電化學法快速測定食用醬油中氨基酸態(tài)氮

郭淼

河南質(zhì)量工程職業(yè)學院（平頂山 467000）

隨著生活水平的不斷提高，人們對食用醬油的品質(zhì)需求日益提升。食用醬油的鮮味主要來自分子量小于500 Da的游離氨基酸，鮮味程度越高，醬油中游離氨基酸的濃度越大，品質(zhì)越好[1-2]。相關(guān)國家標準按照食用醬油中氨基酸態(tài)氮的含量對其品質(zhì)進行分級[3]，因此如何準確測定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量對產(chǎn)品的質(zhì)量保證意義重大。

測定醬油中氨基酸態(tài)氮含量主要利用國標規(guī)定的酸度計法與比色法[4]，然而酸度計法需加入甲醛以固定氨基酸的氨基端堿性，利用氫氧化鈉標準溶液滴定氨基酸的羧基，操作較為繁瑣，且對環(huán)境友好性較差，同時醬油中共存的弱酸會對結(jié)果測定產(chǎn)生干擾[5]，而比色法則需另外加入顯色劑，與氨基酸形成有色化合物后，在400 nm波長處測定吸光度，但形成的有色化合物穩(wěn)定性較差，同時400 nm波長為黃色光吸收波長，因而醬油本底顏色會對測定產(chǎn)生干擾[6]。庫侖滴定法是一種建立在控制電流電解基礎(chǔ)上，可準確而靈敏地測定樣品中常量、微量、半微量甚至痕量組分的電化學分析方法[7]。與傳統(tǒng)滴定方法相比，該方法具有操作簡便，分析過程耗時較短，無需提前配制、標定標準溶液等特點，被廣泛用于食品、化工、制藥、環(huán)境工程等領(lǐng)域[8-11]。試驗利用庫侖滴定法測定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量，探討測定過程的最佳試驗條件，為相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

KLT-1型通用庫侖儀（江蘇江分電分析儀器有限公司）；鉑片電解電極（2 cm×2 cm，自制）；鉑絲輔助電極（6 cm×0.5 cm，內(nèi)部為鉑絲，外部套有玻璃管，底部為陶瓷砂芯，自制）；指示電極為鉑片電極（1 cm×2 cm，自制）；FA604C電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；T9紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；pH酸度計（梅特勒-托利多有限公司）。

溴化鉀、四硼酸鈉、氫氧化鈉、甲醛、醋酸、醋酸鈉、硫酸（均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；氮標準溶液：準確稱取干燥恒重的硫酸銨（優(yōu)級純），稀釋配制成質(zhì)量濃度為10 mg/mL；4種品牌食用醬油購置于本地生鮮超市；試驗用水為去離子水。

1.2 試驗方法

1.2.1 庫侖滴定法

1.2.1.1 樣品預處理

精密移取10 mL醬油于50 mL容量瓶內(nèi)，加入20 mL，0.15 mol/L稀硫酸后，加水稀釋定容，搖勻備用。

1.2.1.2 測定步驟

向電解池中加入體積50 mL，1.0 mol/L溴化鉀電解質(zhì)溶液（pH 9.0）后，依次插入電解電極、輔助電極和指示電極對，連接庫侖滴定儀，設(shè)置電解電流0.50 mA，準確加入1 mL預處理后樣品，攪拌均勻，自動電解至溶液電位突躍后結(jié)束，記錄滴定終點到達時間，按式（1）計算醬油中氨基酸態(tài)氮含量，平行測定6次。

式中：XN為醬油中氨基酸態(tài)氮含量，g/mL；I為電解電流強度，mA；t為電解至滴定終點時間，s；2/3為反應系數(shù)；Z為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，2；F為法拉第常數(shù)，96 500 C/mol；14為氮原子質(zhì)量，g/mol；D為稀釋倍數(shù)；V為醬油體積，mL。

1.2.2 酸度計法

按照相關(guān)國標測定步驟，加入中性甲醛溶液后，采用氫氧化鈉標準溶液滴定樣品至溶液pH 9.2，通過消耗的氫氧化鈉標準溶液體積，計算醬油樣品中氨基酸態(tài)氮含量，另作空白試驗[12]。

1.2.3 比色法

按照相關(guān)國標測定步驟，加入顯色劑（甲醛-乙酰丙酮）后，于400 nm波長處測定樣品吸光度，通過標準曲線，計算醬油樣品中氨基酸態(tài)氮含量，另作空白試驗[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗原理

食用醬油經(jīng)酸處理后，氨基酸上胺基轉(zhuǎn)化為NH4+。在電解池陽極中，電解質(zhì)溴化鉀被定量電解氧化生成Br2后，即刻在堿性電解質(zhì)溶液中發(fā)生歧化反應生成BrO-，與樣品中NH4+定量發(fā)生氧化還原反應[13]，通過溶液電位突躍的變化，指示滴定終點，測得醬油中氨基酸態(tài)氮含量，涉及反應具體為：

2Br--2e→Br2

Br2+2OH-=BrO-+Br-+H2O

3BrO-+2NH4=N2+3Br-+3H2O+2H+

2.2 電解質(zhì)的濃度影響

電解液中電解質(zhì)的濃度影響電解池中化學反應的進行，若濃度過高，將增大電解質(zhì)溶液的離子強度，影響電流效率，過低則可能發(fā)生電解水副反應[14]，因此考察不同電解質(zhì)濃度對測定結(jié)果的影響，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，溴化鉀濃度1.0 mol/L時，測得已知濃度氮標準溶液的結(jié)果回收率接近100%，因此選擇溴化鉀電解質(zhì)濃度1.0 mol/L。

表1 不同電解液濃度對結(jié)果回收率影響（n=6）

2.3 電解液pH影響

滴定劑BrO-需利用電解產(chǎn)物Br2在堿性條件中生成，因此利用四硼酸鈉-溴化鉀配制成不同pH條件的電解液，考察其對測定結(jié)果的影響，結(jié)果如表2所示。電解液pH 9.0時，測得結(jié)果回收率接近100%，這歸因于電解液pH過低，生成BrO-較困難，導致氧化還原反應不充分，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，而電解液pH過高，使得樣品中氨基酸上氨基不能完全質(zhì)子化，因此選擇電解液pH 9.0。

表2 不同電解液pH對結(jié)果回收率影響（n=6）

2.4 共存物質(zhì)干擾

由于部分品牌醬油在生產(chǎn)過程中另添加鐵、鈣成分，以提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，因此參考相關(guān)醬油產(chǎn)品成分表中鐵、鈣含量，考察共存的鐵、鈣離子對測定結(jié)果干擾影響，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，在0.07 mg/mL Fe3+、0.6 mg/mL Ca2+溶液中，測得不同濃度氮標準溶液的結(jié)果回收率均接近100%，表明醬油中的鈣、鐵離子不會對測定結(jié)果產(chǎn)生干擾。

表3 共存離子干擾影響（n=6）

2.5 回收率與檢出限

參考相關(guān)國標規(guī)定的不同級別醬油中氨基酸態(tài)氮含量，考察不同濃度氮元素標準溶液的結(jié)果回收率，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明，在4.52～12.78 mg/mL氮元素濃度范圍內(nèi)，測得結(jié)果回收率均接近100%，表明該電化學法適用于不同級別食用醬油的氨基酸態(tài)氮含量測定。同時，連續(xù)測定空白溶液10次，以其3倍標準偏差作為檢出限（LOD），計算得到檢出限，為0.012 mg/mL。

表4 不同濃度氮標準溶液測定結(jié)果回收率（n=6）

2.6 不同方法測定結(jié)果比較

分別采用庫侖滴定法與國標規(guī)定的酸度計法及比色法測定不同品牌醬油樣品的氨基酸態(tài)氮含量，結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明，不同方法測定結(jié)果較為接近，在95%置信度下進行t檢驗，結(jié)果之間無顯著性差異（p＞0.05）。與酸度計法和比色法相比，庫侖滴定法無需配制、標定標準溶液，分析操作更加簡便，同時指示滴定終點可靠，避免系統(tǒng)誤差出現(xiàn)，且自動化程度較高，測定過程僅需1 min左右完成，分析過程更加快速。該電化學法直接測定醬油樣品中氨基酸態(tài)氮，從而避免其它共存酸的干擾，具有較好的精密度與準確度，因此適用于相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測。

表5 不同方法測定結(jié)果比較（n=6）

3 結(jié)論

采用庫侖滴定法測定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量，以鉑電極分別為電解電極對和指示電極對，在堿性溴化鉀電解液中電解生成BrO-后，與醬油中NH+4定量發(fā)生氧化還原反應，通過法拉第電解定律，測得食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量。與其他方法相比，該電化學法操作簡便，指示滴定終點可靠，分析過程可在1 min左右完成，在4.52～12.78 mg/mL的氮元素質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，測得結(jié)果回收率均接近100%，RSD均小于1.5%，表明方法具有較好精密度與準確度，因此可為相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供參考。