Phân tích nitrogen – So sánh phương pháp DUMAS và phương pháp KJELDAHL

Tổng quan

Hiện có 2 phương pháp phổ biến được dùng để phân tích hàm lượng tổng nitrogen hoặc protein thô, là phương pháp Dumas và phương pháp Kjeldahl. Cả 2 phương pháp này đều được thế giới công nhận và đã được tiêu chuẩn hóa thành TCVN. Hai phương pháp này được sử dụng để xác định hàm lượng tổng nitrogen hoặc protein thô trong sản phẩm. Bên cạnh đó chỉ tiêu protein thô là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm. Ví dụ như hàm lượng đạm (hàm lượng protein) trong nước mắm, hay hàm lượng protein trong sữa hoặc hàm lượng protein trong thức ăn chăn nuôi… vì hàm lượng đạm quyết định tới giá thành của sản phẩm. Cho tới nay đã có những thắc mắc hoặc tranh chấp thương mại về hàm lượng protein thô trong sản phẩm của nhà sản xuất khi gửi mẫu tới các phòng thí nghiệm khác nhau, sử dụng những phương pháp phân tích khác nhau, đã cho những kết quả khác nhau. Nhằm giúp giải thích phần nào những thắc mắc về hàm lượng protein thô khi nhận được những kết quả khác nhau từ các phòng thí nghiệm, trong phạm vi bài báo này, tôi sẽ phân tích sự khác nhau giữa phương pháp Dumas và phương pháp Kjelhahl trong phân tích hàm lượng tổng nitrogen hoặc protein thô.

Trước hết chúng ta cùng tìm hiểu nguyên lý của 2 phương pháp này.

loading...

Nguyên lý của phương pháp Kjeldahl

Phương pháp Kjeldahl chỉ xác định được những nitrogen ở dạng hữu cơ và ammonia. Phương pháp Kjeldahl được chia làm 3 giai đoạn: vô cơ hóa mẫu, chưng cất và chuẩn độ.

Giai đoạn 1: Vô cơ hóa mẫu

Sử dụng axit sulphuric đậm đặc, có sử dụng chất xúc tác như Potassium sulphate/ Copper sulphate ở nhiệt độ cao. Khi đó nitrogen có trong mẫu (ngoại trừ nitrogen ở dạng muối nitrate và nitrite) sẽ được chuyển thành dạng amonia, các hợp chất hữu cơ khác sẽ được vô cơ hóa thành CO2 và H2O và một vài khí khác. Amonia trong môi trường axit sẽ được chuyển thành dạng ion amoni (NH4+). Được tổng quát qua sơ đồ sau:

Hợp chất hữu cơ + H2SO4    →    CO2 + H2O + (NH4)2SO4 + SO2

Giai đoạn 2: Chưng cất mẫu

Mẫu sau khi vô cơ hóa được trung hòa bằng kiềm mạnh (thông thường khoảng 40-50% NaOH), amonium sulphate sẽ được chuyển hóa thành khí amonia.

(NH4)2SO4 + 2 NaOH    →   2 NH3 + Na2SO4 + 2H2O

Tiếp theo, nếu sử dụng phương pháp chuẩn độ trực tiếp thì axit boric sẽ được lựa chọn làm chất hấp thụ khí amonia.

NH3 + H3BO3   →  NH4+ + H2BO3

Giai đoạn 3: Chuẩn độ

Muối amonium borate được chuẩn độ bằng dung dịch axit như axit sulphuric hoặc axit hydrochloric. Sử dụng chất chỉ thị để kết thúc điểm chuẩn độ, hoặc sử dụng chuẩn độ tự động có máy đo pH ở khoảng pH = 5.

H2BO3 + H+   →   H3BO3

Hàm lượng protein được tính qua hàm lượng nitrogen nhân với hệ số chuyển đổi, tùy thuộc vào từng đối tượng mẫu khác nhau sẽ có hệ số chuyển đổi khác nhau, nhưng đối với thực phẩm nói chung thì hệ số là 6,25.

Protein [%] = 6,25 x N [%]

Nguyên lý của phương pháp Dumas

Phương pháp Dumas xác định nitrogen ở tất cả các dạng liên kết, cả hữu cơ và vô cơ, bao gồm cả nitrite và nitrate. Mẫu được đốt cháy ở nhiệt độ cao, khoảng 900 độ C tạo thành các oxide, các hợp chất bị đốt cháy bao gồm cả gốc muối nitrate và nitrite để tạo thành N-oxides hoặc N2. Với sự có mặt của Cu (đồng), các oxit nitrogen sẽ được khử thành nitrogen. Trong khi đó, CO2 , H2O và một vài oxide khác được tách ra và loại bỏ hoàn toàn bằng các bẫy hấp thụ và hấp phụ. Khí nitrogen sinh ra được đo bằng đầu dò dẫn nhiệt (thermal conductivity detector – TCD).

Một máy tính được kết nối với máy Dumas bằng phần mềm điều khiển và tính nồng độ nitrogen có trong mẫu từ tín hiệu trên đầu dò TCD của khí Nitrogen và từ khối lượng mẫu. Hàm lượng protein thô được tính bằng cách nhân hàm lượng nitrogen với hệ số chuyển đổi thích hợp, thực phẩm nói chung là 6,25.

Protein [%] = 6,25 x N [%]

Giới hạn phát hiện của phương pháp Dumas khoảng 0,01 mg Nitrogen. Phương pháp Dumas có lợi thế là dễ sử dụng và hoàn toàn tự động hóa. Nó nhanh hơn phương pháp Kjeldahl rất nhiều, chỉ khoảng 4-5 phút/mẫu, trong khi phương pháp Kjeldahl cần khoảng 1,5-2 tiếng. Phương pháp Dumas không sử dụng chất độc hại hoặc hóa chất độc hại và không ô nhiễm môi trường như phương pháp Kjeldahl đã sử dụng. Trong khi phương pháp Kjeldahl sử dụng axit sulphuric đậm đặc và sinh khí SO2 rất độc hại.

dumas

Hình mô tả sơ đồ phân tích tổng Nitrogen của máy Dumas

Với nguyên lý của phương pháp Dumas, phân tích tổng Nitrogen bao gồm cả các hợp chất vô cơ như nitrite và nitrate thì phương pháp Kjeldahl chỉ phân tích các hợp chất nitrogen hữu cơ và amonia. Đây chính là sự khác biệt khi so sánh kết quả giữa hai phương pháp trên. Vì vậy, phần lớn các mẫu khi được phân tích bằng 2 phương pháp trên thì hàm lượng Protein thô khi phân tích bằng phương pháp Dumas luôn cao hơn hàm lượng Protein thô khi phân tích bằng phương pháp Kjeldahl. Sự khác biệt này càng rõ ràng đối với các mẫu có hàm lượng nitrate, nitrite cao, ví dụ như các loại rau, lạp sườn, phân bón…

Kết quả so sánh hàm lượng Protein thô được chỉ ra rõ hơn khi tổng hợp số liệu so sánh liên phòng của AAFCO như sau:

protein

Tại Đức, người ta đã so sánh hàm lượng protein thô giữa phương pháp Dumas và phương pháp Kjeldahl trên 800 mẫu bột mì, qua 5 vụ thu hoạch từ năm 2000 – 2004. Thống kê chỉ ra rằng có 2% hàm lượng protein Dumas không được phát hiện bằng phương pháp Kjeldahl và được thể hiện theo mối tương quan sau:

Kjeldahl = 0,959 * Dumas + 0,258

(Công thức này không được sử dụng để chuyển đổi các kết quả)

Kết luận

Do vậy, cần lưu ý rằng, phương pháp Dumas định lượng được tất cả các dạng hợp chất của nitrogen bao gồm cả hữu cơ và vô cơ, nó không có sự chọn lọc protein. Vì vậy nếu sử dụng phương pháp Dumas, các sản phẩm có thể làm giả để tăng hàm lượng protein bằng bất cứ hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ nào có chứa nitrogen. Cũng giống như phương pháp Kjeldahl, không đưa ra được kết quả protein thực khi nó phân tích cả những chất phi protein, ví dụ amoniac. Vì vậy, để tránh xung đột trong các trường hợp thương mại, cần phải nêu rõ phương pháp sử dụng khi phân tích protein thô.

Phương pháp Kjeldahl vẫn được coi là phương pháp chuẩn để so sánh với các phương pháp khác khi phân tích protein thô. Phương pháp Dumas được sử dụng khi sự khác biệt giữa các mẫu là không đáng kể./.

Gửi phản hồi

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.