2種自動凱氏定氮儀的對比分析

武寅

摘要從自動凱氏定氮儀中挑選2種分別使用電位法和顏色法對于最終結果進行判斷的儀器，介紹這2種凱氏定氮儀的工作原理及主要部件，使用這2種儀器分別對豆粕、大豆等進行蛋白檢測與分析，并對2種儀器工作效率、試劑消耗及維護成本等方面進行綜合分析。結果表明：Vapodest 50s和KJELTEC 8400這2種儀器都能很好地進行樣品粗蛋白含量的檢測試驗。但是從工作效率和維護成本方面來看，KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀要相對優于Vapodest 50s自動凱氏定氮儀，后者蒸餾滴定時間較長，人工參與度高，后期使用維護成本較高，不利于實驗室工作優化。

關鍵詞自動凱氏定氮儀；電位滴定法；顏色法；蛋白檢測

中圖分類號S-3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）35-0006-03

AbstractTwo kinds of instruments used in the automatic Kjeldahl apparatus were selected to determine the final result by using potentiometry and color methods respectively. We introduced the working principle and main parts of the two Kjeldahl apparatus；the two instruments were used to detect the protein of soybean and soybean meal， and analyzed the result. Comprehensive analysis of the two instruments in work efficiency， reagent consumption and maintenance cost were carried out. The results showed that： the two kinds of instruments could be used to well determine sample crude protein content. However， seeing from work efficiency and maintenance cost， the KJELTEC 8400 automatic Kjeldahl apparatus was better than the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus. Because the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus needed longer Distillation titration time， high human participation and higher maintenance cost in late stage， the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus went against the laboratory work optimization.

Key wordsAutomatic Kjeldahl apparatus；Potentiometric titration；Color method；Protein detection

粗蛋白含量是油料作物營養成分中的一個主要營養指標，也是評價其營養價值的重要指標之一，是作物中含氮物質的總稱，包括純蛋白質和其他含氮物質[1]。目前，常用的檢測方法主要為凱氏定氮法（包括自動儀器法和非儀器法）、分光光度法和燃燒法。這3種方法是2017年6月23日實施的GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中規定的檢測方法[2]。其中，凱氏定氮法和分光光度法適用于各種食品中蛋白質的測定，而在多數實驗室中采用的均為凱氏定氮法，全自動凱氏定氮儀在多數有條件的實驗室都得到應用。全自動定氮儀成本較高，增加了前期投入[3]，但與傳統的凱氏定氮法相比，儀器法具有省時、省力、單次分析樣品數多的優點。

隨著科技的不斷進步，自動凱氏定氮儀法也在不斷更新進步中。全自動凱氏定氮儀的終點判定方法主要有電位法和顏色法2種。筆者分析了2種不同廠家全自動凱氏定氮儀的工作原理、主要部件的差異，對2種儀器進行了試驗驗證，比較了2種儀器及2種終點判定方法的性能情況，以期為凱氏定氮儀的進一步推廣應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1試驗樣品。玉米、大豆、豆粕各500 g。

1.1.2主要儀器。Vapodest 50s全自動凱氏定氮儀；KJELTEC 8400全自動凱氏定氮儀；為避免使用不同消化爐帶來試驗誤差，消化均使用Tecator Digestor 20消化爐。

分析天平（感量 0.000 1 g）、KJELTEC保水磨、分樣篩、橫格式分樣器、鐘鼎式分樣器。

1.1.3試劑。濃硫酸：分析純，含量98%，無氮；混和催化劑：0.4 g無水硫酸銅，6.0 g硫酸鉀均為分析純，磨碎混勻；氫氧化鈉：分析純，40%水溶液；硼酸（GB-628）：分析純，1%水溶液和2%水溶液；混合指示劑：0.1%甲基紅-乙醇溶液，0.1%溴甲酚綠-乙醇溶液，2種溶液與硼酸溶液按照硼酸∶甲基紅∶溴甲酚綠=1 000∶7∶10比例混合；0.05 mol/L鹽酸標準溶液（無水碳酸鈉法標定0.1 mol/L鹽酸標準溶液進行2倍稀釋）；蔗糖：分析純；硫酸銨：基準[4]。

1.22種儀器工作原理

2種自動凱氏定氮儀的工作原理主要依據凱氏定氮法進行，待測樣品在溫度420 ℃，在催化劑的作用下，使得待測樣品中的蛋白氮及其他有機氮被濃硫酸分解生成硫酸銨，再在儀器上通過加入過量的堿液加熱蒸餾，形成氨氣釋放出來，經過冷凝進入滴定缸，被接收液接收，再用已知濃度的標液進行滴定，從而根據所消耗的標液體積計算出待測樣品的粗蛋白含量。2種凱氏定氮儀除了在終點判定檢測器上有區別，終點判定所使用的方法不同，其他工作程序基本一致。

1.2.1Vapodest 50s全自動凱氏定氮儀。

Vapodest 50s是由德國Gerhardt公司生產，采用的是自動電位滴定法對滴定終點進行判斷。電位滴定法是在滴定過程中通過實時測量電位變化以確定滴定終點的方法，電位滴定法依靠電極電位的突躍來指示滴定終點。在滴定接近終點時，滴液中的待測離子濃度往往連續變化n個數量級，引起電位的突躍，從而可以確定終點，再根據消耗滴定溶液的量來計算待測成分的含量。并且，自動電位滴定儀在滴定過程中可以自動繪出滴定曲線，自動找出滴定終點、給出體積并且計算出最終結果，減少了人為因素和環境因素造成的誤差。

1.2.2 KJELTEC 8400全自動凱氏定氮儀。

KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀是由丹麥福斯（FOSS）分析儀器公司生產，采用的是顏色法對滴定終點進行判斷。隨著傳感器技術的不斷進步和日益發展，顏色的測定可以不再是僅僅只能采用肉眼觀察判定，而是能夠借用顏色傳感器來完成終點顏色的判定，又進一步減小了人為誤差，提高了凱氏定氮儀的檢測精度。顏色法是科技發展帶來的新的判定方法，利用光學傳感技術進行電腦編程，通過高科技光學傳感器捕捉滴定缸中添加了指示劑的接收液的顏色變化，并建立以“紅綠藍”色光三原色為三系坐標軸的坐標圖，從而根據滴定最終顏色坐標位置反饋確定滴定終點，再根據消耗滴定溶液的量來計算待測成分的含量。

1.3方法

按照GB 5009.5—2016第一法進行檢測，并依據儀器作業指導書對試劑用量進行增減。

1.3.1樣品制備。選擇合適的分樣器將樣品進行縮分至約200 g，粉碎過篩，裝入密封袋留存備用。

1.3.2樣品的消化。稱取0.5～1.0 g樣品（精確至0.000 1 g），置于消化管中，添加6.4 g硫酸銅、硫酸鉀混合催化劑，移入12 mL濃硫酸，置于Tecator Digestor 20消化爐加熱，設定溫度為420 ℃，當消化爐溫度達到 420 ℃時繼續消化1 h，此時消化管中的液體呈綠色透明狀。

1.3.3蒸餾滴定。將試樣消煮液冷卻，然后分別使用Vapodest 50s和KJELTEC 8400儀器自帶程序進行蒸餾和滴定，并記錄結果。

1.3.4空白試驗。稱取等重蔗糖代替試樣，進行空白測定，并記錄消耗滴定液體積。

1.3.5回收率驗證試驗。

稱取0.2 g已烘至恒重的硫酸銨，代替試樣，按“1.3.3”分別在2臺儀器上進行操作，測得硫酸銨含氮量見表1，二者回收率分別為99.85%和100.04%，符合回收率（21.19%±0.2%）的要求[5]。

1.3.6數據處理。

粗蛋白質含量計算公式：

X=（V1-V0）×c×0.014 0m×F×100

式中，X為試樣中蛋白質的含量，g/100 g；

V1為試液消耗硫酸或鹽酸標準滴定液的體積，mL；

V0為試劑空白消耗硫酸或鹽酸標準滴定液的體積，mL；

c為硫酸或鹽酸標準滴定溶液濃度，mol/L；

0.014 0為1.0 mL硫酸[c（1/2 H2SO4）=1.000 mol/L]或鹽酸[c（HCl）=1.000 mol/L] 標準滴定溶液相當的氮的質量，g；

m為試樣的質量，g；

F為氮換算為蛋白質的系數；

100為換算系數。

精密度：

在重復條件下獲得的2次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的 10%。

安徽農業科學2017年

2結果與分析

2.12種儀器測定的粗蛋白含量

3種蛋白含量不同的樣品在Vapodest 50s自動凱氏定氮儀和KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀測得的粗蛋白含量結果見表2。前者測得的結果普遍比后者偏高，而同一樣品的2組測量值的標準差相差不大，二者穩定性均十分良好，且均在國標要求的2個平行樣品測定允許范圍之內，說明Vapodest 50 s全自動凱氏定氮儀和KJELTEC 8400測定的粗蛋白結果具有相同準確性[6]。

2.22種儀器測定結果差異性分析

分別對3組試驗數據進行t檢驗，結果見表3。玉米在2種儀器上所測得的粗蛋白含量有顯著差異，大豆和豆粕在2種儀器上所測得的粗蛋白含量均無顯著差異。

玉米在2種儀器上所測得的粗蛋白含量的t檢驗存在顯著差異，可能由于滴定體積較少對最終結果影響較大所致；在今后的試驗中可以選擇增加稱樣量、使用測定精密度更高的儀器等方法減小誤差。

3結論與討論

3.12種儀器工作效率比較

由于取樣、烘干、粉碎、稱量以及加入催化劑的各步驟操作完全相同，故略去，不計入總耗時中，試驗采用同一消化爐進行消化，僅比較不同自動凱氏定氮儀蒸餾滴定所耗時間。Vapodest 50s自動凱氏定氮儀蒸餾滴定完成1根消化管的時間大約為8 min，20根消化管的樣品的檢測時間大約為2.5 h，且不具備外置的自動進樣器，每完成1根消化管的蒸餾滴定需人工進行消化管的更換；KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀蒸餾滴定完成1根消化管的時間大約為6 min，20根消化管的樣品的檢測時間大約為2 h，8400支持8460等型號的自動進樣裝置，整個蒸餾滴定過程可全部提前進行程序編輯控制完成，最多可以順序進行3組60根消化管的連續工作，人員中途空余時間可以完成其他工作，大大節約了時間。因此，選用KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀在工作效率上要優于Vapodest 50s自動定氮儀。

3.22種儀器消耗試劑比較

兩者所需大部分試劑基本相同，相對于Vapodest 50s僅需配制2%濃度的硼酸標液，KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀需要在1%硼酸接收液中加入混合指示劑，配制時需另行配制混合指示劑，但因加入指示劑量較少，對于消耗試劑成本并無太大影響，基本可以忽略不計。在試劑消耗上，Vapodest 50s略優于KJELTEC 8400定氮儀。

3.32種儀器檢測粗蛋白結果比較

2種儀器雖然使用不同的終點判定方法和檢測器，但是電位法和顏色法分析2種方法都能夠很好地在自動凱氏定氮儀上對試驗結果進行終點判定，根據試驗結果可以發現，2種自動定氮儀二者穩定性均十分良好，檢測結果能夠滿足檢測精密度的要求。因此，2種儀器在日常對于樣品的粗蛋白的檢測中，都能夠很好地完成檢測任務。

3.42種儀器檢測及維護成本比較

Vapodest 50s使用玻璃電極作為終點判定檢測器，因此平時檢測完畢后需放置于保護液中保存，且定期需進行pH緩沖液校準，如果校準不通過，不能維修，只能及時更換電極，進口電極價格較高，維護成本高。而且，電極出現偏差，如果未進行校準且不能及時發現，可能影響檢測結果的準確性。KJELTEC 8400自動定氮儀使用高分辨率可編程光學傳感器作為終點判定檢測器，光學鏡頭位于儀器內部，日常無需進行維護，僅需定期對滴定缸進行清洗，且檢測器每次開機時均會進行顏色檢測器的自檢，如顏色檢測器終點判定出現問題時能夠及時報警提醒，不會影響已出結果的準確性。但是KJELTEC 8400對于接收液顏色有較高要求，每次配制硼酸接收液中需按比例配制混合指示劑?？傮w來說，從維護成本上，KJELTEC 8400要大大低于Vapodest 50s在電極損耗更換上的成本。

綜上所述，Vapodest 50s和KJELTEC 8400 2種儀器都能很好地進行樣品粗蛋白含量的檢測試驗。但是從工作效率和維護成本方面來看，KJELTEC 8400自動凱氏定氮儀要相對優于Vapodest 50s自動凱氏定氮儀，后者蒸餾滴定時間較長，人工參與度高，后期使用維護成本較高，不利于實驗室工作優化。

參考文獻

[1] 范桂芝.飼料粗蛋白測定應注意的四個關鍵環節[J].養殖與飼料，2014（4）：39-41.

[2] 國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.食品中蛋白質的測定：GB 5009.5—2016[S].北京：中國標準出版社，2017.

[3] 孫蓉，吳文標.食品中蛋白質檢測技術研究進展[J].食品科學，2012，33（23）：393-398.

[4] 魯健章，孫麗華，周彥鋼.凱氏定氮法測定魚蛋白質含量的干擾因素分析[J].食品科學，2011，31（19）：453-456.

[5] 國家技術監督局.飼料中粗蛋白測定方法：GB/T 6432—1994[S].北京：中國標準出版社，1994.

[6] 管姚香，劉丹，張克春.兩種定氮儀測定飼料粗蛋白含量的比較[J].上海畜牧獸醫通訊，2012（3）：6-8.