Визначення загального азоту та розрахунок масової частки білка є критично важливими аналітичними процедурами в харчовій, сільськогосподарській, фармацевтичній та екологічній промисловості. Один із найнадійніших способів такого аналізу — метод К’єльдаля, який застосовується для точного визначення білка в продуктах харчування, кормах, ґрунтах і добривах.
Сфери застосування методу К’єльдаля:
- Харчова промисловість: визначення білка в м’ясі, молоці, борошні, крупах, напоях;
- Агрохімія: аналіз добрив, ґрунтів;
- Фармація: контроль якості активних речовин;
- Кормова галузь: перевірка вмісту білка у сировині для тваринництва.
Що таке метод К’єльдаля?
➞ Метод К’єльдаля — це класичний хімічний метод кількісного визначення загального азоту в органічних речовинах.
На основі кількості азоту обчислюють вміст білка, що дозволяє контролювати якість сировини, готової продукції або сільськогосподарських добрив. Метод широко використовується завдяки високій точності, стандартизованості (відповідає ISO, AOAC, GOST) і сумісності з сучасними аналізаторами азоту Gerhardt.
За методом К'єльдаля формула виглядає наступним чином:
Зв’язаний азот (у вигляді аміно-, амідо-, нітро-, нітрозо-, азо-, азокси-груп) при нагріванні органічної речовини з концентрованою сірчаною кислотою в присутності невеликої кількості каталізатора переходить у сульфат амонію.
Білки + H2SO4! + catalist → H2O + CO2+SO2 + (NH4)2SO4
Після розкладання зразка до нього додають луг і відганяють аміак.
(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O + 2NH3↑
Амміак поглинають стандартним розчином борної кислоти.
2NH3 + 4H3BO3→ (NH4)2B4O7 + 5H2O
За кількістю поглинутого аміаку визначають вміст азоту методом титрування
(NH4)2B4O7 + 2HCl → 2NH4Cl+ H2B4O7
За об’ємом розчину хлоридної кислоти, яка була витрачена на титрування амонію тетраборату, розраховують кількість азоту. Далі, припустивши, що азот це частка в молекулі білку, обчислюють масову частку білків.
Основні етапи визначення масової частки білка за К’єльдалем
Мінералізація
На цьому етапі зразок органічної речовини піддається нагріванню в присутності концентрованої сірчаної кислоти (H₂SO₄) і каталізаторів (наприклад, селену, міді або суміші калійного сульфату з мідним сульфатом). Під час мінералізації відбувається руйнування органічної матриці та перетворення органічного азоту в іон амонію (NH₄⁺), що залишається в розчині. Реакція супроводжується виділенням діоксиду вуглецю та води.
Дистиляція
Після охолодження мінералізату розчин нейтралізують лугом (найчастіше гідроксидом натрію або калію), внаслідок чого амоній переходить в аміак (NH₃). Потім аміак відганяється паром і поглинається в приймальному розчині — зазвичай у борній кислоті. Цей процес проводиться в спеціальних дистиляційних установках.
Титрування
Заключним етапом є титрування аміаку, поглиненого борною кислотою, стандартним розчином кислоти (наприклад, сірчаної або хлоридної). Кількість використаної кислоти прямо пропорційна вмісту азоту в зразку. Отримані результати дозволяють обчислити масову частку білка шляхом множення вмісту азоту на відповідний коефіцієнт (для харчових білків найчастіше застосовують коефіцієнт 6,25).
Переваги аналізаторів білку за К’єльдалем Gerhardt
Сучасні лабораторії дедалі частіше обирають автоматизовані аналізатори азоту за К’єльдалем, зокрема обладнання німецької компанії Gerhardt. Ці системи поєднують класичну методику з сучасними технологіями, що забезпечує високу точність, надійність та зручність у роботі. Серед основних переваг аналізаторів Gerhardt:
- Автоматизація процесів. Від мінералізації до титрування — усі етапи можуть бути автоматизовані, що знижує вплив людського фактора, підвищує відтворюваність результатів і дозволяє обробляти більше зразків за менший час.
- Безпека. Прилади оснащені сучасними системами витяжки, захисту від перегріву та витоку реагентів, що підвищує безпеку роботи в лабораторії.
- Енергоефективність і екологічність. Gerhardt використовує технології, що мінімізують споживання енергії та кількість хімічних реагентів, знижуючи негативний вплив на довкілля.
- Програмне забезпечення. Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс дозволяє легко керувати аналізом, зберігати та обробляти результати, формувати звіти відповідно до стандартів GLP.
- Можливість роботи з різними типами зразків. Апаратне забезпечення легко адаптується до різних матриць — від харчових продуктів до ґрунтів і фармацевтичної сировини.
Метод К’єльдаля залишається золотим стандартом у визначенні білка. Його точність і надійність роблять його незамінним у багатьох галузях — від харчової промисловості до екології.
Використання сучасних автоматизованих систем, таких як аналізатори Gerhardt, дозволяє значно підвищити ефективність аналізу, дотримуючись при цьому класичної методології. Саме тому поєднання перевіреної часом хімії з сучасною автоматизацією забезпечує найкращий результат у щоденній лабораторній практиці.
