Определение белка в зерне и муке методом Кьельдаля

Белок — один из ключевых показателей качества зерна и муки, напрямую влияющий на их стоимость и хлебопекарные свойства. Стандартом для точного определения белка в этой отрасли уже более века служит метод Кьельдаля, а современные анализаторы, такие как автоматический комплекс ERKAYA P110, делают этот анализ быстрым, безопасным и высокоточным.

Что такое метод Кьельдаля и почему он важен для зерна и муки?

Метод Кьельдаля — это официальный арбитражный метод определения содержания азота/белка, утвержденный в том числе Европейской комиссией для контроля пищевых продуктов и кормов. Его результаты являются эталонными, на которые ориентируются при сортообразовании, селекции и заключении контрактов.

Использование метода Кьельдаля в зерновой и мукомольной промышленности является классическим и строго регламентированным процессом. Это ключевой метод для контроля качества и определения стоимости продукции.

Суть метода заключается в трех основных этапах:

• Минерализация (озоление). Навеску образца нагревают с концентрированной серной кислотой в присутствии катализатора. При этом органический азот, входящий в состав белка, превращается в сульфат аммония.
• Дистилляция. Полученный раствор подщелачивают, в результате чего азот выделяется в виде аммиака. Аммиак отгоняют паром и улавливают в раствор борной кислоты.
• Титрование. Количество поглощенного аммиака определяют путем титрования раствором соляной кислоты. По расходу кислоты рассчитывают массовую долю азота, которую затем умножают на специальный коэффициент (для пшеницы — 5.7) для получения содержания белка.

Роль и значение метода в отрасли

В зерновой и мукомольной промышленности белок — это один из самых важных показателей качества и фактор, формирующий цену. Зерно с высоким содержанием белка (например, пшеница-сильная) ценится значительно выше, так как из него получается мука с лучшими хлебопекарными свойствами.

Метод Кьельдаля является:

• Официальным стандартным методом. Признан международными организациями (ISO, ICC, AACC, ГОСТ).
• Арбитражным методом. Используется для разрешения споров между поставщиком и покупателем.
• Основой для сортообразования и селекции. С помощью него оценивают новые сорта зерновых культур.

Подробное описание применения метода для анализа зерна и муки

Процесс строго стандартизирован для обеспечения воспроизводимости и точности результатов.

1. Подготовка пробы — это критически важный этап.

• Зерно измельчают в лабораторной мельнице до размера частиц, обеспечивающего репрезентативность пробы (обычно менее 1 мм). Важно добиться однородности, так как белок в зерне распределен неравномерно.
• Муку обычно анализируют без дополнительного измельчения, но ее тщательно перемешивают для устранения слеживания и обеспечения однородности.
• Точность взвешивания. На аналитических весах отбирают навеску примерно 1 грамм с точностью до 0.0001 г.

2. Стадия минерализации (Разложения)

Реактивы:

• Концентрированная H₂SO₄ — окислитель, который разрушает органическую матрицу.
• Смесь катализаторов (Таблетка Кьельдаля) — стандартная смесь включает K₂SO₄ (для повышения температуры кипения кислоты до ~350°C) и CuSO₄ (катализатор). Иногда используют селен, но он может дать меньшую точность.

Навеску помещают в колбу Кьельдаля, добавляют кислоту и катализатор. Нагревание проводят на специальном блоке разложения сначала медленно (для предотвращения вспенивания), затем интенсивно, до полного просветления раствора (исчезновения черных и коричневых частиц) и еще в течение 1-2 часов после этого. Образующийся азот полностью преобразуется в сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄).

3. Стадия дистилляции

Охлажденный раствор из колбы количественно переносят в дистилляционный аппарат Кьельдаля.

• Подщелачивание. В аппарат добавляют большой избыток концентрированного NaOH (40-50%). Это переводит ионы аммония в аммиак:
  (NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O
• Отгонка аммиака. Паром, подаваемым в аппарат, аммиак отгоняют в приемную колбу.
• Улавливание. Пары аммиака поглощаются точным количеством титрованного раствора соляной кислоты (HCl) или, что чаще и удобнее, раствором борной кислоты (H₃BO₃).

Преимущество борной кислоты: Она не требует точного дозирования, так как является поглотителем, но не титрантом. Ее берут в избытке.

Реакция с борной кислотой: 3NH₃ + H₃BO₃ → (NH₄)₃BO₃

При этом происходит изменение цвета индикатора (чаще всего смеси метилового красного и метиленового синего) с фиолетового до зеленого.

4. Стадия титрования

Если использовалась соляная кислота, титруют оставшуюся (непрореагировавшую) кислоту щелочью.

При использовании борной кислоты (самый распространенный способ), образовавшуюся соль титруют стандартным раствором соляной кислоты (HCl) до момента, когда зеленый цвет раствора перейдет в исходный фиолетовый/розовато-серый.
(NH₄)₃BO₃ + 3HCl → 3NH₄Cl + H₃BO₃

Расчет содержания белка

Рассчитывают массовую долю азота (N, %):
N (%) = (V * C * 0.014 * 100) / m
где:
V — объем раствора HCl, пошедший на титрование, мл;
C — молярная концентрация раствора HCl, моль/л;
0.014 — масса 1 ммоля азота, г/ммоль;
m — масса навески образца, г.

Рассчитывают массовую долю белка (P, %):
P (%) = N (%) * F
где F — белковый (азотный) коэффициент.

Ключевой момент — Выбор коэффициента F

Для разных культур используются разные коэффициенты, так как аминокислотный состав их белков различен:

• Пшеница, рожь, ячмень — F = 5.7 (основано на том, что в основных белках этих злаков — глютенинах и проламинах — содержится ~17.54% азота).
• Овес — F = 6.31
• Кукуруза — F = 6.25
• Соя — F = 6.25 (для соевого шрота и концентратов)
• Рис — F = 5.95

Использование неверного коэффициента приводит к систематической ошибке!

Контроль качества и валидация

Для обеспечения точности в лабораториях обязательно проводят:

• Анализ стандартных образцов (СО). Используют аттестованные материалы с точно известным содержанием азота/белка (например, стандартная мука NIST).
• Холостой опыт. Проводят анализ без навески для учета возможного содержания азота в реактивах.

Преимущества и недостатки метода

Преимущества:

• Неоспоримая точность. Результаты принимаются всеми сторонами на международном уровне.
• Пригодность для любых типов зерна и муки.
• Относительно невысокая стоимость оборудования (по сравнению с автоматическим анализатором Дюма).

Недостатки:

• Медленность. Один анализ занимает 1.5-3 часа.
• Трудоемкость. Требуется постоянное присутствие лаборанта.
• Использование опасных реагентов.
• Экологические проблемы с утилизацией отходов.

Комплексное решение для лаборатории

Автоматический комплекс ERKAYA P110 предназначен для количественного анализа общего азота и белка по методу Кьельдаля и полностью соответствует требованиям ГОСТ 10846-91 «Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка».
Комплекс включает два основных блока: дигестор (для минерализации) и автоматический дистиллятор.

Метод Кьельдаля остается «золотым стандартом» в определении белка, обеспечивая надежность и точность, необходимые для контроля качества в зерновой и мукомольной промышленности. Аппарат Кельдаля ERKAYA P110 воплощает этот метод в современном, безопасном и высокоэффективном оборудовании, позволяя лабораториям соблюдать строгие стандарты и оперативно получать достоверные результаты для принятия правильных технологических и коммерческих решений.

Надеемся, эта статья была вам полезна. Если у вас остались вопросы иил нужна помощь в подборе оборудования по методу Кьельдаля для вашей лаборатории, будем рады помочь.

Оставьте заявку для бесплатной консультации!