凯氏定氮法检测食物中蛋白质含量与误差分析

2016-12-13石红伟大连普兰店市产品质量监督检验所

食品安全导刊 2016年33期

□ 石红伟　大连普兰店市产品质量监督检验所

□ 石红伟大连普兰店市产品质量监督检验所

越来越多的人开始关注自身健康与食品安全问题，精确地测定食品中蛋白质含量对食品质量检测、食品安全都极为重要。新的国家标准《食品中蛋白质的测定》（GB/T 5009.5-2010）给出凯氏定氮法、分光光度法和燃烧法3种可用于食品中蛋白质的检验方法。其中凯氏定氮法在现阶段检测中的使用最为广泛，其具有适用范围广，检测试验重现性好，准确度和灵敏度高，被测样品用量少等优点，因此本文主要具体介绍凯氏定氮法的步骤和原理并分析其误差。

凯氏定氮法的步骤和原理

凯氏定氮法从实际操作与原理上可概括为消化、蒸馏和滴定三大步骤，具体操作与原理如下。

消化

消化的目的是从被测样品中分离出氮元素，主要利用含氮的有机化合物在高温的环境中可与浓硫酸发生氧化反应生成二氧化碳、水、氨气和一些其他产物，氨气进一步与硫酸发生反应生成硫酸铵。此外，高温条件下有机化合物在浓硫酸中分解过程十分缓慢，通常加入硫酸钾、硫酸钠等物质提高浓硫酸的沸点，以提高反应的温度，加快该反应的速度，也可使用硫酸铜作为反应的正催化剂。

蒸馏

蒸馏的目的是从消化得到的硫酸铵中分离出氨。具体为利用硫酸铵遇浓碱（如氢氧化钠）时会生成硫酸钠和N H3·H2O，在加热的条件下N H3·H2O分解生成H2O和N H3，用一定浓度的硼酸溶液吸收产生的N H3，生成弱碱性的硼酸铵。蒸馏是整个凯氏定氮法中极为重要的步骤，其操作的准确性、N H3

的蒸发效率和吸收程度都直接决定检测结果的准确度。

滴定

滴定主要目的定量测量蒸馏得到的溶液中的铵根离子。其基本原理是利用弱碱性的硼酸铵与强酸反应生成铵盐和硼酸。一般采用已知浓度的稀盐酸或稀硫酸对溶液进行滴定试验，根据消耗的HCl或H2SO4的量计算出蒸馏后溶液中氨的含量，折算成样品中氮元素的含量，从而根据蛋白质中氮元素的比例，通过计算得到被测样品中蛋白质的含量。

凯氏定氮法误差分析

氮含量与蛋白质含量的折算

蛋白质主要由氨基酸构成，不同种类氨基酸的氮含量不同，因此计算含氮量和蛋白质含量时需根据实际情况选取适当的折算系数，否则会带来很大的误差。例如，一些小分子的氨基酸、碱性氨基酸、氨基酸酰胺等氮元素的含量高于平均水平，如果待测样品中这类的氨基酸含量较高，为测量的准确性需要调整折算系数，否则会导致计算结果比真实的含氮量高。在标准中给出测量时计算的表达式如式（1）：

使用公式要根据待测样品的种类选取合适的F值，具体取值情况如下：一般食物F=6.25；纯乳与纯乳制品F=6.38；面粉F=5.70；玉米、高粱F=6.24；花生F=5.46；大米F=5.95；大豆及其粗加工制品F=5.71；大豆蛋白制品F=6.25；肉与肉制品F=6.25；大麦、小米、燕麦、裸麦F=5.83；芝麻、向日葵F=5.30；复合配方食品F=6.25。

多次测量取平均值减小偶然误差

整个测量中涉及大量试剂的配制使用，操作与读数，各种环境因素的干扰等，这些都会使测量中产生偶然误差，因此在蛋白质含量的测量中，最终测量结果需要进行多次重复性试验，并将得到的结果取算数平均值表示，以此减小测量的偶然误差，并且如果待测样品蛋白质的含量即：X≥1 g/100 g，其结果需要保留三位有效数字；如果待测样品蛋白质的含量即：X＜1 g/100 g，其结果只需要保留两位有效数字即可。

其他含氮物质的干扰

通过凯氏定氮法的基本原理与操作步骤可发现，使用该方法检测时，第一步消化的本质是将样品中的氮元素全部转化生成硫酸铵，即凯氏定氮法测量的是被测样品中有机物中含有氮元素的总量，因此该办法并无法消除样品中其他有机物中含有的氮元素对测量结果的影响，如尿素、三聚氰胺等。当年三鹿公司使用的蛋白质检测方法便为凯氏定氮法，最终未能检测出原料中的三聚氰胺而导致食品安全事件。除去样品中非蛋白质部分有机物中氮元素对整个测量的影响，要先去除非蛋白质中的氮元素再进行具体测量，或用其他方法测出非蛋白质中的氮含量，再用总氮含量减去该值再进行折算。