凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定食品中蛋白质含量的比较研究
摘要：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。对两种方法检测原理及步骤进行对比，并研究两个检测方法的精密度、准确度、回收率和适用范围，分析凯氏定氮法和杜马斯燃烧法的优缺点。
蛋白质是由多肽键组成的生物大分子，是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，准确测定食品中的蛋白质含量尤其显得至关重要。食品中蛋白质含量常见的测定分析方法有6种[1]：凯氏定氮法、双缩脲法、Folin-酚法、改良的Folin-酚法、考马斯亮蓝法(Brad-ford法)、紫外光吸收法。我国目前测定食品中蛋白质的方法主要为:凯氏定氮法和杜马斯燃烧法。
目前国标对食品中蛋白质含量检测方法是GB5009.5-2010，采用凯氏定氮法对食品中蛋白质含量进行测定。凯氏定氮法是利用硫酸及催化剂与样品加热消化,使蛋白质中的N定量则转化成(NH4)2SO4，在强碱条件下加热蒸馏，其中NH3被硼酸吸收为(NH4)2B4O7，然后用标准的硫酸溶液滴定，根据硫酸标液的消耗量和浓度计算出氮的含量，再乘以相应的蛋白质换算系数，即为蛋白质含量。杜马斯燃烧法是在高温(900℃以上)富氧环境下，使样品中的N元素燃烧生成N2和NOx,样品中的卤素生成挥发性的含卤素成分，S生成SO2和SO3，H生成H2O，载气将燃烧生成的气体送到二级燃烧管和还原管，氮氧化物和钨接触还原为分子氮，硫被钨吸收，卤素被银丝吸收，经干燥管吸附除去少量的水蒸气，由热导检测器测得氮气的生成量，与已知浓度标准氮气做比对，可得到被测样品中的氮含量。
既然两种方法都可以对样品的蛋白质含量进行测定，那么检测结果必定会存在差异，两种方法之间哪种更为准确和稳定，哪种更适于应用于我们日常的检测因此，我们亟需对两种方法进行比较研究。
1.仪器与试剂
海能K1100F全自动凯氏定氮仪;德国rapidNcube氮分析仪;万分之一天平;海能420F石墨消解炉
EDTA标准品;浓硫酸;40%氢氧化钠溶液;硫酸铜-硫酸钾混合催化剂;2%硼酸溶液;甲基红-乙醇溶液;溴甲酚绿-乙醇溶液;硫酸标液。
2.试验方法
2.1凯氏定氮法
称取样品0.3g～1.0g(含N约为0.1g)置于消化管内，加入3.2g混合催化剂，10mL浓硫酸，在420°C消化2h左右，直至消化液澄清透亮。用凯氏定氮仪蒸馏5min，再用硫酸标液滴定硼酸吸收液，计算样品蛋白质含量。
2.2杜马斯燃烧法
称取样品250mg于锡箔纸中，用压样器排除内部空气，置于进样器中。设定燃烧管温度960°C，二级燃烧管800°C，还原管815°C，调节气阀，氧气输出压力为0.22Mpa，二氧化碳输出压力为0.12Mpa，等TCD检测器温度升至60°C左右开始进行测定。通过校准功能得到积分面积与测试样品N的绝对量之间的关系，根据蛋白质相应换算系数得到蛋白质含量。
3.3试验结果
表1凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定样品中氮含量(g/100g)
3.1精密度实验结果分析
分别采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法对十种常见的食品分别进行六次平行测定，由表1中的数据可以看出，杜马斯燃烧法的结果均略高于凯氏定氮法，分析是因为凯氏定氮法可能无法测出部分硝态氮[2]和硝酸盐[3]。凯氏定氮法的RSD在0.65～1.08之间，杜马斯燃烧法的RSD在1.44～3.51之间，两种方法的RSD均小于5，说明这两种方法的精密度都是符合试验要求的，但是凯氏定氮法的RSD明显小于杜马斯燃烧法，说明凯氏定氮法的精密度较高。
3.2准确度实验结果分析
实验中使用的奶粉1和奶粉2，均为CNAS在能力验证中提供的奶粉测试样品，编号为：CNASPT0005，经过6家实验室测定，总氮含量能力验证的中位值分别为5.32和3.89。凯氏定氮法对奶粉1和奶粉2的差值为-0.03和-0.04，杜马斯燃烧法对奶粉1和奶粉2的差值为0.08和0.10，由此可见，凯氏定氮法的准确度略高于杜马斯燃烧法。
3.3回收率实验结果分析
设计三种样品三个平行，以有证的EDTA标物作为加标物，分别采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定其N含量，由表2和表3中的数据可以看出，凯氏定氮法的加标回收率在97.31～97.80之间，杜马斯燃烧法的加标回收率在98.83～99.20之间，由此可见，杜马斯燃烧法的回收率要略高于凯氏定氮法。
3.4方法之间优缺点分析
凯氏定氮法在实验过程中使用了强酸、强碱，易对操作人员和环境造成潜在威胁;实验过程中产生的废液需要由专业人员进行收集处理;每批次的样品实验周期一般需要4～5h之间;实验过程中受检测人员的影响较大，易存在较大的随机误差。但是凯氏定氮法装置简便，原料成本低廉，准确度和精密度较高，有着广泛的应用基础。杜马斯燃烧法样品不需要经过复杂的前处理阶段，平均每个样品仅需要3～5分钟，可以通过自动进样器连续进样;不产生任何的废液，排废物主要是氮气和水，不对环境产生污染;操作简便，数据由仪器计算得出，最大程度上减少了人为误差;不受样品组成影响，回收率较高，测得总N的结果最大程度上接近真值。但是，杜马斯燃烧法仪器和消耗品较为昂贵，一定程度上限制了其大规模的应用。
4.小结
通过对凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定蛋白质实验的比较发现，凯氏定氮法的方法准确度和精密度要稍高于杜马斯燃烧法，杜马斯燃烧法的回收率要稍高于凯氏定氮法。作为蛋白质测定的常规检测方法，两种方法并没有显著性差异，均是优良可行的。但是测定蛋白含量较低的样品时，发现杜马斯燃烧法的RSD值较大，说明杜马斯燃烧法适合检测蛋白质含量5g/100g以上的样品。由于杜马斯燃烧法的简便快捷和对环境的良好亲和力，相信其一定能在将来的蛋白质检测领域占有重要的份额。
参考文献
[1]于冰宾.生物化学实验指导[M].北京:清华大学出版社,2004.
[2]郭晓旭,郭旺山,任丽萍,等.饲料中硝态氮对燃烧法与凯氏法总氮含量测定结果的影响[J].中国畜牧杂志,2008,44(21):49-52.
[3]范志影,周陈雄.杜马斯燃烧定氮法在农产品品质检测中的应用[J].现代仪器科学,2006,(1):45-46.