2种自动凯氏定氮仪的对比分析

武寅

摘要从自动凯氏定氮仪中挑选2种分别使用电位法和颜色法对于最终结果进行判断的仪器，介绍这2种凯氏定氮仪的工作原理及主要部件，使用这2种仪器分别对豆粕、大豆等进行蛋白检测与分析，并对2种仪器工作效率、试剂消耗及维护成本等方面进行综合分析。结果表明：Vapodest 50s和KJELTEC 8400这2种仪器都能很好地进行样品粗蛋白含量的检测试验。但是从工作效率和维护成本方面来看，KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪要相对优于Vapodest 50s自动凯氏定氮仪，后者蒸馏滴定时间较长，人工参与度高，后期使用维护成本较高，不利于实验室工作优化。

关键词自动凯氏定氮仪；电位滴定法；颜色法；蛋白检测

中图分类号S-3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）35-0006-03

AbstractTwo kinds of instruments used in the automatic Kjeldahl apparatus were selected to determine the final result by using potentiometry and color methods respectively. We introduced the working principle and main parts of the two Kjeldahl apparatus；the two instruments were used to detect the protein of soybean and soybean meal， and analyzed the result. Comprehensive analysis of the two instruments in work efficiency， reagent consumption and maintenance cost were carried out. The results showed that： the two kinds of instruments could be used to well determine sample crude protein content. However， seeing from work efficiency and maintenance cost， the KJELTEC 8400 automatic Kjeldahl apparatus was better than the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus. Because the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus needed longer Distillation titration time， high human participation and higher maintenance cost in late stage， the Vapodest 50s automatic Kjeldahl apparatus went against the laboratory work optimization.

Key wordsAutomatic Kjeldahl apparatus；Potentiometric titration；Color method；Protein detection

粗蛋白含量是油料作物营养成分中的一个主要营养指标，也是评价其营养价值的重要指标之一，是作物中含氮物质的总称，包括纯蛋白质和其他含氮物质[1]。目前，常用的检测方法主要为凯氏定氮法（包括自动仪器法和非仪器法）、分光光度法和燃烧法。这3种方法是2017年6月23日实施的GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中规定的检测方法[2]。其中，凯氏定氮法和分光光度法适用于各种食品中蛋白质的测定，而在多数实验室中采用的均为凯氏定氮法，全自动凯氏定氮仪在多数有条件的实验室都得到应用。全自动定氮仪成本较高，增加了前期投入[3]，但与传统的凯氏定氮法相比，仪器法具有省时、省力、单次分析样品数多的优点。

随着科技的不断进步，自动凯氏定氮仪法也在不断更新进步中。全自动凯氏定氮仪的终点判定方法主要有电位法和颜色法2种。笔者分析了2种不同厂家全自动凯氏定氮仪的工作原理、主要部件的差异，对2种仪器进行了试验验证，比较了2种仪器及2种终点判定方法的性能情况，以期为凯氏定氮仪的进一步推广应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1试验样品。玉米、大豆、豆粕各500 g。

1.1.2主要仪器。Vapodest 50s全自动凯氏定氮仪；KJELTEC 8400全自动凯氏定氮仪；为避免使用不同消化炉带来试验误差，消化均使用Tecator Digestor 20消化炉。

分析天平（感量 0.000 1 g）、KJELTEC保水磨、分样筛、横格式分样器、钟鼎式分样器。

1.1.3试剂。浓硫酸：分析纯，含量98%，无氮；混和催化剂：0.4 g无水硫酸铜，6.0 g硫酸钾均为分析纯，磨碎混匀；氢氧化钠：分析纯，40%水溶液；硼酸（GB-628）：分析纯，1%水溶液和2%水溶液；混合指示剂：0.1%甲基红-乙醇溶液，0.1%溴甲酚绿-乙醇溶液，2种溶液与硼酸溶液按照硼酸∶甲基红∶溴甲酚绿=1 000∶7∶10比例混合；0.05 mol/L盐酸标准溶液（無水碳酸钠法标定0.1 mol/L盐酸标准溶液进行2倍稀释）；蔗糖：分析纯；硫酸铵：基准[4]。

1.22种仪器工作原理

2种自动凯氏定氮仪的工作原理主要依据凯氏定氮法进行，待测样品在温度420 ℃，在催化剂的作用下，使得待测样品中的蛋白氮及其他有机氮被浓硫酸分解生成硫酸铵，再在仪器上通过加入过量的碱液加热蒸馏，形成氨气释放出来，经过冷凝进入滴定缸，被接收液接收，再用已知浓度的标液进行滴定，从而根据所消耗的标液体积计算出待测样品的粗蛋白含量。2种凯氏定氮仪除了在终点判定检测器上有区别，终点判定所使用的方法不同，其他工作程序基本一致。

1.2.1Vapodest 50s全自动凯氏定氮仪。

Vapodest 50s是由德国Gerhardt公司生产，采用的是自动电位滴定法对滴定终点进行判断。电位滴定法是在滴定过程中通过实时测量电位变化以确定滴定终点的方法，电位滴定法依靠电极电位的突跃来指示滴定终点。在滴定接近终点时，滴液中的待测离子浓度往往连续变化n个数量级，引起电位的突跃，从而可以确定终点，再根据消耗滴定溶液的量来计算待测成分的含量。并且，自动电位滴定仪在滴定过程中可以自动绘出滴定曲线，自动找出滴定终点、给出体积并且计算出最终结果，减少了人为因素和环境因素造成的误差。

1.2.2 KJELTEC 8400全自动凯氏定氮仪。

KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪是由丹麦福斯（FOSS）分析仪器公司生产，采用的是颜色法对滴定终点进行判断。随着传感器技术的不断进步和日益发展，颜色的测定可以不再是仅仅只能采用肉眼观察判定，而是能够借用颜色传感器来完成终点颜色的判定，又进一步减小了人为误差，提高了凯氏定氮仪的检测精度。颜色法是科技发展带来的新的判定方法，利用光学传感技术进行电脑编程，通过高科技光学传感器捕捉滴定缸中添加了指示剂的接收液的颜色变化，并建立以“红绿蓝”色光三原色为三系坐标轴的坐标图，从而根据滴定最终颜色坐标位置反馈确定滴定终点，再根据消耗滴定溶液的量来计算待测成分的含量。

1.3方法

按照GB 5009.5—2016第一法进行检测，并依据仪器作业指导书对试剂用量进行增减。

1.3.1样品制备。选择合适的分样器将样品进行缩分至约200 g，粉碎过筛，装入密封袋留存备用。

1.3.2样品的消化。称取0.5～1.0 g样品（精确至0.000 1 g），置于消化管中，添加6.4 g硫酸铜、硫酸钾混合催化剂，移入12 mL浓硫酸，置于Tecator Digestor 20消化炉加热，设定温度为420 ℃，当消化炉温度达到 420 ℃时继续消化1 h，此时消化管中的液体呈绿色透明状。

1.3.3蒸馏滴定。将试样消煮液冷却，然后分别使用Vapodest 50s和KJELTEC 8400仪器自带程序进行蒸馏和滴定，并记录结果。

1.3.4空白试验。称取等重蔗糖代替试样，进行空白测定，并记录消耗滴定液体积。

1.3.5回收率验证试验。

称取0.2 g已烘至恒重的硫酸铵，代替试样，按“1.3.3”分别在2台仪器上进行操作，测得硫酸铵含氮量见表1，二者回收率分别为99.85%和100.04%，符合回收率（21.19%±0.2%）的要求[5]。

1.3.6数据处理。

粗蛋白质含量计算公式：

X=（V1-V0）×c×0.014 0m×F×100

式中，X为试样中蛋白质的含量，g/100 g；

V1为试液消耗硫酸或盐酸标准滴定液的体积，mL；

V0为试剂空白消耗硫酸或盐酸标准滴定液的体积，mL；

c为硫酸或盐酸标准滴定溶液浓度，mol/L；

0.014 0为1.0 mL硫酸[c（1/2 H2SO4）=1.000 mol/L]或盐酸[c（HCl）=1.000 mol/L] 标准滴定溶液相当的氮的质量，g；

m为试样的质量，g；

F为氮换算为蛋白质的系数；

100为换算系数。

精密度：

在重复条件下获得的2次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的 10%。

安徽农业科学2017年

2结果与分析

2.12种仪器测定的粗蛋白含量

3种蛋白含量不同的样品在Vapodest 50s自动凯氏定氮仪和KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪测得的粗蛋白含量结果见表2。前者测得的结果普遍比后者偏高，而同一样品的2组测量值的标准差相差不大，二者稳定性均十分良好，且均在国标要求的2个平行样品测定允许范围之内，说明Vapodest 50 s全自动凯氏定氮仪和KJELTEC 8400测定的粗蛋白结果具有相同准确性[6]。

2.22种仪器测定结果差异性分析

分别对3组试验数据进行t检验，结果见表3。玉米在2种仪器上所测得的粗蛋白含量有显著差异，大豆和豆粕在2种仪器上所测得的粗蛋白含量均无显著差异。

玉米在2种仪器上所测得的粗蛋白含量的t检验存在显著差异，可能由于滴定体积较少对最终结果影响较大所致；在今后的试验中可以选择增加称样量、使用测定精密度更高的仪器等方法减小误差。

3结论与讨论

3.12种仪器工作效率比较

由于取样、烘干、粉碎、称量以及加入催化剂的各步骤操作完全相同，故略去，不计入总耗时中，试验采用同一消化炉进行消化，仅比较不同自动凯氏定氮仪蒸馏滴定所耗时间。Vapodest 50s自动凯氏定氮仪蒸馏滴定完成1根消化管的时间大约为8 min，20根消化管的样品的检测时间大约为2.5 h，且不具备外置的自动进样器，每完成1根消化管的蒸馏滴定需人工进行消化管的更换；KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪蒸馏滴定完成1根消化管的时间大约为6 min，20根消化管的样品的检测时间大约为2 h，8400支持8460等型号的自动进样装置，整个蒸馏滴定过程可全部提前进行程序编辑控制完成，最多可以顺序进行3组60根消化管的連续工作，人员中途空余时间可以完成其他工作，大大节约了时间。因此，选用KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪在工作效率上要优于Vapodest 50s自动定氮仪。

3.22种仪器消耗试剂比较

两者所需大部分试剂基本相同，相对于Vapodest 50s仅需配制2%浓度的硼酸标液，KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪需要在1%硼酸接收液中加入混合指示剂，配制时需另行配制混合指示剂，但因加入指示剂量较少，对于消耗试剂成本并无太大影响，基本可以忽略不计。在试剂消耗上，Vapodest 50s略优于KJELTEC 8400定氮仪。

3.32种仪器检测粗蛋白结果比较

2种仪器虽然使用不同的终点判定方法和检测器，但是电位法和颜色法分析2种方法都能夠很好地在自动凯氏定氮仪上对试验结果进行终点判定，根据试验结果可以发现，2种自动定氮仪二者稳定性均十分良好，检测结果能够满足检测精密度的要求。因此，2种仪器在日常对于样品的粗蛋白的检测中，都能够很好地完成检测任务。

3.42种仪器检测及维护成本比较

Vapodest 50s使用玻璃电极作为终点判定检测器，因此平时检测完毕后需放置于保护液中保存，且定期需进行pH缓冲液校准，如果校准不通过，不能维修，只能及时更换电极，进口电极价格较高，维护成本高。而且，电极出现偏差，如果未进行校准且不能及时发现，可能影响检测结果的准确性。KJELTEC 8400自动定氮仪使用高分辨率可编程光学传感器作为终点判定检测器，光学镜头位于仪器内部，日常无需进行维护，仅需定期对滴定缸进行清洗，且检测器每次开机时均会进行颜色检测器的自检，如颜色检测器终点判定出现问题时能够及时报警提醒，不会影响已出结果的准确性。但是KJELTEC 8400对于接收液颜色有较高要求，每次配制硼酸接收液中需按比例配制混合指示剂。总体来说，从维护成本上，KJELTEC 8400要大大低于Vapodest 50s在电极损耗更换上的成本。

综上所述，Vapodest 50s和KJELTEC 8400 2种仪器都能很好地进行样品粗蛋白含量的检测试验。但是从工作效率和维护成本方面来看，KJELTEC 8400自动凯氏定氮仪要相对优于Vapodest 50s自动凯氏定氮仪，后者蒸馏滴定时间较长，人工参与度高，后期使用维护成本较高，不利于实验室工作优化。

参考文献

[1] 范桂芝.饲料粗蛋白测定应注意的四个关键环节[J].养殖与饲料，2014（4）：39-41.

[2] 国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.食品中蛋白质的测定：GB 5009.5—2016[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3] 孙蓉，吴文标.食品中蛋白质检测技术研究进展[J].食品科学，2012，33（23）：393-398.

[4] 鲁健章，孙丽华，周彦钢.凯氏定氮法测定鱼蛋白质含量的干扰因素分析[J].食品科学，2011，31（19）：453-456.

[5] 国家技术监督局.饲料中粗蛋白测定方法：GB/T 6432—1994[S].北京：中国标准出版社，1994.

[6] 管姚香，刘丹，张克春.两种定氮仪测定饲料粗蛋白含量的比较[J].上海畜牧兽医通讯，2012（3）：6-8.