杜马斯燃烧法测定玉米淀粉蛋白质含量

黄世群， 秦 琳， 文 婷， 仲伶俐， 赵 珊， 李 曦， 白 胜

(1.四川省农业科学院 分析测试中心， 四川 成都 610066； 2.四川省农业科学院 服务中心， 四川 成都 610066)

玉米淀粉为白色或微带淡黄色有光泽细腻松散粉末，通过对玉米清理、浸泡(浸泡水含二氧化硫浓度为0.15%～0.20%)、粗碎、胚芽分离、磨碎、淀粉筛分、离心分离和干燥等一系列工艺流程未经改性提取而得。玉米淀粉作为原料或变性后广泛应用在食品、医药、制糖、氨基酸、发酵、化工、造纸等行业[1-4]。通常食用玉米淀粉蛋白质测定采用凯氏定氮法[5-6]，但传统凯氏定氮仪法测定玉米淀粉蛋白质前处理时，由于玉米淀粉吸水性强，细度细(干基，150 μm)，加酸后容易结成团块，浸透不彻底，且与其他食品类相比需更长的消煮时间，又因玉米淀粉蛋白质含量较低，消耗标准溶液量少，测定时误差相对较大，难以达到标准要求，往往需进行返工重复测定，导致测定工作效率较低。因此，探索简便、快速、稳定的检测方法且准确测定玉米淀粉蛋白质含量，对产品准确定级具有重要意义。

目前杜马斯燃烧法广泛应用于各类食品检测中。王钦权等[7]以各类常见的食品为材料,分别采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定其蛋白质含量，并对检测原理、步骤及精密度、准确度、回收率进行对比研究。汪红等[8]以芝麻、大豆、油菜和花生为研究对象，分别用杜马斯燃烧法和凯氏定氮法测定4种样品的粗蛋白含量,结果2种方法的测定值间没有显著性差异,但杜马斯燃烧法比凯氏定氮法的测定精密度和准确度更高。杨雪娇等[9]用杜马斯法和凯氏法以各类食品为试验材料测定其含氮量，其中大部分食品样品杜马斯法和凯氏法测定结果无显著性差别。张秀莲等[10]分别采用杜马斯燃烧法和凯氏定氮法测定14个人参样品的蛋白质含量，结果显示2种测定方法测得的人参蛋白质含量差异不显著(P>0.05)。目前，国内尚未见玉米淀粉蛋白质含量采用杜马斯燃烧法进行测定的报道。鉴于此，采用杜马斯燃烧法对玉米淀粉蛋白质含量进行测定，并与凯氏定氮仪法检测结果进行比较分析,旨在为玉米淀粉蛋白质含量测定开辟新的更可靠的检测方法。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 玉米淀粉样品 玉米淀粉样品为2019年四川省不同地区委托四川省农业科学院分析测试中心检测的随机抽取的26个玉米淀粉样品(编号为1～26)，样品均能满足检测要求。

1.1.2 主要仪器 rapid MAX N EXCEED 元素分析仪(德国Elementar 公司)，AUY 220电子天平(精度为0.0001 g)，自动Kjeltec定氮仪(瑞典，型号FOSS2400)，消化炉(瑞典FOSS公司)。

1.1.3 主要试剂 混合催化剂，无水硫酸铜+硫酸钾(3︰97)；浓硫酸，20 g/L 硼酸溶液，400 g/L氢氧化钠溶液，0.0501 5 mol /L硫酸标准滴定溶液，混合指示剂(0.1%甲基红乙醇溶液，0.1%溴甲酚绿乙醇溶液7 mL∶10 mL/L硼酸溶液)[11]，氧化铜，Pt催化剂，ESA-REGAINER，氧化铝球，氢氧化钠(黑色颗粒状)，五氧化二磷。

1.1.4 气体 氧气(纯度≥99.99%)，氦气(纯度≥99.99%)。

1.1.5 标准物质 天冬氨酸(N 10.52%，纯度≥98%)，乙酰苯胺(N 10.15%，纯度≥98%)，硫酸铵(N 21.21%，纯度≥98%)；小麦粉(蛋白质15.8%±0.3%)，土壤标准品(N 0.081%±0.012%)。

1.2 方法

采用杜马斯燃烧法和自动凯氏定氮仪法测定26个玉米淀粉样品的蛋白质含量，每个样品重复测定3次(其中，样品7进行23次重复测定)，并对2种方法的测定结果进行对比分析。

1.2.1 自动凯氏定氮仪法 称取1 g玉米淀粉，精确至0.000 1 g，倒入凯氏消化管中加入10 g催化剂〔五水合硫酸铜+硫酸钾(3︰97)〕，摇匀，加12 mL硫酸后再摇至样品完全浸透，放置2 h后置于消化炉上加热升温，当消化炉温度达420℃进行消化1.5 h[11-12]，停止升温并提起消煮架，可观察到测试样品呈绿色透明状，待降温后缓慢加入约40 mL去离子水，待稀释液体冷却后，置于FOSS2400全自动凯氏定氮仪上进行测定。仪器设置条件：硼酸溶液40 mL(内混有指示剂)，氢氧化钠溶液70 mL，蒸馏时间3.5 min，蒸馏同时仪器自动用硫酸标准溶液进行滴定，当液体颜色滴定至浅灰红色时，滴定终止，仪器自动记录滴定体积。空白试验，通过测定标准物质乙酰苯胺和硫酸铵并根据测定值确定仪器处于正常状态后，进行玉米淀粉样品测定。结果以全氮含量×6.25所得值为玉米淀粉蛋白质含量。

1.2.2 杜马斯燃烧法 称取玉米淀粉1 g，精确至0.000 1 g，倒入仪器专用坩埚内，将坩埚放入进样盘中的对应孔位号中。开启rapid MAX N EXCEED型元素分析仪，并打开系统软件，当燃烧管温度达900℃以上、次级燃烧管接近900℃、TCD检测器温度升至59℃时，同时满足氧气压力达0.25 MPa、氦气压力达0.38 MPa条件下，元素分析仪可以正常运行。空白试验，称取标准参考物质天冬氨酸10.8 mg、80.6 mg、150.0 mg、200.3 mg、250.3 mg和302.7 mg，上机检测，得标准曲线。然后通过测试标准物质小麦粉和土壤标准品并根据其含量确定仪器处于正常状态并得出日校正因子，再进行供试样品测定。输入被测样品称样量、名称、校正因子及氮换算成蛋白质系数6.25，仪器设置条件：加氧时间120 s、加氧流速300 mL/min，每个单样出峰到积分完成时间为6 min，样品燃烧的同时仪器自动积峰，根据峰面积得出氮含量，仪器自动计算出被测样品蛋白质含量。

1.3 数据统计分析

采用DPS对数据进行方差分析和多重比较，采用EXCEL进行线性回归分析，P<0.05认为统计学检验有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 2种检测方法的稳定性和精密度

2.1.1 稳定性 自动凯氏定氮仪法标准物质采用乙酰苯胺，乙酰苯胺量为17.6～61.1 mg，总氮含量为1.786～6.214 mg，以乙酰苯胺量为横坐标，总氮含量为纵坐标，建立标准曲线(图1)为y=0.102 1x-0.016 3(R2=0.999 9)。杜马斯燃烧法标准物质采用天冬氨酸，总氮含量为1.136～ 31.844 mg，N的峰面积在3 066～81 576，以总氮含量为横坐标，峰面积为纵坐标，建立标准曲线(图2)为y=2 559.9x+335.35(R2=1)。2种方法的标准物质的称样量与测定值存在显著的线性相关(R2≥0.999 9)，说明方法均稳定。

2.1.2 精密度 从表1看出，2种方法对3个标准物质的测定结果都接近于真实值。相对标准偏差(RSD)和相对误差(RE)杜马斯燃烧法较自动凯氏定氮仪法均低，说明杜马斯燃烧法精密度更高，准确度更好。

表1 自动凯氏定氮仪法和杜马斯燃烧法测定3种物质的含量(n=5)

2.2 2种方法测定的玉米淀粉蛋白质含量

2.2.1 对同一玉米淀粉样品的重复测定 对样品7进行23次重复蛋白质含量测定结果(图3)表明，自动凯氏定氮仪法测定的蛋白质含量为0.247%～0.272%，最大相差0.025百分点；杜马斯燃烧法测定的蛋白质含量为0.257%～0.285%，最大相差0.028百分点。在23次测定中，2种方法的测定值完全一致的有1次，自动凯氏定氮仪法测定值高于杜马斯燃烧法的有2次，其余20次杜马斯燃烧法测定值均略高于自动凯氏定氮仪法测定值(占比87.0%)。

2.2.2 对26个玉米淀粉样品的测定 从表2看出，2种测定方法中，均表现为样品15和样品19与其他样品差异显著，其余24个样品的差异均不显著，表明2种测定方法的一致性较高。凯氏定氮法的RSD值为0.51%～4.64%，杜马斯燃烧法的RSD值为0.52%～3.60%，均小于5%，说明2种方法精密度较高，稳定性较好。K/D值(凯氏定氮法与杜马斯燃烧法测定值的比值)除样品15和样品19差异显著外，其余24个样品差异不显著，K/D值均为0.931～1.055(接近1)，进一步说明2种方法的测定值较一致。

表2 杜马斯燃烧法与自动凯氏定氮仪法测定的26个样品的玉米淀粉蛋白质(n=3)

3 结论与讨论

GB/T8885-2017《食用玉米淀粉》中规定，食用玉米淀粉的蛋白质测定方法按GB/T22427.10-2008《淀粉及其衍生物氮含量测定》标准中凯氏定氮法[5-6]。但实践证明，采用传统凯氏定氮仪法测定玉米淀粉蛋白质存在以下不足：一是前处理时由于玉米淀粉吸水性强，细度细(为150 μm)(干基)加酸后非常容易结成团块，浸透不彻底；二是与其他食品类相比需要消煮的时间更长；三是由于玉米淀粉蛋白质含量较低，消耗标准溶液量少，导致误差相对较大等。因此，开展了杜马斯燃烧法测定玉米淀粉蛋白质的可行性研究。结果表明，杜马斯燃烧法和自动凯氏定氮仪法2种方法均能准确测定玉米淀粉蛋白质含量，测定样品时精密度和准确度均能满足试验要求。测定标准物质时杜马斯燃烧法方法更稳定，测定值更接近真值，误差更小，回收率高。同时，杜马斯燃烧法方便、快速、环保、省时省工，仅需称量后依次燃烧，不消煮、不用溶液滴定，只需更换耗材，完全避免了自动凯氏定氮仪法因样品浸透硫酸不完全而消煮时糊化、消化不彻底、消耗标准溶液体积小导致误差、配制各种溶液和指示剂耗时长用工多等缺点[13]。

2种方法相比，杜马斯燃烧法测定的玉米淀粉蛋白质含量略高于自动凯氏定氮仪法，一方面可能是由于杜马斯燃烧法的燃烧完全，另一方面可能因为玉米淀粉含有极少量的二氧化硫(SO2)，SO2属于弱还原剂，溶于水后生成亚硫酸(H2SO3)，然后亚硫酸再跟氢氧化钠(NaOH)反应，酸碱中和，这样容易导致元素分析仪吸收管内的NaOH消耗较快，一旦更换不及时将导致吸收不完全，仪器会误将SO2作为N计入峰面积致使测定值增大。因此，在采用杜马斯燃烧法测定玉米淀粉蛋白质过程中，一定要关注吸收管内吸收剂NaOH的变色情况并及时更换，确保检测数据的可靠性和准确性。