So Sánh Phương Pháp Kjeldahl Và Dumas: Nguyên Lý, Thiết Bị, Và Ứng Dụng

Protein có vai trò chính trong sự tăng trưởng và duy trì cơ thể con người, cùng với carbohydrate và lipid, cung cấp năng lượng cho các chất dinh dưỡng trong chế độ ăn uống. Ngoài ra, protein còn đảm nhận nhiều chức năng khác trong cơ thể, như hoạt động enzym và vận chuyển chất dinh dưỡng và các hợp chất sinh hóa khác qua màng tế bào. Protein là thành phần quan trọng trong chế độ ăn uống, điều quan trọng là phải biết hàm lượng protein trong thực phẩm, thông thường phương pháp Kjeldahl hoặc phương pháp Dumas được sử dụng để phân tích protein.

Phân Tích Protein

Phân tích protein thực phẩm không hoàn toàn là một thủ tục đơn giản. Do thực phẩm gồm những nguyên liệu không đồng nhất, bao gồm nhiều loại chất dinh dưỡng khác nhau, chẳng hạn như chất béo, carbohydrate và nhiều loại vi chất dinh dưỡng. Thành phần, cấu trúc thực phẩm hoặc kết cấu và sự tương tác giữa các chất dinh dưỡng khác nhau có thể làm giảm khả năng tiếp cận của protein dẫn đến đánh giá thấp hàm lượng protein. Ngoài ra, các phương pháp khác nhau dựa trên các nguyên tắc phân tích khác nhau, xác định hàm lượng protein trực tiếp hoặc gián tiếp.

Xác định protein trực tiếp là khi hàm lượng protein được tính toán dựa trên phân tích dư lượng axit amin. Ví dụ, việc xác định protein gián tiếp có thể được suy ra sau khi xác định hàm lượng nitơ, hoặc sau các phản ứng hóa học với các nhóm chức năng trong protein. Một yếu tố bổ sung có thể góp phần làm cho việc xác định hàm lượng protein không chính xác là chiết xuất protein. Một số phương pháp yêu cầu một số mức độ chiết xuất protein trước khi phân tích và do đó, năng suất chiết xuất có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Một số phương pháp được sử dụng thường xuyên nhất để xác định protein thực phẩm dựa trên phân tích hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu. Ví dụ về các phương pháp như vậy là phương pháp Dumas và phương pháp Kjeldahl. Trong cả hai phương pháp, tổng nitơ trong mẫu được giải phóng ở nhiệt độ cao. Bài viết này sẽ bàn luận về hai phương pháp Kjeldahl và Dumas trong việc phân tích đạm hay tổng hàm lượng nitơ.

Phương Pháp Kjeldahl

1. Nguyên Tắc

Trong quy trình Kjeldahl, protein và các thành phần thực phẩm hữu cơ khác trong mẫu được phân hủy bằng axit sulfuric với sự có mặt của chất xúc tác. Tổng nitơ hữu cơ được chuyển thành amoni sulfat. Dịch phân hủy được trung hòa bằng kiềm và chưng cất thành dung dịch axit boric. Các anion borat hình thành được chuẩn độ bằng axit tiêu chuẩn, axit này được chuyển thành nitơ trong mẫu. Kết quả phân tích thể hiện hàm lượng protein thô trong thực phẩm vì nitơ cũng đến từ các thành phần phi protein (lưu ý rằng phương pháp Kjeldahl cũng đo nitơ trong bất kỳ amoniac và amoni sunfat nào).

• Chuẩn bị mẫu: Thực phẩm rắn được nghiền để lọt qua sàng 20 mắt lưới. Các mẫu để phân tích phải đồng nhất. Không cần chuẩn bị đặc biệt nào khác.
• Quá trình phân hủy: Cho mẫu (được cân chính xác) vào bình Kjeldahl. Thêm axit và chất xúc tác; tiêu hóa cho đến khi rõ ràng để phân hủy hoàn toàn tất cả các chất hữu cơ. Amoni sunfat không bay hơi được hình thành từ phản ứng của nitơ và axit sunfuric.

Trong quá trình tiêu hóa, nitơ protein được giải phóng để tạo thành các ion amoni; axit sunfuric oxy hóa chất hữu cơ và kết hợp với amoni hình thành; các nguyên tố carbon và hydro được chuyển đổi thành carbon dioxide và nước.

• Trung hòa và chưng cất: Dịch phân hủy được pha loãng với nước. Natri thiosunfat chứa kiềm được thêm vào để trung hòa axit sunfuric. Amoniac tạo thành được chưng cất thành dung dịch axit boric có chứa chất chỉ thị xanh metylen và đỏ metyl (AOAC Method 991.20).

• Chuẩn độ: Anion borat (tỷ lệ với lượng nitơ) được chuẩn độ bằng HCl đã chuẩn hóa.

Lượng mol HCl sẽ bằng lượng mol NH₃ và bằng lượng mol nitơ trong mẫu. Chạy mẫu trắng thuốc thử để trừ nitơ thuốc thử khỏi nitơ mẫu.

N_HCl = normality of HCl in moles/1,000 mL

Corrected acid vol. = (mL std acid for sample) – (mL std acid for blank)

14 = atomic weight of nitrogen

Chuyển đổi phần trăm N thành phần trăm protein thô bằng cách nhân với một hệ số chuyển đổi. Hầu hết protein chứa 16% N nên hệ số chuyển đổi là 6.25.

%N × 6.25 = %protein

Các hệ số chuyển đổi cho các loại thực phẩm khác nhau được đưa ra trong Bảng sau.

2. Thiết Bị

Hệ thống phân tích nitơ bằng phương pháp Kjeldahl hoàn chỉnh sẽ gồm 3 thành phần chính: thiết bị phá mẫu, thiết bị chưng cất và thiết bị chuẩn độ (hoặc có thể chuẩn độ thủ công). Thiết bị phân tích tự động sẽ tích hợp 3 thành phần này trong máy, giúp người dùng dễ dàng xác định hàm lượng nitơ/protein.

Thiết bị phân tích nitơ tự động theo phương pháp Kjeldahl của Hanon là thiết bị tự động tích hợp chức năng chưng cất và chuẩn độ, được thiết kế dựa trên phương pháp xác định nitơ Kjeldahl cổ điển. Máy phân tích đạm /Nito Kjeldahl tự động Hanon K1160 được trang bị hệ thống điều khiển cốt lõi mới nhất, tự động hóa mạnh mẽ và các thành phần chất lượng cao; có thể dễ dàng xả chất thải tự động và làm sạch ống phân hủy và cốc chuẩn độ, kiểm soát nguồn cung cấp hơi nước và phát hiện nhiệt độ ngưng tụ theo thời gian thực.

Hệ thống chuẩn độ và bơm sạc có độ chính xác cao đảm bảo độ chính xác của kết quả kiểm tra và khả năng phát hiện nhiều mức chất lỏng giúp quá trình kiểm tra diễn ra suôn sẻ.

• Chức năng chưng cất, chuẩn độ, tính toán, in, xả và làm sạch tự động, an toàn và tiết kiệm thời gian.

• Thiết kế cốc chuẩn độ có thể nhìn thấy cho phép người vận hành kiểm soát thời gian thực toàn bộ quá trình thử nghiệm.

• Lưu lượng hơi nước có thể kiểm soát được, đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm khác nhau.

• Bình Regent có chức năng cảnh báo thiếu chất lỏng, đảm bảo quá trình thử nghiệm diễn ra suôn sẻ.

• Hệ thống chuẩn độ và bơm nạp có độ chính xác cao đảm bảo độ chính xác của kết quả xét nghiệm.

• Nhiệt độ chất lỏng chưng cất được phát hiện theo thời gian thực. Dừng khẩn cấp chống lại sự bất thường về nhiệt độ.

• Mô hình chưng cất kép đáp ứng các thí nghiệm khác nhau, để làm chậm tốc độ của phản ứng axit-bazơ.

• Chức năng thoát nước nhanh của ống phân hủy được sử dụng để tránh người vận hành chạm vào thuốc thử chưng cất nóng, bảo vệ người vận hành.

• Tự động hoàn thành quá trình chưng cất, chuẩn độ, tính toán, in, xả chất thải và nhiều biện pháp bảo vệ, tự phát hiện lỗi, gợi ý thiếu nước ngưng tụ, dịch chuyển cửa an toàn và ống phân hủy, v.v.
• Màn hình cảm ứng LCD lớn cho phép vận hành trực quan và cho phép người dùng sử dụng thành thạo.

Thiết bị có khả năng phân tích từ 0.1 mg – 240 mg nitơ chỉ trong vòng từ 5 – 10 phút cho mỗi mẫu, với khả năng lặp lại của kết quả cao. Tuy nhiên, thiết bị để bàn nhỏ gọn, cho phép tiết kiệm diện tích của phòng thí nghiệm.

Phương Pháp Dumas

Phương pháp đốt cháy được giới thiệu vào năm 1831 bởi Jean-Baptiste Dumas. Nó đã được sửa đổi và tự động hóa để cải thiện độ chính xác kể từ thời điểm đó. Các mẫu được đốt cháy ở nhiệt độ cao (700 – 1.000 °C) với dòng oxy nguyên chất. Các oxit nitơ được khử ở cột đồng với nhiệt độ cao.

Khí CO₂ và hơi nước sẽ được tách ở các cột phân tách, khí mang (thường là Heli) chảy qua toàn bộ hệ thống và được đo liên tục bằng đầu dò độ dẫn nhiệt TCD. Khi kết thúc phân tích, TCD sau đó đo hỗn hợp khí mang và N₂. Sự khác biệt về thành phần khí này tạo ra sự chênh lệch điện áp có thể đo được cho TCD, sau đó được sử dụng để tính hàm lượng nitơ của mẫu.

Chi tiết về nguyên tắc và thiết bị phân tích nitơ bằng phương pháp Dumas bạn có thể tham khảo tại bài viết:

Phân Tích Hàm Lượng Nitơ Nhanh Hơn Với Phương Pháp Dumas – Máy Phân Tích Tự Động D50/D200: https://thietbikhoahoch2tech.com/phan-tich-nito-voi-phuong-phap-dumas/)

	Kjeldahl method	Dumas method
Cơ sở hóa học	Nitơ (tổng hữu cơ)	Nitơ (tổng hữu cơ và vô cơ)
Phản ứng		Mẫu + O2  → CO2  + H2O + NxOy + O2 + các oxit khác CO2  + H2O + NxOy + O2 + Cu → CO2  + H2O + N2 → N2
Nguyên tắc	Xác định N bằng phương pháp phá mẫu, trung hòa, chưng cất và chuẩn độ. Dùng hàm lượng N để tính hàm lượng đạm.	N được giải phóng khi đốt cháy mẫu ở nhiệt độ rất cao. Khí N được định lượng bằng sắc ký khí sử dụng detector dẫn nhiệt. Dùng hàm lượng N để tính hàm lượng đạm.
Ưu điểm	Không tốn kém (nếu không phải là hệ thống tự động). Phương pháp được sử dụng và chấp nhận rộng rãi trong hơn một thế kỷ	Yêu cầu không có hóa chất độc hại. Nhanh chóng (vài phút). Dụng cụ tự động cho phép phân tích nhiều mẫu mà không cần chú ý
Nhược điểm	Đo tổng N hữu cơ chứ không chỉ N protein. Tốn thời gian. Sử dụng thuốc thử ăn mòn. Độ chính xác thấp hơn so với một số phương pháp khác	Thiết bị đắt tiền. Đo tổng N hữu cơ và vô cơ, và không chỉ N protein
Ứng dụng	Áp dụng cho tất cả các loại thực phẩm.	Áp dụng cho tất cả các loại thực phẩm, cho cả mục đích chính thức và kiểm soát chất lượng

[1] Food Analysis. Springer Cham (2017)

Công ty CP Thiết Bị Khoa học H2TECH – Là đơn vị cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu tại Việt Nam. H2TECH là đối tác của nhiều trường học các viện nghiên cứu và các trung tâm thí nghiệm. Là một trong những nhà phân phối tại Việt Nam, với nhiều hãng nỗi tiếng khác nhau trên thế giới như Hanon, Berger, CDR Foodlab …. Nếu bạn đang có nhu cầu về các thiết bị phân tích thực phẩm hoặc thiết bị phòng thí nghiệm khác hãy liên hệ với H2TECH để được hỗ trợ cung cấp các thiết bị với mức giá hợp lý nhất.

CÔNG TY CP THIẾT BỊ KHOA HỌC H2TECH
Chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm – Thiết kế phòng lab
Chúng tôi hợp tác lâu dài dựa trên uy tín, chất lượng và hỗ trợ cho khách hàng một cách tốt nhất
Hotline: 0934.07.54.59
028.2228.3019
Email: thietbi@h2tech.com.vn
salesadmin@h2tech.com.vn
Website: https://h2tech.com.vn
https://thietbihoasinh.vn
https://thietbikhoahoch2tech.com