淀粉中凯氏氮标准测定方法的改善

[2013/12/11]

　　1.国际标准相关测定方法

　　《ISO 3188-1978 淀粉及其衍生物氮含量测定滴定法》详细测定实验过程如下：

　　1.1原理

　　在催化剂存在下，用硫酸裂解淀粉及其衍生物，然后碱化反应产物，并进行蒸馏使氨释放。同时用硼酸溶液收集，再用已标定的硫酸溶液滴定，得到硫酸体积耗用数即能转化成氮含量。

　　1.2试剂和材料

　　在测定过程中，只可使用分析纯的试剂和蒸馏水，或至少纯度相当的水。

　　1.2.1 浓硫酸：96%(m/m)、ρ20为1.84g/mL。

　　1.2.2氢氧化钠溶液：40%(m/m)、ρ20为1.43g/mL。

　　1.2.3 硼酸溶液：20g/L。

　　1.2.4催化剂：由97g硫酸钾和3g无水硫酸铜组成。

　　1.2.5 硫酸：约0.02mol/L或0.1mol/L的标准溶液。

　　1.2.6指示剂：由二份在50%(V/V)乙醇溶液中的中性甲基红、冷饱和溶液与一份在50%(V/V)乙醇溶液中浓度为0.25g/L亚甲蓝溶液混合而成。配制之后贮入棕色玻璃瓶内。

　　1.3仪器和设备

　　1.3.1 天平：感量为 1mg。

　　1.3.2 定氮蒸馏装置。

　　1.3.3 自动凯氏定氮仪。

　　1.4分析步骤

　　1.4.1试样处理：

　　所测样品应充分混合，放在密封干燥的容器内。对葡萄糖浆，在混合前应先除去表层约5mm。对块状样品必须研磨，使之全部过筛，不留下剩余样品。

　　1.4.2取样：

　　样品量称取至多为10g样品，精确至0.0001g，然后倒入干燥凯氏烧瓶内，注意不要将样品沾在瓶颈内壁上。对粘状或糊状样品，则可用一个小玻璃盛器或不产生氮的铝片纸或塑料上称重，或氮含量已知的盛器，盛品留在瓶内，如盛器产生氮的话，应做空白测定后折算。

　　1.4.3消煮：

　　加入催化剂10g，并用量筒加入体积为4倍样品重量计算的毫升浓硫酸。轻轻摆动烧瓶，混合瓶内样品，直至团块消失，样品完全湿透，加入防沸物(如玻璃珠)。烧瓶放到消化架上，装上排气装置，开始加热裂解。小心加热液体，使之逐渐沸腾，待液体澄清后继续加热1小时。

　　2.化验室试验方法(国标检测方法改善后测定方法)

　　2.1仪器设备

　　2.1.1分析天平

　　2.1.2 JKZ10-恒温加热消煮炉(济南精密)

　　2.1.3JK9870全自动凯氏定氮仪(济南精密)

　　2.2试样处理：

　　①、使用滴管称取约2g左右的淀粉样品，15ml浓硫酸，2g左右的催化剂(硫酸铜硫酸钾)，静置半小时。

　　②、放置于消煮炉上，正常升温至100℃(开始变黑)。

　　③、100℃持续10分钟，升至150℃(完全变黑，并开始出现泡沫)。

　　④、升温至200℃过程中，同时加入10滴30%的过氧化氢溶液。

　　⑤、200℃稳定5分钟，加入10滴30%的过氧化氢溶液。

　　⑥、升至250℃，同时加入10滴30%的过氧化氢溶液。

　　⑦、稳定10分钟，升至300℃，同时加入5滴30%的过氧化氢溶液。

　　⑧、稳定10分钟，升至400℃，同时加入5滴30%的过氧化氢溶液。

　　⑨、间隔10分钟加入5滴30%的过氧化氢溶液，直至溶液中固体(黑色泡沫)完全溶解。

　　⑩、等待溶液变为透明的蓝绿色时继续加热1小时。

　　2.3测定：

　　消解完之后将样品冷却至室温，即可使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定凯氏氮含量，得到的氮含量乘以相对应的系数可得到蛋白质的含量。

　　3.本化验室实验方法与国标方法的改善之处

　　①. 消解过程使用消煮炉缓慢升温，控制消解过程炭化的黑色泡沫附着在管壁，以减小对测定结果的影响

　　②. 消解过程加入双氧水来减弱炭化产生的泡沫，以加快消煮的效率

　　4.改善方法的解释与方法的论证数据

　　4.1.消化过程控制升温速率以及加入双氧水加快消化速率

　　样品当中含有大量的含碳化合物，故在消化时候加入浓硫酸以后加热时产生碳化，会有黑色泡沫出现，由于消煮炉配套使用的消化管管径相比于标准方法中定氮烧瓶较细，极易出现黑色泡沫附着在消化管管壁，导致样品的消化不完全。降低升温速率会减弱浓硫酸碳化样品的程度，减少黑色泡沫的出现，进而降低消化时的误差出现。而双氧水时氧化性极强的强氧化剂，能加速样品中有机物的氧化，从而进一步减弱碳化过程黑色泡沫的产生，致使样品的消化速率进一步提升，加速样品的消解，缩短样品的消化时间。以下表格是针对加入双氧水消化和未加双氧水消化的样品消化时间、氮含量测定结果的比对：

　　序号重量g双氧水加入碳化黑色泡沫情况消化耗时氮含量%

　　11.8882否严重4h0.0363

　　22.0153否严重4h0.0358

　　31.9067否严重4h0.0358

　　41.8384是明显减弱3.5h0.0363

　　51.7305是明显减弱3.5h0.0373

　　61.8376是明显减弱3.5h0.0372

　　备注：滴定稀硫酸浓度0.0678mol/L 消解催化剂：15ml浓硫酸硫酸铜硫酸钾(1：10)混合指示剂2g

　　上述数据说明消化过程加入双氧水对测定结果没有影响，能明显加快消解的速率，减弱碳化过程黑色泡沫的产生，从而避免了黑色泡沫附着在消化管管壁，进而减少了消化过程的误差，增加了实验结果的稳定性。

　　5.改善方法实验数据的准确性论证

　　为了验证改善优化后方法的准确性，选取了不同凯氏氮含量的淀粉分别使用优化后的方法(使用济南精密JK9870)和国标方法进行对比，对比数据如下表所示：

　　样品名称凯氏氮检测结果/%平均值偏差/%

　　国标方法改善优化后方法

　　样品10.0360.035两种方法的平均值

　　偏差为0.42%

　　样品20.0290.028

　　样品30.0410.042

　　样品40.0500.051

　　样品50.0270.029

　　样品60.0240.024

　　样品70.0320.031

　　由以上表格数据可以整理归纳出，改善优化(使用JK9870凯氏定氮仪)后的实验方法与国标方法检测结果偏差在0.5%以内，检测结果没有明显差异。

　　6.使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)与传统手工滴定法的对比论证

　　使用凯氏定氮仪测定样品中蛋白质(凯氏氮)含量，更能与消煮炉的消化高效的结合起来，相比传统的手工滴定法结果更稳定，误差更小，尤其是待测样品数量较多时，凯氏定氮仪来测定更适合改善优化后实验方法。为了验证凯氏定氮仪的检测结果准确性，采用了同一样品相同的消解方法，消解完成后定容取等量体积的样品稀释液分别使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)和传统手工滴定法(国标方法)进行样品蛋白质含量的检测。检测数据如下表所示：

　　样品序号蛋白质检测结果/%

　　JK9870法测试手工滴定法测试

　　10.17810.1794

　　20.18190.1813

　　30.17750.1769

　　40.18630.1838

　　50.17630.1769

　　60.17860.1816

　　上表数据可以看出使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)和传统手工滴定法(国标方法)进行淀粉样品蛋白质含量的检测时检测结果的偏差微乎其微，检测结果没有明显差异，并且使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)检测起来效率更高滴定更快，能够加快实验进程。

　　采用改善优化后的化验室实验方法进行氮含量、蛋白质含量的检测时，双氧水催化剂的使用更能加快消煮的速度，更能减弱碳化现象，有效的促进了消煮淀粉样品，消化后的样品不需要定容即可直接使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定，并且检测结果和国标方法对比无差异，准确度高，改善优化后的实验方法可作为淀粉凯氏氮含量、蛋白质含量检测的通用方法。

　　7.改善优化后实验方法的要点

　　淀粉类样品的凯氏氮、蛋白质含量检测，最重要的环节是淀粉样品消化过程，消煮过程控制好升温速率，适量加入双氧水来加快消煮能更好更快速的完成消煮实验。选择采用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定相比传统的标准方法测定更方便，加快实验的效率。
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