電化學(xué)法快速測(cè)定食用醬油中氨基酸態(tài)氮

郭淼

河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院（平頂山 467000）

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)食用醬油的品質(zhì)需求日益提升。食用醬油的鮮味主要來(lái)自分子量小于500 Da的游離氨基酸，鮮味程度越高，醬油中游離氨基酸的濃度越大，品質(zhì)越好[1-2]。相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)按照食用醬油中氨基酸態(tài)氮的含量對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)[3]，因此如何準(zhǔn)確測(cè)定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量保證意義重大。

測(cè)定醬油中氨基酸態(tài)氮含量主要利用國(guó)標(biāo)規(guī)定的酸度計(jì)法與比色法[4]，然而酸度計(jì)法需加入甲醛以固定氨基酸的氨基端堿性，利用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定氨基酸的羧基，操作較為繁瑣，且對(duì)環(huán)境友好性較差，同時(shí)醬油中共存的弱酸會(huì)對(duì)結(jié)果測(cè)定產(chǎn)生干擾[5]，而比色法則需另外加入顯色劑，與氨基酸形成有色化合物后，在400 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，但形成的有色化合物穩(wěn)定性較差，同時(shí)400 nm波長(zhǎng)為黃色光吸收波長(zhǎng)，因而醬油本底顏色會(huì)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生干擾[6]。庫(kù)侖滴定法是一種建立在控制電流電解基礎(chǔ)上，可準(zhǔn)確而靈敏地測(cè)定樣品中常量、微量、半微量甚至痕量組分的電化學(xué)分析方法[7]。與傳統(tǒng)滴定方法相比，該方法具有操作簡(jiǎn)便，分析過(guò)程耗時(shí)較短，無(wú)需提前配制、標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液等特點(diǎn)，被廣泛用于食品、化工、制藥、環(huán)境工程等領(lǐng)域[8-11]。試驗(yàn)利用庫(kù)侖滴定法測(cè)定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量，探討測(cè)定過(guò)程的最佳試驗(yàn)條件，為相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

KLT-1型通用庫(kù)侖儀（江蘇江分電分析儀器有限公司）；鉑片電解電極（2 cm×2 cm，自制）；鉑絲輔助電極（6 cm×0.5 cm，內(nèi)部為鉑絲，外部套有玻璃管，底部為陶瓷砂芯，自制）；指示電極為鉑片電極（1 cm×2 cm，自制）；FA604C電子天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司）；T9紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；pH酸度計(jì)（梅特勒-托利多有限公司）。

溴化鉀、四硼酸鈉、氫氧化鈉、甲醛、醋酸、醋酸鈉、硫酸（均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氮標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱(chēng)取干燥恒重的硫酸銨（優(yōu)級(jí)純），稀釋配制成質(zhì)量濃度為10 mg/mL；4種品牌食用醬油購(gòu)置于本地生鮮超市；試驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 庫(kù)侖滴定法

1.2.1.1 樣品預(yù)處理

精密移取10 mL醬油于50 mL容量瓶?jī)?nèi)，加入20 mL，0.15 mol/L稀硫酸后，加水稀釋定容，搖勻備用。

1.2.1.2 測(cè)定步驟

向電解池中加入體積50 mL，1.0 mol/L溴化鉀電解質(zhì)溶液（pH 9.0）后，依次插入電解電極、輔助電極和指示電極對(duì)，連接庫(kù)侖滴定儀，設(shè)置電解電流0.50 mA，準(zhǔn)確加入1 mL預(yù)處理后樣品，攪拌均勻，自動(dòng)電解至溶液電位突躍后結(jié)束，記錄滴定終點(diǎn)到達(dá)時(shí)間，按式（1）計(jì)算醬油中氨基酸態(tài)氮含量，平行測(cè)定6次。

式中：XN為醬油中氨基酸態(tài)氮含量，g/mL；I為電解電流強(qiáng)度，mA；t為電解至滴定終點(diǎn)時(shí)間，s；2/3為反應(yīng)系數(shù)；Z為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，2；F為法拉第常數(shù)，96 500 C/mol；14為氮原子質(zhì)量，g/mol；D為稀釋倍數(shù)；V為醬油體積，mL。

1.2.2 酸度計(jì)法

按照相關(guān)國(guó)標(biāo)測(cè)定步驟，加入中性甲醛溶液后，采用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定樣品至溶液pH 9.2，通過(guò)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，計(jì)算醬油樣品中氨基酸態(tài)氮含量，另作空白試驗(yàn)[12]。

1.2.3 比色法

按照相關(guān)國(guó)標(biāo)測(cè)定步驟，加入顯色劑（甲醛-乙酰丙酮）后，于400 nm波長(zhǎng)處測(cè)定樣品吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，計(jì)算醬油樣品中氨基酸態(tài)氮含量，另作空白試驗(yàn)[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)原理

食用醬油經(jīng)酸處理后，氨基酸上胺基轉(zhuǎn)化為NH4+。在電解池陽(yáng)極中，電解質(zhì)溴化鉀被定量電解氧化生成Br2后，即刻在堿性電解質(zhì)溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成BrO-，與樣品中NH4+定量發(fā)生氧化還原反應(yīng)[13]，通過(guò)溶液電位突躍的變化，指示滴定終點(diǎn)，測(cè)得醬油中氨基酸態(tài)氮含量，涉及反應(yīng)具體為：

2Br--2e→Br2

Br2+2OH-=BrO-+Br-+H2O

3BrO-+2NH4=N2+3Br-+3H2O+2H+

2.2 電解質(zhì)的濃度影響

電解液中電解質(zhì)的濃度影響電解池中化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，若濃度過(guò)高，將增大電解質(zhì)溶液的離子強(qiáng)度，影響電流效率，過(guò)低則可能發(fā)生電解水副反應(yīng)[14]，因此考察不同電解質(zhì)濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，溴化鉀濃度1.0 mol/L時(shí)，測(cè)得已知濃度氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果回收率接近100%，因此選擇溴化鉀電解質(zhì)濃度1.0 mol/L。

表1 不同電解液濃度對(duì)結(jié)果回收率影響（n=6）

2.3 電解液pH影響

滴定劑BrO-需利用電解產(chǎn)物Br2在堿性條件中生成，因此利用四硼酸鈉-溴化鉀配制成不同pH條件的電解液，考察其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果如表2所示。電解液pH 9.0時(shí)，測(cè)得結(jié)果回收率接近100%，這歸因于電解液pH過(guò)低，生成BrO-較困難，導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)不充分，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，而電解液pH過(guò)高，使得樣品中氨基酸上氨基不能完全質(zhì)子化，因此選擇電解液pH 9.0。

表2 不同電解液pH對(duì)結(jié)果回收率影響（n=6）

2.4 共存物質(zhì)干擾

由于部分品牌醬油在生產(chǎn)過(guò)程中另添加鐵、鈣成分，以提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此參考相關(guān)醬油產(chǎn)品成分表中鐵、鈣含量，考察共存的鐵、鈣離子對(duì)測(cè)定結(jié)果干擾影響，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，在0.07 mg/mL Fe3+、0.6 mg/mL Ca2+溶液中，測(cè)得不同濃度氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果回收率均接近100%，表明醬油中的鈣、鐵離子不會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾。

表3 共存離子干擾影響（n=6）

2.5 回收率與檢出限

參考相關(guān)國(guó)標(biāo)規(guī)定的不同級(jí)別醬油中氨基酸態(tài)氮含量，考察不同濃度氮元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果回收率，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明，在4.52～12.78 mg/mL氮元素濃度范圍內(nèi)，測(cè)得結(jié)果回收率均接近100%，表明該電化學(xué)法適用于不同級(jí)別食用醬油的氨基酸態(tài)氮含量測(cè)定。同時(shí)，連續(xù)測(cè)定空白溶液10次，以其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限（LOD），計(jì)算得到檢出限，為0.012 mg/mL。

表4 不同濃度氮標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定結(jié)果回收率（n=6）

2.6 不同方法測(cè)定結(jié)果比較

分別采用庫(kù)侖滴定法與國(guó)標(biāo)規(guī)定的酸度計(jì)法及比色法測(cè)定不同品牌醬油樣品的氨基酸態(tài)氮含量，結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明，不同方法測(cè)定結(jié)果較為接近，在95%置信度下進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果之間無(wú)顯著性差異（p＞0.05）。與酸度計(jì)法和比色法相比，庫(kù)侖滴定法無(wú)需配制、標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液，分析操作更加簡(jiǎn)便，同時(shí)指示滴定終點(diǎn)可靠，避免系統(tǒng)誤差出現(xiàn)，且自動(dòng)化程度較高，測(cè)定過(guò)程僅需1 min左右完成，分析過(guò)程更加快速。該電化學(xué)法直接測(cè)定醬油樣品中氨基酸態(tài)氮，從而避免其它共存酸的干擾，具有較好的精密度與準(zhǔn)確度，因此適用于相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。

表5 不同方法測(cè)定結(jié)果比較（n=6）

3 結(jié)論

采用庫(kù)侖滴定法測(cè)定食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量，以鉑電極分別為電解電極對(duì)和指示電極對(duì)，在堿性溴化鉀電解液中電解生成BrO-后，與醬油中NH+4定量發(fā)生氧化還原反應(yīng)，通過(guò)法拉第電解定律，測(cè)得食用醬油中氨基酸態(tài)氮含量。與其他方法相比，該電化學(xué)法操作簡(jiǎn)便，指示滴定終點(diǎn)可靠，分析過(guò)程可在1 min左右完成，在4.52～12.78 mg/mL的氮元素質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，測(cè)得結(jié)果回收率均接近100%，RSD均小于1.5%，表明方法具有較好精密度與準(zhǔn)確度，因此可為相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供參考。