Содержание белка в пищевых продуктах: какой метод выбрать?

При выборе наиболее оптимального метода определения белка в пищевых продуктах особое внимание следует уделить его безопасности для оператора и окружающей среды, времени анализа, вопросу подготовки специалиста, соответствию международным стандартам и пр. Кроме того, выбор должен базироваться на возможностях лаборатории в подборе оборудования, соответствующего поставленным задачам.

белок

Определение содержание органического белка методом Кьельдаля

Метод был разработан в 1883 году датским химиком Иоганном Кьельдалем в лаборатории Carlsberg. Он позволяет количественно определять содержание органического белка в пробе. Основан на разрушении пептидной связи с последующим высвобождением молекулы азота и его количественного анализа с помощью титрования. 

Классический метод Кьельдаля предусматривает три простых этапа: разложение, дистилляцию и титрование. После титрования использованное количество титранта соответствует концентрации азота, который был в образце. Перерасчет на белок происходит с помощью коэффициента перерасчета F (6,25 = 0,16 г азота на 1 г белка). Полное время анализа одного составляет образца составляет около 2 часов. Метод достаточно чувствительный, предел определения – 0,1 мг азота. 

Нагреватели, колбы, стеклянные холодильники – когда метод только открыли, все исполнялось исключительно в ручном режиме. Сегодня же все три этапа – разложение, дистилляция и титрование – могут быть легко выполнены с помощью автоматических систем для анализа белка по Кьельдалю: 

  • Минерализатора для разложения образца.
  • Дистиллятора для отгонки аммиака.
  • Скруббера для нейтрализации газов.

Преимущества метода Кьельдаля:

  1. Это референтный метод, который соответствует всем международным стандартам. 
  2. Доступность оборудования, возможность поэтапной комплектации. Например, сначала можно приобрести анализатор, а потом дистиллятор. 
  3. Все современные приборы анализа белка по методу ИК-спектрометрии калибруются на основе метода Кьедаля как эталонного. 

Определение содержание органического белка методом Дюма

Создан химиком Жаном Батистом Дюма в 1848 году. Метод обеспечивает определение общего азота в образце благодаря его полному сжиганию в сфере кислорода. Является альтернативой методу Кьельдаля. Но кроме органического определяет еще и неорганический азот.

Как и по Кьельдалю, так и по Дюма используются коэффициенты пересчета азота на белок. После открытия метод Дюма широкого распространения не получил. Возможно из-за того, что физически выполнить его сложнее. Он предполагает очень высокую температуру сгорания – около 1000-1300 ⁰С. 

Сегодня различные производители предлагают анализаторы по этому методу. Как они работают? 

Вы берете образец (достаточно 100 мг, чтобы провести анализ) и заворачиваете его в фольгу. Он сгорает при высокой температуре. Далее образец восстанавливается в следующей камере, где есть соединения меди. Потом азот проходит очищение: побочные продукты сгорания абсорбируются путем прохождения через скрубберы. В результате получаем чистый восстановленный азот, который определяется с помощью детектора теплопроводимости (TCD). 

Преимущества метода Дюма:

  1. Нет необходимости использовать прекурсоры, а значит, оформлять горы документации. 
  2. Отсутствие потери азота на стадии переноса образцов. 
  3. Существенно короче время анализа, включая этап пробоподготовки: Дюма – до 1 часа, Кьельдаля – до 3 часов. 
  4. Исключение ошибки оператора. Забота о его здоровье и состоянии окружающей среды. 

Сравнение методов Дюма и Кьельдаля

Метод Дюма 

Метод Кьельдаля 

Высокая производительность
Относительно низкая производительность
Короткое время анализа
Значительные затраты времени

Отсутствие больших затрат на обслуживание
Доступное по стоимости оборудование
Работает без присмотра
Требует вмешательство оператора
Отсутствие кислот или другой мокрой химии
Использование кислот и щелочей
Отсутствие вредных выбросов
Дорогостоящая утилизация выбросов

Определение содержание органического белка экспресс-методом NIR-спектрометрии

Инфракрасное излучение с помощью светофильтров открыл Уильям Гершель в 1800 году. Прорыв в NIR-спектрометрии был сделан благодаря работе Уильяма Эбнея и Эдварда Фестинга. Они первыми сняли ИК-спектр органической жидкости в диапазоне 1-1,2 µм в 1881 году. 

В основе метода лежит пропускание или отражение в ближнем инфракрасном диапазоне и последующее сравнение полученного спектра с результатами базы данных калибровок. 

Главные преимущества метода ИК-спектрометрии:

  1. Значительное меньшие затраты времени по сравнению с другими методами: полный анализ можно сделать за 10 минут.
  2. За короткое время можно получить большое количество показателей.
  3. Отсутствие расходных материалов или реактивов.
  4. Малые затраты труда.
  5. Высокая точность может быть достигнута постоянным усовершенствованием калибровок.

Этот метод наиболее востребован на производстве цельнозерновых, комбикормов и мукомольной продукции.

Лидер среди предлагаемого на рынке оборудования NIR-спектрометрии – Infratec 1241/Nova от компании FOSS. Наличие в приборе большой базы калибровок, а также специальных модулей и кювет позволяет очень точно определять: влажность, белок, жир, зольность, клейковину, крахмал, бушельный вес, абсорбционную способность муки после помола и многие другие показатели. 

Где еще используется NIR-спектрометрия?

Этап
Продукты/Напитки
Корма для животных
R&D
Разработка продукта
Разработка рецептуры
Хранение
Определение качества сырья, проверка товаров
Определение качества сырья, проверка товаров
Производство
Контроль промежуточных этапов производства
Оптимизация рецептуры
Готовая продукция
Проверка соответствия состава маркировке
Соответствие маркировке

Особенно важно использовать эффективный экспресс-метод для готовой продукции. Это дает возможность за короткий промежуток времени увидеть, насколько завершенным является ваш конечный продукт. 

Явные преимущества перед методами Къельдаля и Дюма

  • Метод ИК-спектрометрии предполагает анализ без разрушения образца.
  • Отсутствует пробоподготовка, а результаты вы получите уже через 20-40 секунд.
  • При анализе содержания белка методом ИК-спектрометрии не нужны расходные материалы.
  • Нет необходимости специально обучать оператора – все операции здесь предельно просты.
  • Прибор вы можете использовать как в лаборатории, так и на производстве.
  • Отсутствие прекурсоров и вреда для окружающей среды избавляет от необходимости оформления большого количества документов.
  • В отличие от двух других описанных методов ИК-спектрометрия не предполагает использования высоких температур.
Обозначения 
Кьельдаля 
Дюма
ИК-спектрометрия
Представление образца 
Разрушение (сжигание)
Разрушение (сжигание)
Без разрушения
Пробоподготовка 
Да
Да
Отсутствует
Время анализа 
2-4 ч
5 мин (подготовка – 1 час)
20-40 с
Необходимость
расходных материалов

Да
Да
Отсутствует
Подготовка специалиста 
Высокая
Высокая
Низкая или отсутствует
Место анализа 
Лаборатория
Лаборатория
Лаборатория или производство
Необходимость прекурсоров 
Да
Нет
Нет
Работа с высокой температурой 
Да (420 ⁰С)
Да (900 ⁰С)
Нет
Вред для окружающей среды 
Высокий
Средний
Отсутствует

Таким образом, владея полной информацией о возможностях и недостатках каждого метода и оценив задачи и объем работы собственной лаборатории, производитель сможет выбрать наиболее подходящий метод количественного определения белка и соответствующее оборудование для его надлежащего выполнения. А значит – доказать качество и установить правильную цену на свою продукцию. 

Анар Рахметов,
эксперт группы пищевых технологий

ООО "ХИМЛАБОРРЕАКТИВ"

Справочная информация: Оборудование для определения белка в пищевых продуктах:

Добавить комментарии: