含氮化合物的分析检验.ppt
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1、含氮化合物的分析检验,一、概论二、凯氏定氮法测定蛋白质含量三、蛋白质的快速测定法四、氨基酸的测定五、应用举例,一、概论,蛋白质是含氮的有机化合物,分子量很大。主要由C、H、O、N、S五种元素组成。某些蛋白质中还含有微量的 P、Cu、Fe、I 等。在食品和生物材料中常包括蛋白质,可能还包括有非蛋白质含氮的化合物,(如核酸、含氮碳水化合物、生物碱等;含氮类脂、卟啉和含氮的色素)。,蛋白质是生命的物质基础,人体11%13%总热量来自蛋白质。无论动物、植物都含有蛋白质,只是含量及类型不同,在构成蛋白质的氨基酸中,亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸等8种氨基酸在人体内不能
2、合成,必须依靠食品提供,故被称为必需氨基酸,他们对人体有极其重要的生理作用。蛋白质是食品的最重要质量指标,其含量与分解产物直接影响食品的色、香、味。,一般说来,动物性食品的蛋白质含量高于植物性食品。例如牛肉20.0%,猪肉 9.5%,兔肉 21%,鸡肉 20%,牛乳 3.5%,带鱼 18.0%,大豆 40%,面粉 9.9%,菠菜 2.4%,黄瓜 1.0%,苹果 1.4%,1、蛋白质测定的意义:,氮是微生物生长繁殖必需的营养要素之一。酒类产品中的含氮化合物主要来源于原料,原料中蛋白质含量的高低不仅影响微生物的生长繁殖,还直接影响产品的质量。(1)只有通过原料中总氮的测定,才能了解原料中蛋白质的含
3、量,从而有利于对原料的选取;(2)只有通过总氮的测定,才能了解半成品或成品中总氮、可溶性氮的含量。,2、蛋白质的测定方法简介,蛋白质的测定方法分三大类:一类是利用蛋白质的共性即含氮量、肽键和折射率等测定蛋白质含量;另一类是利用蛋白质中的氨基酸残基、酸性和碱性基因以及芳香基团等测定蛋白质含量 还有一类是使用色谱和质谱,通过色谱的分离,和质谱的质量分析进行测定。食品和其原料中蛋白质含量的测定,主要(也是最常用的)用凯氏定氮法测定总氮量,然后乘一个蛋白质换算系数。这里也包括非蛋白的氮,所以只能称为粗蛋白的含量(但马铃薯等非蛋白氮多的要单测)。,3、具体测定方法,凯氏定氮法最常用的,国内外应用普遍。由
4、Kieldhl于1833年提出,现发展为常量、微量、半微量法、自动定氮仪法及改良凯氏法。双缩脲反应、染料结合反应、酚试剂法红外分析仪、紫外分光光度法液相色谱和飞行时间质谱,4、蛋白质的定量测定,一般情况下,蛋白质的含氮量一般为 15%17.6%,有的上下浮动。据此,可以测出总氮 N,从而推算样品中蛋白质含量。此数值(6.25)称为蛋白质系数,用F表示。不同种类食品的蛋白质系数有所不同,如玉米,荞麦,青豆,鸡蛋等为6.25,花生为5.46,大米为5.95,大豆及其制品为5.71,小麦粉为5.70,牛乳及其制品为6.38。,二、凯氏定氮法,由Kieldhl于1833年提出,现发展为常量、微量、自动
5、定氮仪法,半微量法及改良凯氏法。是通过测出样品中的总含氮量再乘以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量。此法的结果称为粗蛋白质含量:由于样品中含有少量非蛋白质含氮化合物,如核酸、生物碱、含氮类脂、卟啉以及含氮色素等非蛋白质的含氮化合物。凯氏定氮法是测定总有机氮量较为准确、操作较为简单的方法之一,可用于所有动、植物食品的分析及各种加工食品的分析,可同时测定多个样品,故国内外应用较为普遍,是个经典分析方法,至今仍 被作为标准检验方法。,三聚氰胺事件,2007.3,美国食品药品监督管理局(FDA)在中国出口的宠物食品原料小麦蛋白粉中查出三聚氰胺(C3N3H6),被怀疑是宠物中毒死亡的元凶。之后,中国政府
6、开始严打三聚氰胺、蛋白精。饲料级蛋白精是以工业氮和异丁醛为原料在酸催化剂的情况下,经缩合反应而生成的,异丁叉二氮英文名:isobutyildenediurea。(或尿素糊化淀粉,其蛋白高达100),1、常量凯氏定氮法,原理:样品与浓硫酸和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,其中碳和氢被氧化为二氧化碳和水逸出,而样品中的有机氮转化为氨与硫酸结合成硫酸铵。然后加碱蒸馏,使氨蒸出。用H3BO3吸收后再以标准HCl溶液滴定。根据标准酸消耗量可以计算出蛋白质的含量。也可以用过量的标准H2SO4或标准HCl溶液吸收后再以标准NaOH滴定过量的酸。,常量凯氏定氮装置,操作步骤:消化:精密称取0.202.00g
7、固体样品或2-5g半固体样品或吸取10-20mL液体样品(相当于氮30-40mg),小心移入已干燥的500mL定氮瓶中,加入0.5g硫酸铜,10g硫酸钾及20mL硫酸,稍摇匀后,于瓶口放一小漏斗,将瓶以45斜支于有小圆孔的石棉网上,小心加热,待内容物全部炭化,泡沫完全停止后,加强火力,并保持瓶内液体沸腾(微沸)。至液体呈蓝色澄清透明后,再继续加热0.5h,放冷。,14,浓硫酸的作用:脱水作用使有机物脱水并碳化为C、H、N 氧化作用将有机物炭化后的碳氧化为二氧化碳,硫 酸则被还原成二氧化硫 2H2SO4 C 2SO2 2H2O CO2 二氧化硫使氮还原为氨,本身则被氧化为三氧化硫,氨随之与硫酸作
8、用生成硫酸铵留在酸性溶液中。,加入硫酸钾的作用:提高溶液沸点而加快有机物的分解(3400C 4000C)K2SO4+H2SO4=2KHSO4 2KHSO4=K2SO4+H2O+SO3 但硫酸钾加入量不能太大,否则消化体系温度过高,又会引起已生成的铵盐发生热分解而造成损失:(NH4)2SO4=NH3+(NH4)HSO4 2(NH4)HSO4=2NH3+2SO3+2H2O 除硫酸钾外也可加入硫酸钠,氯化钾等盐类来提高沸点,但效果不如硫酸钾。,加入硫酸铜的作用 催化作用:加速有机物的氧化分解 C 2CuSO4 Cu2SO4 SO2 CO2 Cu2SO4 2H2SO4 2CuSO4 2H2O SO2
9、此反应不断进行,待有机物被消化完后,不再有硫酸亚铜(褐色)生成,溶液呈现清澈的蓝绿色。消化完全指示:蓝绿色;蒸馏时碱性反应完全指示:变深蓝色或产生黑色沉淀。,加氧化剂 如双氧水、次氯酸钾等加速有机 物氧化速度。,仪器:要防止爆沸。,20,蒸馏:小心加入200mL水,再放冷,连接已准备好的蒸馏装置上,塞紧瓶口,冷凝管下端插入接收瓶液面下,接收瓶内盛有(20g/L)硼酸溶液50mL及2-3滴混合指示液。,21,放松节流夹,通过漏斗倒入70-80mL(400g/L)氢氧化钠溶液,并振摇定氮瓶,至内容物转为深蓝色或产生褐色沉淀,再倒入100mL水,夹紧节流夹,加热蒸馏,至氨被完全蒸出。停止加热前,先将
10、接收瓶放下少许,使冷凝管下端离开液面,再蒸馏1min,然后停止加热,并用少量水冲洗冷凝管下端外部,取下接收瓶。,22,吸收 用硼酸溶液,并加入混合指示剂,硼酸呈微弱酸性(Ka1=5.810-10),与氨形成强碱弱酸盐,酒红色蓝绿色 2NH3+4H3BO3=(NH4)2B4O7+5H2O,滴定 待吸收完全后,再用盐酸标准溶液滴定,蓝绿色灰红色(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O=2NH4Cl+4H3BO3,适用范围:此法可应用于各类食品中蛋白质含量测定仪器、试剂:500mL凯氏烧瓶、凯氏定氮装置 消化用:浓硫酸 硫酸钾 硫酸铜蒸馏用:40%氢氧化钠溶液吸收用:4%硼酸滴定用:HCl标准溶液
11、0.1%甲基红乙醇溶液与0.1%溴甲酚绿乙醇溶液混合指示剂,计算,式中:W蛋白质的质量分数,%;c盐酸标准溶液的浓度,mol/L;V1空白滴定消耗标准液量,mL;V2试剂滴定消耗标准液量,mL;m样品质量,g;0.014氮的毫摩尔质量,g/mmol;F蛋白质系数。,2、微量凯氏定氮装置,2、微量凯氏定氮装置,微量凯氏定氮法操作步骤 样品消化 蒸馏 吸收 滴定样品消化:步骤:准确称取一定量的样品,加入硫酸铜0.5g、硫酸钾10g和浓硫酸20mL、玻璃珠数粒小心移入干燥洁净的500mL凯氏烧瓶中(固体或粉末用纸卷成纸筒送入),轻轻摇匀,以45斜支于有小孔的石棉网上用电炉以小火加热(或先烧瓶放在距电
12、炉较远处),待内容物全部炭化、泡沫停止产生后加大火力(或将烧瓶放在电炉上),保持瓶内液体微沸至液体变蓝绿色透明后继续加热微沸30min关闭电炉,取下烧瓶、冷却转移至100mL容量瓶中,加水定容。,消化管先小火加热,待泡沫停止后加强火力,保持管内液体微沸,至溶液呈蓝绿色澄清透明后,再加热0.5h。冷却后加水定容(数次冲洗,使溶液全部注入容量瓶)。时做空白试验。,35,仪器,35,图8-1 消化炉,蒸馏与吸收:按图安装好微量定氮蒸馏装置。于水蒸气发生瓶内装水至2/3容积处,加甲基橙指示剂数滴及硫酸数毫升,以保持水呈酸性,加入数粒玻璃珠。在接受瓶中加入10mL 40g/L硼酸及2滴混合指示剂,将冷凝
13、管下端插入液面以下。准确吸取消化液10mL于反应管内,经漏斗再加入10mL氢氧化钠溶液,用少量蒸馏水冲洗漏斗,夹好漏斗夹并水封,加热煮沸水蒸气发生瓶内的水进行蒸馏。指示剂变绿色后继续蒸馏10min,将冷凝管尖端提离液面继续蒸1min。,吸取10.0mL样品消化稀释液,由小漏斗流入反应室,并以蒸馏水洗涤小漏斗使流入反应室内,塞紧小玻杯的棒状玻塞。,将10mL 40%氢氧化钠溶液倒入小玻杯,提起玻塞,使其缓慢流入反应室,立即将玻塞盖紧,并加水于小漏斗中,以防漏气。,41,反应室沸腾开始计时蒸馏5min,移动接受瓶,使冷凝管下端离开液面,再蒸馏1min,然后停止加热,并用少量水冲洗冷凝管下端外部,取
14、下接收瓶,41,滴定 将接受瓶内的硼酸液用0.01mol/L盐酸标准溶液滴定至终点。同时做一试剂空白(除不加样品,从消化开始操作完全相同)。,注意问题:加入样品不要沾附在凯氏烧瓶瓶颈;消化开始时不要用强火,要控制好热源,并注意不时转动凯氏烧瓶,以便利用冷凝酸液将附在瓶壁上的固体残渣洗下并促进其消化完全;样品中若含脂肪或糖较多,在消化前应加入少量辛醇或液体石蜡或硅油作消泡剂,以防消化过程中产生大量泡沫;消化完全后要冷至室温才能稀释或定容。所用试剂溶液应用无氨蒸馏水配制。,蒸馏、吸收注意问题:(1)整套装置不能漏气,要注意各蒸汽控制夹子的操作,以防蒸汽受阻爆炸或吸收液倒吸。(2)在蒸汽发生瓶中要加
15、入硫酸和甲基橙使呈酸性以防氨蒸出。(3)加碱量要足,应使消化液呈深蓝色或产生黑色沉淀。操作要迅速,漏斗要采用水封防氨逸出。(4)冷凝管下端先插入硼酸吸收液液面以下才能蒸馏;吸收液温度不应超过40,若超过时可置于冷水浴中使用;蒸馏完毕后,应先将,冷凝管下端提离液面,再蒸1分钟,将附着在尖端的吸收液完全洗入吸收瓶内,再将吸收瓶移开,最后关闭电源,绝不能先关闭电源,否则吸收液将发生倒吸。(5)在每次测定前及两次测定之间,均要洗涤反应管(倒吸法,在吸收瓶中加入蒸馏水,其余同测定时的做法,在蒸汽发生器中水剧烈沸腾后,立即移开电炉,水即从吸收瓶中倒吸入反应管,再倒吸入汽水分离管或蒸汽发生器中,打开夹子,即
16、可放出废水。(6)混合指示剂在碱性溶液中呈绿色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈红色。,(4)结果计算 式中:W蛋白质的质量分数,%;c盐酸标准溶液的浓度,mol/L;V1空白滴定消耗标准液量,mL;V2试剂滴定消耗标准液量,mL;m样品质量,g;0.014氮的毫摩尔质量,g/mmol;F蛋白质系数。,常量和微量的差别:装置不同,二者皆属于水蒸气蒸馏操作,只是常量把蒸汽直接导入反应室,微量把蒸汽导入反应室外加热。,47,注意事项及说明1、所用试剂溶液应用无氨蒸馏水配制。2、蒸馏装置不能漏气。3、样品应是均匀的,若是固体样品应事先研细,液体样要混合均匀。4、消化时不要用强火,应保持和缓沸腾,以
17、免粘贴在凯氏瓶内壁上的含氮化合物在无硫酸存在的情况下消化不完全而造成氮损失。,48,5、消化时应注意不时转动凯氏烧瓶,以便利用冷凝酸液将附在瓶壁上的固体残渣洗下,并促进其消化完全。6、蒸馏前若加碱量不足,消化液呈蓝色不生成氢氧化铜沉淀,此时需再增加氢氧化钠用量。氢氧化铜在7090时发黑。,7、样品放入凯氏烧瓶时,不要黏附瓶颈上,万一黏附可用少量水缓慢冲下,以免被检样消化不完全,使结果偏低。8、若取样量较大,如干试样超过5 g 可按每克试样5 ml的比例增加硫酸用量。9、样品中若含脂肪较多时,消化过程中易产生大量泡沫,为防止泡沫溢出瓶外,在开始消化时应用小火加热,并时时摇动;或者加入少量辛醇或液
18、体石蜡或硅油消泡剂,并同时注意控制热源强度。,50,10、般消化至呈透明后,继续消化30分钟即可,但对于含有特别难以氨化的氮化合物的样品。如含赖氨酸、组氨酸、色氨酸、酪氨酸或脯氨酸等时,需适当延长消化时间。有机物如分解完全,消化液呈蓝色或浅绿色,但含铁量多时,呈较深绿色。11、消化时,如不容易呈透明溶液,可将凯氏烧瓶放冷后,加入30%过氧化氢催化剂23ml,促使氧化。,51,12、向蒸馏瓶中加入浓碱时,往往出现褐色沉淀。这是由于分解促进剂与加入的硫酸铜反应,生成氢氧化铜,经加热后又分解生成氧化铜的沉淀;有时Cu离子与氨作用生成深兰色的络合物。13、硼酸吸收液的温度不应超过40C,否则氨吸收减弱
19、,造成损失,可置于冷水浴中。14、蒸馏完毕后,应先将冷凝管下端提离液面清洗管口,再蒸1分钟后关掉热源。否则可能造成吸收液倒吸。,52,4、自动凯氏定氮法,1、原理及使用范围:同前 2、特点:(1)消化装置用优质玻璃制成的凯氏消化瓶,红外线加热的消化炉。(2)快速:一次可同时消化多个样品,30分钟可消化完毕。(3)自动:自动加碱蒸馏,自动吸收和滴定,自动数字显示装置。可计算总氮百分含量并记录,12分钟完成1个样。,53,54,蛋白质测定仪-滴定,55,KDN型蛋白质测定仪,56,57,现测定某一种食品的蛋白质的含量,这种样品含有大量的脂肪,样品经过处理后加入浓硫酸,为了使浓硫酸与样品充分结合,经
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