凯氏定氮仪是实验室的常用设备,一般专用于食品、乳制品、饲料、农副产品等的蛋白质的测定。其中蒸馏部分是定氮仪的主要功能,本文通过对这部分的改进和利用,扩展了定氮仪新的新用途,发挥一机多用,让我们更方便、快捷的用于检测那些原本使用传统方法来检测的项目。如:挥发性盐基氮、亚硫酸盐、酒精、甲醛、挥发性酸、氨态氮以及精油、香精香料的萃取等。文章中还通过对比,汇总出凯氏法、直接蒸馏法测定各项目步骤和选用的各种试剂、指示剂。
凯氏定氮仪是通过测定样品中氮的含量从而计算蛋白质含量的仪器,这种方法是由丹麦化学家凯耶达尔(Johan Kjeldahl)1883 年发明的。可以测定种子、粮食、乳制品、饲料、饮料、土壤、农副产品中的蛋白质以及化工、制药行业的有机氮、化妆品中的尿素含量、环境分析的总氮等等。其中很重要的一步就是蒸馏,本文正是利用定氮仪的这部分装置,汇总出能够利用蒸馏法检测的项目,为凯氏定氮仪扩展了新的用途。蒸馏装置是通过热蒸气对样品蒸馏,将反应后的蒸气进行冷凝收集,然后滴定计算。对全自动定氮仪我们只需要利用直接蒸馏功能,将馏出液通过旁路收集到锥形吸收瓶里即可。对半自动定氮仪(不含滴定功能)直接就可使用。所以我们用这种方法省去样品消化过程,直接用于检测挥发性盐基氮、亚硫酸盐、酒精含量、甲醛、挥发性酸、肥料中的氨态氮以及香精香料的萃取等。
1 挥发性盐基总氮的测定
挥发性盐基总氮是肉食品新鲜度的一个主要指标,动物性食品(如:肉、鱼类)由于酶和细菌的作用,在腐败过程中,使蛋白质分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质(三甲胺和二甲胺),可引起食物中毒。
此类物质具有挥发性,在弱碱(氧化镁)性下能与水蒸气一起蒸馏,将氮转化成氨,用硼酸吸收,标准酸HCL 滴定。计算出挥发性盐基总氮量。我国食品卫生标准中规定,当鱼类挥发性盐基氮的含量达到30mg/100g 时,即认为是变质。另外,在饲料工业的发酵过程,由于蛋白质分解而产生一些易挥发的含氮物质,这时挥发性盐基氮含量会升高。例如:豆粕的挥发性盐基总氮在发酵前含量在 30-50mg/100g,发酵后就会升高。由于鱼粉等动物蛋白,是劣质鱼粉的挥发性盐基氮比较高,因此发酵豆粕类产品如果挥发性盐基氮含量很高,可能是掺入劣质鱼粉等动物蛋白或发酵过程中出现腐败所致。检测时用氧化镁替代氢氧化钠即可,其它步骤和凯氏法相同。
2 食品、饮料中亚硫酸盐的测定
二氧化硫在食品工业是果汁、啤酒、红酒、果脯、香肠、汉堡和蔬菜中被用作防腐剂,由于对健康的严重危害 EC 条例规定如果浓度 >10mg/kg 或10mL/L 进行标注。检测时总的二氧化硫通过酸性(60% 磷酸)蒸气蒸馏而被释放,然后由过氧化氢溶液接收和氧化形成硫酸,用标准 NaOH 滴定(检出限 5mL/L)。样品前处理需经过摇动或超声震荡除去二氧化碳。
3 酒中酒精含量的测定
白酒、红酒中的酒精 , 可以直接通过蒸气蒸馏2min,得到馏出液被收集后调整到固定体积,酒精的浓度用光密度计测量。通常浓度在 10% 的标准液回收率 >99.4%.
4 挥发性酸含量的测定
挥发性酸是厌氧消化过程的中间产物,将样品用磷酸酸化后,从中蒸发出挥发性酸,再用酚酞为指示剂,用 NaOH 滴定流出液。
5 食品中游离甲醛含量的测定
吊白块学名甲醛次硫酸氢钠,易溶水,半透明白色物,高温下具有很强的还原性,遇酸碱分解,有漂白作用可用作增白剂,常被非法添加到食品加工中,如腐竹、豆制品等。该物 60℃以上分解有害物质,120℃分解为甲醛、二氧化硫、硫化氢毒气,使人过敏、刺激肠道,10g 能使人致死。原理:样品经酸(磷酸)化后,次硫酸氢钠甲醛中的甲醛被释放出来,经水蒸气蒸馏,收集后的吸收液中的甲醛与乙酰丙酮及胺离子反应生成黄色物质(3,5- 二乙酰基 -1,4-二氢卢剔啶),在 435nm 有吸收,用分光光度计测定甲醛含量。检测时好选用较大的(750mL)蒸馏瓶蒸馏样品,防治样品的漂浮物被蒸气带出,同时控制好蒸汽量不要太大。
6 肥料中氨态氮含量的测定
氨态氮是指样品中的 NH3中的 N 元素。有机肥和无机肥中的氨态氮,在碱性水蒸气中分解为氨,硼酸吸收后用盐酸滴定就可计算出氮的含量。实际上就是不需消化样品的凯氏法。若在蒸馏时适当加些不含 MgO 的碳酸盐效果更好。测定步骤和凯氏法一样。
以上汇总了凯氏定氮仪的新应用,其具体分析方法可参考国标的内容。通过表 1 的对比可以方便看出各步骤之间的关系。
在实际应用中我们可以根据情况对不同厂家的仪器进行改进,来符合我们的应用要求。例如:用可控硅器件改变蒸汽发生器的加热功率和速率,来控制蒸气量,平稳蒸馏过程让反应更充分;选择合适的蒸馏管,消除蒸馏过程样品的漂浮和挂壁现象等,这样测得的结果就会更准确。对于像精油、香精香料的萃取也可以借鉴蒸馏装置进行制备。
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