电化学法快速测定食用酱油中氨基酸态氮

郭淼

河南质量工程职业学院（平顶山 467000）

随着生活水平的不断提高，人们对食用酱油的品质需求日益提升。食用酱油的鲜味主要来自分子量小于500 Da的游离氨基酸，鲜味程度越高，酱油中游离氨基酸的浓度越大，品质越好[1-2]。相关国家标准按照食用酱油中氨基酸态氮的含量对其品质进行分级[3]，因此如何准确测定食用酱油中氨基酸态氮含量对产品的质量保证意义重大。

测定酱油中氨基酸态氮含量主要利用国标规定的酸度计法与比色法[4]，然而酸度计法需加入甲醛以固定氨基酸的氨基端碱性，利用氢氧化钠标准溶液滴定氨基酸的羧基，操作较为繁琐，且对环境友好性较差，同时酱油中共存的弱酸会对结果测定产生干扰[5]，而比色法则需另外加入显色剂，与氨基酸形成有色化合物后，在400 nm波长处测定吸光度，但形成的有色化合物稳定性较差，同时400 nm波长为黄色光吸收波长，因而酱油本底颜色会对测定产生干扰[6]。库仑滴定法是一种建立在控制电流电解基础上，可准确而灵敏地测定样品中常量、微量、半微量甚至痕量组分的电化学分析方法[7]。与传统滴定方法相比，该方法具有操作简便，分析过程耗时较短，无需提前配制、标定标准溶液等特点，被广泛用于食品、化工、制药、环境工程等领域[8-11]。试验利用库仑滴定法测定食用酱油中氨基酸态氮含量，探讨测定过程的最佳试验条件，为相关产品的质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

KLT-1型通用库仑仪（江苏江分电分析仪器有限公司）；铂片电解电极（2 cm×2 cm，自制）；铂丝辅助电极（6 cm×0.5 cm，内部为铂丝，外部套有玻璃管，底部为陶瓷砂芯，自制）；指示电极为铂片电极（1 cm×2 cm，自制）；FA604C电子天平（上海越平科学仪器有限公司）；T9紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；pH酸度计（梅特勒-托利多有限公司）。

溴化钾、四硼酸钠、氢氧化钠、甲醛、醋酸、醋酸钠、硫酸（均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；氮标准溶液：准确称取干燥恒重的硫酸铵（优级纯），稀释配制成质量浓度为10 mg/mL；4种品牌食用酱油购置于本地生鲜超市；试验用水为去离子水。

1.2 试验方法

1.2.1 库仑滴定法

1.2.1.1 样品预处理

精密移取10 mL酱油于50 mL容量瓶内，加入20 mL，0.15 mol/L稀硫酸后，加水稀释定容，摇匀备用。

1.2.1.2 测定步骤

向电解池中加入体积50 mL，1.0 mol/L溴化钾电解质溶液（pH 9.0）后，依次插入电解电极、辅助电极和指示电极对，连接库仑滴定仪，设置电解电流0.50 mA，准确加入1 mL预处理后样品，搅拌均匀，自动电解至溶液电位突跃后结束，记录滴定终点到达时间，按式（1）计算酱油中氨基酸态氮含量，平行测定6次。

式中：XN为酱油中氨基酸态氮含量，g/mL；I为电解电流强度，mA；t为电解至滴定终点时间，s；2/3为反应系数；Z为转移的电子数，2；F为法拉第常数，96 500 C/mol；14为氮原子质量，g/mol；D为稀释倍数；V为酱油体积，mL。

1.2.2 酸度计法

按照相关国标测定步骤，加入中性甲醛溶液后，采用氢氧化钠标准溶液滴定样品至溶液pH 9.2，通过消耗的氢氧化钠标准溶液体积，计算酱油样品中氨基酸态氮含量，另作空白试验[12]。

1.2.3 比色法

按照相关国标测定步骤，加入显色剂（甲醛-乙酰丙酮）后，于400 nm波长处测定样品吸光度，通过标准曲线，计算酱油样品中氨基酸态氮含量，另作空白试验[12]。

2 结果与分析

2.1 试验原理

食用酱油经酸处理后，氨基酸上胺基转化为NH4+。在电解池阳极中，电解质溴化钾被定量电解氧化生成Br2后，即刻在碱性电解质溶液中发生歧化反应生成BrO-，与样品中NH4+定量发生氧化还原反应[13]，通过溶液电位突跃的变化，指示滴定终点，测得酱油中氨基酸态氮含量，涉及反应具体为：

2Br--2e→Br2

Br2+2OH-=BrO-+Br-+H2O

3BrO-+2NH4=N2+3Br-+3H2O+2H+

2.2 电解质的浓度影响

电解液中电解质的浓度影响电解池中化学反应的进行，若浓度过高，将增大电解质溶液的离子强度，影响电流效率，过低则可能发生电解水副反应[14]，因此考察不同电解质浓度对测定结果的影响，结果如表1所示。结果表明，溴化钾浓度1.0 mol/L时，测得已知浓度氮标准溶液的结果回收率接近100%，因此选择溴化钾电解质浓度1.0 mol/L。

表1 不同电解液浓度对结果回收率影响（n=6）

2.3 电解液pH影响

滴定剂BrO-需利用电解产物Br2在碱性条件中生成，因此利用四硼酸钠-溴化钾配制成不同pH条件的电解液，考察其对测定结果的影响，结果如表2所示。电解液pH 9.0时，测得结果回收率接近100%，这归因于电解液pH过低，生成BrO-较困难，导致氧化还原反应不充分，产生系统误差，而电解液pH过高，使得样品中氨基酸上氨基不能完全质子化，因此选择电解液pH 9.0。

表2 不同电解液pH对结果回收率影响（n=6）

2.4 共存物质干扰

由于部分品牌酱油在生产过程中另添加铁、钙成分，以提高产品的营养价值，因此参考相关酱油产品成分表中铁、钙含量，考察共存的铁、钙离子对测定结果干扰影响，结果如表3所示。结果表明，在0.07 mg/mL Fe3+、0.6 mg/mL Ca2+溶液中，测得不同浓度氮标准溶液的结果回收率均接近100%，表明酱油中的钙、铁离子不会对测定结果产生干扰。

表3 共存离子干扰影响（n=6）

2.5 回收率与检出限

参考相关国标规定的不同级别酱油中氨基酸态氮含量，考察不同浓度氮元素标准溶液的结果回收率，结果如表4所示。结果表明，在4.52～12.78 mg/mL氮元素浓度范围内，测得结果回收率均接近100%，表明该电化学法适用于不同级别食用酱油的氨基酸态氮含量测定。同时，连续测定空白溶液10次，以其3倍标准偏差作为检出限（LOD），计算得到检出限，为0.012 mg/mL。

表4 不同浓度氮标准溶液测定结果回收率（n=6）

2.6 不同方法测定结果比较

分别采用库仑滴定法与国标规定的酸度计法及比色法测定不同品牌酱油样品的氨基酸态氮含量，结果如表5所示。结果表明，不同方法测定结果较为接近，在95%置信度下进行t检验，结果之间无显著性差异（p＞0.05）。与酸度计法和比色法相比，库仑滴定法无需配制、标定标准溶液，分析操作更加简便，同时指示滴定终点可靠，避免系统误差出现，且自动化程度较高，测定过程仅需1 min左右完成，分析过程更加快速。该电化学法直接测定酱油样品中氨基酸态氮，从而避免其它共存酸的干扰，具有较好的精密度与准确度，因此适用于相关产品的质量检测。

表5 不同方法测定结果比较（n=6）

3 结论

采用库仑滴定法测定食用酱油中氨基酸态氮含量，以铂电极分别为电解电极对和指示电极对，在碱性溴化钾电解液中电解生成BrO-后，与酱油中NH+4定量发生氧化还原反应，通过法拉第电解定律，测得食用酱油中氨基酸态氮含量。与其他方法相比，该电化学法操作简便，指示滴定终点可靠，分析过程可在1 min左右完成，在4.52～12.78 mg/mL的氮元素质量浓度范围内，测得结果回收率均接近100%，RSD均小于1.5%，表明方法具有较好精密度与准确度，因此可为相关产品的质量控制提供参考。