Сырой протеин: сравнение видов и методов определения

В данной статье мы рассмотрим методы Кьельдаля и Дюма для определения сырого протеина в кормах, в чём преимущества и недостатки этих методов. И для начала рассмотрим некоторые понятия.

Органические вещества — это вещества (белки, жиры и углеводы), в состав которых входит углерод, а также другие элементы, такие как водород, кислород, азот (N) и другие. Из органических веществ состоят все живые организмы.

Теперь определим, что мы имеем ввиду, когда говорим о «сыром протеине». Нам важно понимать, что из органических соединений азот в основном входит в состав белков и аминокислот, и составляет в них примерно 16%.

А так как нет методики определения именно протеина в образце, мы определяем количество азота с помощью разных методов, и для перевода его в протеин умножаем полученное значение на коэффициент пересчета — 6,25, который получается путем простого расчета: 100%/16%=6,25. Таким образом определяется количество «сырого протеина». То есть, это не измеримый показатель, а расчетный, или другими словами — это просто оценка содержания белка, основанная на содержании азота. Именно поэтому данный протеин «сырой», а не потому, что содержит влагу.

Учитывая, что в анализируемых образцах азот содержат и другие соединения неорганического происхождения (например, аммиак, мочевина (карбамид), нитриты, нитраты и другие формы небелкового азота), сырой протеин включает в себя и их содержание, поэтому можно сказать, что сырой протеин это завышенный показатель содержания белка в образце.

На сегодняшний день, для определения содержания сырого протеина в кормах, мы можем использовать два различных метода — это химический метод Кьельдаля, а также метод высокотемпературного сжигания Дюма. Оба являются основными методами определения азота, работающими в соответствии с международными стандартами. Если говорить об истории, то метод Дюма, разработанный в 1831 г., старше, чем метод Кьельдаля, разработанный в 1883 г. Но так как в далеком прошлом было непросто воспроизвести условия, требуемые методом Дюма, метод Кьельдаля взял на себя инициативу, и более века считался классическим методом определения азота/белка.

В настоящее время, благодаря прогрессу, определение азота по Дюма становится все более распространенным. Давайте разберем почему. Для этого углубимся чуть подробнее в представленные методы.

Химический анализ. Метод Кьельдаля

Метод Кьельдаля проводится в три этапа.

На первом этапе подготавливается образец, который нужно проанализировать. Для этого его "минерализуют" (или "озоляют"). Это значит, что происходит превращение органических веществ в образце в неорганические при помощи нагревания образца с кислотой. Во время этого процесса азот, который содержался в органических веществах, превращается в сульфат аммония (неорганическое соединение).

На втором этапе происходит дистилляция (отгонка) аммиака с использованием щелочи. Цель этого этапа — преобразование сульфата аммония в свободный аммиак (газообразный), который затем выпаривается (отгоняется) и улавливается в приемном растворе. Этот процесс продолжается до полного высвобождения аммиака из образца.

На третьем этапе проводится титрование — это процесс, при котором к полученному после отгонки раствору добавляют реагент (например, стандартный раствор кислоты) до тех пор, пока не произойдет реакция, указывающая на завершение процесса. Это позволяет определить, сколько аммония было в образце. На основе объема использованного реагента можно рассчитать содержание азота в исходном образце.

Полученное значение по азоту затем применяется для определения содержания белка, используя известные коэффициенты пересчета (учитывая, что доля азота в белке составляет 16%, полученные значения по азоту умножают на 6,25) и получают содержание сырого протеина в образце. Коэффициенты пересчета могут зависеть от типа корма.

Именно так происходит определение белка по ГОСТу.

Но многоэтапность данного метода дает нам больше возможностей для экспериментальных ошибок и, как анализ с использованием жидких реактивов, метод Кьельдаля требует чрезмерных затрат времени и рабочей силы (кроме автоматизированных вариантов методики), и подразумевает использование токсичных и опасных химикатов. Как следствие, в последнее время метод Кьельдаля все чаще заменяется методом Дюма.

Химический анализ. Метод Дюма

Принцип метода Дюма заключается в преобразовании азота, присутствующего в образце, в газообразный азот путем полного сгорания в печи, поддерживаемой при высокой температуре. Газообразный азот затем восстанавливается до N2 и измеряется с помощью детектора теплопроводности. При всей сложности описанного метода, на практике он выглядит так: образец непосредственно заворачивают в оловянную фольгу и загружают в анализатор.

Результаты, полученные с помощью определения азота по Дюма обычно немного выше, чем у Кьельдаля, поскольку обнаруживаются неорганические фракции азота такие как нитраты, нитриты и гетероциклические соединения. А метод Кьельдаля определяет только органический азот и аммиак (неорганическая фракция).

А так же метод Дюма позволяет обнаруживать в образце азот в меньших концентрациях по сравнению с методом Кьельдаля. В частности, Дюма может выявить 0,001 миллиграмма азота, тогда как Кьельдаль может обнаружить только 0,1 миллиграмма. Это значит, что метод Дюма в 100 раз более чувствителен, чем метод Кьельдаля.

Главные преимущества использования метода Дюма для определения белка перед методом Кьельдаля:

• Простота использования и низкий риск ошибки оператора по сравнению с методом Кьельдаля, в котором сложность и многоэтапность исполнения повышает вероятность ошибки;
• Скорость (занимает всего несколько минут на одно измерение, что делает его значительно быстрее, чем анализ Кьельдаля, который обычно занимает более часа);
• Безопасность (не использует токсичных и потенциально вредных химикатов или катализаторов);
• Чувствительность (более чувствительный метод, ниже предел определения);
• Достоверность выше (так как обнаруживаются некоторые соединения азота, которые не улавливает метод Кьельдаля);
• Высокий уровень автоматизации (обеспечивает меньшую погрешность анализа и высокую скорость).

Что это значит на практике?

Значения сырого протеина, полученные по методике Дюма, могут быть выше значений по Кьльдалю на несколько процентов, потому что учитывает все формы азота из образца.

Именно данный метод рекомендован в США как лучший метод для измерения сырого протеина в кормах для последующего расчёта рациона дойных коров.

Примеры кормов, в которых определяют сырой протеин данными методами:

• Основные корма: силос, сенаж (бобовых, злаковых), сено, солома;
• Концентраты: шрота и жмыхи (соевый, подсолнечный, рапсовый), мука (мясокостная, рыбная, кровяная, перьевая), зерно (кукуруза, ячмень, соя), спиртовая барда, пивная дробина;
• Кормосмесь (TMR);
• Комбикорма.