Eiwit is in kleinere of grotere hoeveelheden aanwezig in bijna alle voeder- en voedingsproducten. De bepaling van dat eiwitgehalte door de fabrikanten is niet alleen noodzakelijk voor de voedingswaarde-informatie, maar heeft ook een aanzienlijke invloed op de marktprijs van het product. Maar op welke basis kan het eiwitgehalte kwantitatief worden bepaald?
De basis van de eiwitbepaling is het chemische element stikstof. Het is een van de belangrijkste bestanddelen van dierlijke en plantaardige eiwitten. Daarom moet eerst het stikstofgehalte van een voedingsmiddel of diervoeder worden bepaald voordat het eiwitgehalte uit deze waarde kan worden berekend. We vergelijken in dit artikel twee analysemethoden voor de bepaling van stikstof: de Kjeldahl-methode en de Dumas-methode.
De klassieke Kjeldahl-methode is erkend als referentiemethode voor stikstofbepaling sinds de publicatie ervan in 1883 en werd lange tijd als onbetwist beschouwd. De verbrandingsmethode van Dumas uit 1833 is eigenlijk veel ouder, maar wordt pas de laatste decennia eveneens erkend als referentiemethode voor stikstofbepaling.
Terwijl Johan Kjeldahl destijds in het laboratorium van de Deense Carlsberg-brouwerij werkte en specifiek op zoek was naar het eiwitgehalte in biermost, was Jean Dumas in Parijs geïnteresseerd in de verbrandingsanalyse van natuurlijke stoffen om het stikstof-, koolstof- en waterstofgehalte te bepalen.
Deze fundamenteel verschillende applicaties leidden tot totaal verschillende instrumentele benaderingen voor de ontwikkeling van de analysemethoden die later naar hun uitvinders werden genoemd.
De zogenaamde zure ontsluiting van Kjeldahl is gebaseerd op het principe dat het monster oxidatief wordt ontsloten met geconcentreerd, kokend zwavelzuur. De gebonden stikstof wordt omgezet in ammoniumzouten. Na verdunning en toevoeging van geconcentreerde alkali wordt het nu gevormde ammoniak gedestilleerd uit de oplossing. Dit wordt gevolgd door titratie met zwavelzuur of zoutzuur. Door de stoichiometrische reactie en de bekende concentratie van de standaardoplossing kan de gebruiker het stikstofgehalte kwantitatief bepalen.
Dankzij voortschrijdende automatisering kan Kjeldahl tegenwoordig deels of volledig automatisch worden uitgevoerd, waardoor het efficiënter en veiliger wordt. Er is een breed scala aan apparatuur beschikbaar.
C. Gerhardt biedt diverse opties voor geautomatiseerde ontsluiting en tevens gaswassers om de schadelijke zure dampen af te vangen. Ook voor de destillatie, titratie en resultaatberekening zijn diverse toestellen leverbaar.
De originele analyseprocedure volgens de Dumas-methode is als volgt: het monster wordt gemengd met koperoxide en vervolgens verhit bij hoge temperaturen onder toevoeging van zuurstof (O2). Het resulterende gasmengsel wordt geoxideerd tot de bijproducten water, koolstofdioxide, stikstof en stikstofoxiden (NOx) door een verdere toevoeging van koperoxide. Een koperdraad wordt vervolgens gebruikt om de stikstofoxiden te reduceren tot elementaire stikstof (N2), dat op zijn beurt door een kaliumhydroxideoplossing wordt geleid. Na verwijdering van de bijproducten koolstofdioxide en water wordt het volume stikstofgas gemeten en kan het stikstofgehalte van het monster worden berekend.
Gelukkig is er nu de N-Realyzer van C. Gerhardt, een volledig geautomatiseerd analysesysteem dat een stikstofbepaling volgens Dumas vrijwel geheel zelfstandig kan uitvoeren.
N-Realyzer maakt nog steeds gebruik van de basisprincipes van de handmatige methode. Echter tijdens de analyse stroomt het dragergas van begin tot eind door het hele systeem en wordt het gemeten met een thermische geleidbaarheidsdetector (TCD). Aan het einde van de analyse meet de TCD een mengsel van dragergas en N2. Dit verschil in gassamenstelling creëert een spanningsverschil dat door de TCD kan worden gemeten en dat vervolgens wordt gebruikt om het stikstofgehalte van het monster te berekenen.
Uit ringtesten blijkt dat dat beide methoden de stikstofwaarden met hoge precisie bepalen.
Dus als beide methoden hetzelfde resultaat opleveren en als referentiemethode gebruikt kunnen worden, maakt het dan nog uit welke ik in mijn laboratorium kies? – Ja, zeker wel!
Zoals al beschreven, zijn de analytische benaderingen van de twee methoden fundamenteel verschillend en brengen daarom verschillende eisen en voor- of nadelen voor het laboratorium met zich mee.
De Kjeldahl methode is een praktische oplossing, vooral in laboratoria met een beperkte doorvoer van monsters en wisselende monstermatrices. Daarbij is de grotere inweeg een voordeel, vooral voor inhomogene of vloeibare monsters.
Voor Dumas zijn nauwelijks schadelijke chemicaliën of katalysatoren nodig en worden er geen zure dampen geproduceerd. Er is zelfs geen kostbare ruimte in de zuurkast nodig!
Ook is de analysetijd bij Dumas zeer kort, slechts enkele minuten tegen enkele uren bij Kjeldahl.
Analytische systemen op basis van de Dumas-methode zijn daarom zeer geschikt voor laboratoria met een hoge doorvoer van monsters.
In het algemeen kan gezegd worden dat beide referentiemethoden elk hun duidelijke voordelen hebben en dat de beslissing welke methode geschikt is voor uw laboratorium altijd een nauwkeurige analyse van de huidige situatie vereist.
Praat er eens over met onze productspecialist en kies voor Benelux Scientific en C. Gerhardt!
