Метод Кьельдаля: определение белка по азоту¶

Метод Кьельдаля — аналитический метод количественного определения азота в органических веществах, разработанный датским химиком Йоханом Кьельдалем в 1883 году. Метод основан на минерализации пробы концентрированной серной кислотой с последующим определением образовавшегося сульфата аммония. Широко применяется в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, биохимии и экологическом мониторинге для оценки содержания белка, поскольку азот является его постоянным компонентом.

¶Сущность метода

Метод Кьельдаля включает три последовательные стадии: минерализацию (сжигание), перегонку (дистилляцию) и титрование. На первой стадии органическое вещество разрушается при нагревании с концентрированной серной кислотой в присутствии катализаторов (медь, селен, титан) и ускорителей (сульфат калия или натрия). При этом органический азот переходит в неорганическую форму — сульфат аммония.

На стадии перегонки к охлаждённому минерализату добавляют избыток щёлочи (обычно гидроксида натрия). Выделяющийся при этом аммиак отгоняют с водяным паром в приёмную колбу, содержащую раствор борной кислоты или титрованный раствор кислоты. На завершающей стадии количество аммиака определяют титрованием: в случае борной кислоты — раствором соляной или серной кислоты, в случае кислоты-ловушки — раствором щёлочи.

¶Коэффициент пересчёта

Содержание азота, полученное методом Кьельдаля, пересчитывают на содержание белка с помощью коэффициента. Для большинства пищевых продуктов используют коэффициент 6,25, что соответствует среднему содержанию азота в белках около 16 %. Однако для отдельных продуктов применяют уточнённые коэффициенты: для пшеницы — 5,70, для молока — 6,38, для желатина — 5,55, для орехов — 5,30. Использование единого коэффициента может приводить к систематическим погрешностям, поскольку разные белки содержат различное количество азота.

¶Модификации и развитие

Классический метод Кьельдаля имеет ряд модификаций. Ускоренный вариант предполагает применение перекиси водорода для сокращения времени минерализации. Существует также метод с предварительным восстановлением нитратов и нитритов, которые в стандартной процедуре теряются в виде оксидов азота. Для микроопределений разработаны уменьшенные варианты методики, позволяющие работать с образцами массой в несколько миллиграммов.

В современной лабораторной практике метод Кьельдаля автоматизирован: выпускаются автоматические системы минерализации, дистилляции и титрования, позволяющие обрабатывать серии проб. Несмотря на развитие альтернативных методов (метод Дюма, спектрофотометрические и хроматографические подходы), метод Кьельдаля остаётся референтным при арбитражных анализах и калибровке других методик.

¶Области применения

Метод Кьельдаля применяется для определения общего азота и белка в пищевых продуктах (мясо, молоко, зерно, корма), в почвах и удобрениях, в сточных водах и биологических образцах. Он лежит в основе стандартных методов анализа, принятых в ГОСТ, ISO и AOAC. В виноделии и пивоварении метод используют для контроля содержания аминного азота. В медицине метод применяют для определения белка в сыворотке крови и моче.

¶Преимущества и недостатки

К достоинствам метода относят высокую точность и воспроизводимость, применимость к разнообразным матрицам, возможность определения как органического, так и аммонийного азота. Недостатками являются длительность анализа (2–4 часа), использование концентрированной серной кислоты и едких щелочей, необходимость работы с вытяжной вентиляцией. Метод не различает белковый и небелковый азот, что в ряде случаев требует дополнительных процедур осаждения белков.

¶Источники

• ГОСТ 10846-91 «Зерно. Методы определения белка».
• ГОСТ 23327-98 «Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю».
• ГОСТ 32044.1-2012 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырьё. Методы определения содержания азота и сырого протеина».
• Скурихин И. М., Тутельян В. А. «Химический состав российских пищевых продуктов».
• Kjeldahl J. «Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern» // Zeitschrift für analytische Chemie, 1883.