| В последние годы отечественная пищевая промышленность развивается очень динамично. Эта тенденция является, несомненно, положительной, потому что обуславливает формирование зрелого внутреннего рынка пищевых продуктов, усиление конкуренции и, как следствие, повышение их качества. Действительно, при возможности широкого выбора претендовать на потребительский спрос может быть только тот товар, который отвечает высоким требованиям качества. Вот почему в последние годы производители продуктов питания уделяют все более пристальное внимание вопросам контроля качества сырья и конечного продукта, причем не только давно известные, но и молодые предприятия, с первых ступеней развития бережно относятся к своей репутации. |
| Одним из важнейших показателей качества продукции, определяющей ее пищевую ценность, есть содержание белков. Классическим способом определения белка является метод, разработанный еще в 1883 году датским химиком Иоганном Кьельдалем, который в дальнейшем был назван его именем. Это очень трудоемкий и длительный анализ, поэтому 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 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, лучше именно метод Кьельдаля. |
Почему же метода Кьельдаля, несмотря на более чем 120-летнюю историю, до сих пор не найдена достойная альтернатива? Причиной тому высока специфичность выбранной реакции окисления белка серной кислотой, в результате которой разрушаются пептидные связи в его молекуле и образуются ионы аммония, которые в дальнейшем и могут быть легко проанализированы стандартными методами. Однако воспроизводимость и точность метода Кьельдаля в существенной степени зависят 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 методом Кьельдаля. Метод содержит 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 теперь фактически стали стандартом де-факто и практически полностью заменили выполняемые лаборантом действия 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 из-за того, что размер частиц в анализируемых пробах не должен превышать 1 мм. Однородность образца повышает воспроизводимость метода, а также позволяет снизить объем пробы. Обычно при использовании частиц малых размеров увеличивается 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 дальнейшего анализа по Кельдалю 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 влагосодержанием. Для определения содержания влаги рекомендуется использовать термогравиметрические анализаторы, такие как KERN MRS 120-3 или аналоги, имеющие погрешность на уровне 0.05-0.1%.
Этап 2. Мокрое озоление
Самым трудоемким и длительным 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 эталона зависят не только лишь от параметров кислоты, да и от температуры обработки. Чем выше температура, тем меньше времени уходит на разложение. При использовании чистой серной кислоты температура озоления ограничивается, в основном, ее точкой кипения (338°С), в то время как для полного разложения необходима более высокая температура. Скорость мокрого озоления можно существенно увеличить методом 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 блоковых термореакторах серии DK (производства итальянской фирмы VELP), благодаря повышенной температуре разложения (420 ° С) и оптимизации процесса термообработки, для разложения 1 г вещества требуется в среднем 30 минут и только 10 мл кислоты. Термореактор DK позволяет не только снизить расход серной кислоты, но и уменьшить расход гидроксида натрия, который используется для дальнейшей 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 скруббер SMS, и вакуумный насос, например, кольцевой водоструйный насос JP. Эффективность системы SMS+JP настолько высока, что позволят использовать термореактор DK без вытяжного шкафа, хотя наличие последнего все же желательно.
Этап 3. Отгонка з 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 (сложением щелочи) и отгоняется с паром на специальных приборах, называемых дистилляторами. Компания VELP, один из ведущих производителей этого типа аппаратов, предлагает несколько вариантов дистилляторов, отличающихся уровнем автоматизации и функциональным наполнением: от простейшего UDK126D с ручным управлением, используемого при необходимости проведения нескольких определений белка в день, до полностью автоматического программируемого UDK152 со встроенным фотометрическим. титраторы, производительность которого составляет до 20 проб в час и позволяет полностью исключить участие оператора на 3-м и 4-м этапах анализа. Дистилляторы могут также использоваться для отгона аммонийного азота непосредственно из образцов без их предварительного разложения, что позволяет выделить содержание аммонийного азота из общего азота по Кьельдалю.
Этап 4. Определение 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 называют методом определения общего азота по Кьельдалю (используется, например, в экологическом анализе). Пересчет на содержание белка осуществляется по известному коэффициенту, который в общем случае равняется 6.25, но может несколько отличаться для разных типов белка. Перегоняемый с парой аммиак собирается в колбе, в которую предварительно помещают раствор борной или серной кислоты с известной нормальностью. Полученный чистый раствор бората или сульфата аммония можно легко оттитровать прямым или обратным методом. Если ежедневно проводится анализ небольшого количества проб, то можно довольствоваться обычным бюретическим титрованием, но для титрования большого количества проб и повышения точности результатов рекомендуется использовать автоматические титраторы. Хорошей альтернативой титриметрии может стать фотометрическое определение аммонийного азота с помощью 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 Росс/2500 помимо 5 различных методик определения аммонийного азота и азота по Кьельдалю, занесено еще более 100 различных методов определения целого ряда металлов, разных форм азота и фосфора, практически всех важнейших анионов. |
| В рамках настоящей статьи совершенно осознанно не рассматривались другие методики определения белка, поскольку все они вторичные и требуют калибровки по методу Кьельдаля. Несмотря на предполагаемую сложность комплекса оборудования для определения белка по Кьельдалю, использование именно этого метода анализа несет ответственность за достоверность результатов, в то время как предлагаемое 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 разных регионах России, хотя для реализации метода Кельдаля обычно могут использовать приборы и других производителей, выбор которых зависит от предпочтений и возможностей конкретной лаборатории. |
+38 (073) 492 29 01
+38 (075) 492 29 01
+38 (077) 492 29 01
