Определения белка в пшенице по методу Кьельдаля. Analysis of wheat protein by Kjeldahl method

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Для определения содержания белка в пшенице и аналогичных продуктах используют метод Кьельдаля. Данный метод был предложен в 1883 г. датским химиком Иоганном Кьельдалем (Johan Kjeldahl). В общем случае метод предназначен для определения азота в органических соединениях. Метод трудоемкий, он требует от химика значительной квалификации и сопряжен с большими затратами времени. Поэтому метод Кьельдаля пытаются заменить различными экспресс-методами, но все равно он остается в качестве арбитражного и используется для калибровки приборов, которые позволяют определять белок менее трудоемким способом.

Сущность метода заключается в минерализации органических веществ серной кислотой в присутствии катализатора [1] с образованием сульфата аммония (азот аминокислот переходит в аммиак, который образует с серной кислотой сульфат аммония), разрушении сульфата аммония щелочью с выделением аммиака, отгонке аммиака с водяным паром в раствор серной кислоты с последующим титрованием избытка серной кислоты щелочью.

__________________________________________________
¹В ГОСТе, посвященном анализу белка в пшенице (см. ниже), приводятся два рецепта катализатора:
"Для приготовления катализатора 1 взвешивают 10.0 г сернокислой меди, 100.0 г сернокислого калия и 2.0 г селена, помещают навеску в ступку и смесь тщательно растирают до получения однородного мелкозернистого порошка.
Для приготовления катализатора 2 взвешивают 10,0 г сернокислой меди и 300,0 г сернокислого калия, помещают навески в ступку и смесь тщательно растирают до получения однородного мелкозернистого порошка."

Кроме сульфата меди и селена катализатором разложения пробы в методе Кьельдаля служат соли ртути (Hg₂SO₄). Для ускорения разложения пробы вместо катализатора можно добавлять окислители: перманганат калия, дихромат калия или перекись водорода (как в нашем случае).

На фото вы видите процесс минерализации пробы пшеницы (заснят момент практически от начала разложения органической части)

На правой плитке нагреватель более мощный и проба минерализуется быстрее, в процессе нагрева удаляется, разлагается перекись водорода, удаляется вода, образуются пары серной кислоты

Периодически колбы снимают с плитки, охлаждают и добавляют новую порцию перекиси водорода 30%, в основном от 5-15 мл. При этом минерализат слегка обесцвечивается, колбы снова ставят на плитку и кипятят до белых паров

Пробы близки к окончанию минерализации, раствор становится более светлым, но до конца еще далеко

Колбу снова остужают перед добавлением новой порции перекиси, на данном этапе, если не охладить хорошо, то перекись достаточно бурно разлагается и пробу можно "потерять"

В правой колбе процесс минерализации закончен, об этом можно судить по тому, что раствор больше при кипячении не становится коричневым или желтым. Когда в колбе будут густые белые пары, а сам раствор будет прозрачным или с очень легкой желтизной (не часто) процесс минерализации завершен. Можно переходить к стадии перегонки аммиака и титрованию

Отгонка аммиака

Для отгонки аммиака собирают простую перегонную установку с каплеуловителем, на конец прямого холодильника надевают шланг со стеклянной трубкой, помещенной в коническую приемную колбу объёмом 500 мл в которую с помощью пипетки Мора наливают 50 мл 0,01 N серной кислоты и добавляют 1-2 капли метилового оранжевого.

После завершения минерализации колбу охлаждают до комнатной температуры.

В колбу с минерализатом наливают 300 мл дистиллированной воды (не содержащей аммиака) засыпают 1-2 гр. сплава Деварда [2], приливают 70 мл 40% раствора гидроксида натрия и быстро закрывают пробкой с каплеуловителем. Раствор перемешивают, на фото раствор как будто мутный (это из-за мелких пузырьков газа). На данном этапе надо колбу держать без нагрева или при минимальном иначе резко начинает пузыриться, и раствор может убежать.

Полная методика определения содержания белка в пшенице по методу Кьельдаля дана в ГОСТ 10846-91 - Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка [ссылка]. Приведенная в этом ГОСТе методика является официальной, поэтому она усложненная и не всегда соответствует тому, как делают на практике.

__________________________________________________
² Сплав Деварда нужен для восстановления нитратов и нитритов до аммиака, однако, в данном случае все нитраты и нитриты разлагаются и улетают на стадии минерализации с серной кислотой, зачем добавляют сплав Деварда - не ясно (- прим. ред.)

Дополнения

В классическом варианте метода разложение пробы серной кислотой проводят в специальной колбе Кьельдаля (Kjeldahl flask).

Комментарии

^К1 По поводу описанного способа минерализации (с периодическим охлаждением, добавлением пергидроля, повторным нагреванием, и так много раз)... В общем, если есть возможность выбора, то лучше использовать вариант с катализатором "сульфат меди + селен" - как в плане сокращения времени минерализации, так и в плане минимизации общения с горячей концентрированной HSO₄. Если проблема в отсутствии селена, то его вполне можно игнорировать. Так, в ГОСТе по определению азота в топливе твёрдом минеральном говорится:

"В качестве катализатора применяют сульфат меди, а для трудно разлагаемых углей и антрацитов - смесь селена с сульфатом меди."

Растительные же объекты минерализуются гораздо легче. Например, лузга подсолнечника довольно быстро давала прозрачный и почти бесцветный раствор при использовании только лишь сульфата меди, сульфата калия и серной кислоты.

^К1-1 Старожилы работали с катализатором на сульфате меди и селене, но ушли на 30% перекись водорода. С не реально быстрее, тут многое от навески и степени измельчения зависит. А так 2-3 часа и минерализат готов, часто носят "жирные" пробы, с ними чуть дольше. Главный момент в перегонке, не упустить момент бурного кипения с пеной. Недосмотришь - убежит.