Czapski
Absolwent Akademii Górniczo-Hutnicznej w Krakowie, Wydziału Energetyki i Paliw. Specjalizuje się we wdrożeniach metod analitycznych w szczególności elementarnych, termograwimetrycznych oraz kalorymetrycznych. Pracownik LECO Polska od 5 lat. Prywatnie hobbysta szachów oraz stolarstwa artystycznego

Artykuł opublikowany dzięki firmie:

W celu świadczenia usług na najwyższym poziomie stosujemy pliki cookies, które będą zamieszczane w Państwa urządzeniu (komputerze, laptopie, smartfonie). W każdym momencie mogą Państwo dokonać zmiany ustawień Państwa przeglądarki internetowej i wyłączyć opcję zapisu plików cookies. Ze szczegółowymi informacjami dotyczącymi cookies na tej stronie można się zapoznać tutaj.