杜馬斯燃燒法測定玉米淀粉蛋白質(zhì)含量

黃世群， 秦 琳， 文 婷， 仲伶俐， 趙 珊， 李 曦， 白 勝

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 分析測試中心， 四川 成都 610066； 2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 服務(wù)中心， 四川 成都 610066)

玉米淀粉為白色或微帶淡黃色有光澤細(xì)膩松散粉末，通過對玉米清理、浸泡(浸泡水含二氧化硫濃度為0.15%～0.20%)、粗碎、胚芽分離、磨碎、淀粉篩分、離心分離和干燥等一系列工藝流程未經(jīng)改性提取而得。玉米淀粉作為原料或變性后廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、制糖、氨基酸、發(fā)酵、化工、造紙等行業(yè)[1-4]。通常食用玉米淀粉蛋白質(zhì)測定采用凱氏定氮法[5-6]，但傳統(tǒng)凱氏定氮儀法測定玉米淀粉蛋白質(zhì)前處理時，由于玉米淀粉吸水性強，細(xì)度細(xì)(干基，150 μm)，加酸后容易結(jié)成團塊，浸透不徹底，且與其他食品類相比需更長的消煮時間，又因玉米淀粉蛋白質(zhì)含量較低，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液量少，測定時誤差相對較大，難以達到標(biāo)準(zhǔn)要求，往往需進行返工重復(fù)測定，導(dǎo)致測定工作效率較低。因此，探索簡便、快速、穩(wěn)定的檢測方法且準(zhǔn)確測定玉米淀粉蛋白質(zhì)含量，對產(chǎn)品準(zhǔn)確定級具有重要意義。

目前杜馬斯燃燒法廣泛應(yīng)用于各類食品檢測中。王欽權(quán)等[7]以各類常見的食品為材料,分別采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定其蛋白質(zhì)含量，并對檢測原理、步驟及精密度、準(zhǔn)確度、回收率進行對比研究。汪紅等[8]以芝麻、大豆、油菜和花生為研究對象，分別用杜馬斯燃燒法和凱氏定氮法測定4種樣品的粗蛋白含量,結(jié)果2種方法的測定值間沒有顯著性差異,但杜馬斯燃燒法比凱氏定氮法的測定精密度和準(zhǔn)確度更高。楊雪嬌等[9]用杜馬斯法和凱氏法以各類食品為試驗材料測定其含氮量，其中大部分食品樣品杜馬斯法和凱氏法測定結(jié)果無顯著性差別。張秀蓮等[10]分別采用杜馬斯燃燒法和凱氏定氮法測定14個人參樣品的蛋白質(zhì)含量，結(jié)果顯示2種測定方法測得的人參蛋白質(zhì)含量差異不顯著(P>0.05)。目前，國內(nèi)尚未見玉米淀粉蛋白質(zhì)含量采用杜馬斯燃燒法進行測定的報道。鑒于此，采用杜馬斯燃燒法對玉米淀粉蛋白質(zhì)含量進行測定，并與凱氏定氮儀法檢測結(jié)果進行比較分析,旨在為玉米淀粉蛋白質(zhì)含量測定開辟新的更可靠的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 玉米淀粉樣品 玉米淀粉樣品為2019年四川省不同地區(qū)委托四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測試中心檢測的隨機抽取的26個玉米淀粉樣品(編號為1～26)，樣品均能滿足檢測要求。

1.1.2 主要儀器 rapid MAX N EXCEED 元素分析儀(德國Elementar 公司)，AUY 220電子天平(精度為0.0001 g)，自動Kjeltec定氮儀(瑞典，型號FOSS2400)，消化爐(瑞典FOSS公司)。

1.1.3 主要試劑 混合催化劑，無水硫酸銅+硫酸鉀(3︰97)；濃硫酸，20 g/L 硼酸溶液，400 g/L氫氧化鈉溶液，0.0501 5 mol /L硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，混合指示劑(0.1%甲基紅乙醇溶液，0.1%溴甲酚綠乙醇溶液7 mL∶10 mL/L硼酸溶液)[11]，氧化銅，Pt催化劑，ESA-REGAINER，氧化鋁球，氫氧化鈉(黑色顆粒狀)，五氧化二磷。

1.1.4 氣體 氧氣(純度≥99.99%)，氦氣(純度≥99.99%)。

1.1.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 天冬氨酸(N 10.52%，純度≥98%)，乙酰苯胺(N 10.15%，純度≥98%)，硫酸銨(N 21.21%，純度≥98%)；小麥粉(蛋白質(zhì)15.8%±0.3%)，土壤標(biāo)準(zhǔn)品(N 0.081%±0.012%)。

1.2 方法

采用杜馬斯燃燒法和自動凱氏定氮儀法測定26個玉米淀粉樣品的蛋白質(zhì)含量，每個樣品重復(fù)測定3次(其中，樣品7進行23次重復(fù)測定)，并對2種方法的測定結(jié)果進行對比分析。

1.2.1 自動凱氏定氮儀法 稱取1 g玉米淀粉，精確至0.000 1 g，倒入凱氏消化管中加入10 g催化劑〔五水合硫酸銅+硫酸鉀(3︰97)〕，搖勻，加12 mL硫酸后再搖至樣品完全浸透，放置2 h后置于消化爐上加熱升溫，當(dāng)消化爐溫度達420℃進行消化1.5 h[11-12]，停止升溫并提起消煮架，可觀察到測試樣品呈綠色透明狀，待降溫后緩慢加入約40 mL去離子水，待稀釋液體冷卻后，置于FOSS2400全自動凱氏定氮儀上進行測定。儀器設(shè)置條件：硼酸溶液40 mL(內(nèi)混有指示劑)，氫氧化鈉溶液70 mL，蒸餾時間3.5 min，蒸餾同時儀器自動用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定，當(dāng)液體顏色滴定至淺灰紅色時，滴定終止，儀器自動記錄滴定體積?？瞻自囼?，通過測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)乙酰苯胺和硫酸銨并根據(jù)測定值確定儀器處于正常狀態(tài)后，進行玉米淀粉樣品測定。結(jié)果以全氮含量×6.25所得值為玉米淀粉蛋白質(zhì)含量。

1.2.2 杜馬斯燃燒法 稱取玉米淀粉1 g，精確至0.000 1 g，倒入儀器專用坩堝內(nèi)，將坩堝放入進樣盤中的對應(yīng)孔位號中。開啟rapid MAX N EXCEED型元素分析儀，并打開系統(tǒng)軟件，當(dāng)燃燒管溫度達900℃以上、次級燃燒管接近900℃、TCD檢測器溫度升至59℃時，同時滿足氧氣壓力達0.25 MPa、氦氣壓力達0.38 MPa條件下，元素分析儀可以正常運行?？瞻自囼?，稱取標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)天冬氨酸10.8 mg、80.6 mg、150.0 mg、200.3 mg、250.3 mg和302.7 mg，上機檢測，得標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后通過測試標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥粉和土壤標(biāo)準(zhǔn)品并根據(jù)其含量確定儀器處于正常狀態(tài)并得出日校正因子，再進行供試樣品測定。輸入被測樣品稱樣量、名稱、校正因子及氮換算成蛋白質(zhì)系數(shù)6.25，儀器設(shè)置條件：加氧時間120 s、加氧流速300 mL/min，每個單樣出峰到積分完成時間為6 min，樣品燃燒的同時儀器自動積峰，根據(jù)峰面積得出氮含量，儀器自動計算出被測樣品蛋白質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用DPS對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較，采用EXCEL進行線性回歸分析，P<0.05認(rèn)為統(tǒng)計學(xué)檢驗有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種檢測方法的穩(wěn)定性和精密度

2.1.1 穩(wěn)定性 自動凱氏定氮儀法標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用乙酰苯胺，乙酰苯胺量為17.6～61.1 mg，總氮含量為1.786～6.214 mg，以乙酰苯胺量為橫坐標(biāo)，總氮含量為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)為y=0.102 1x-0.016 3(R2=0.999 9)。杜馬斯燃燒法標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用天冬氨酸，總氮含量為1.136～ 31.844 mg，N的峰面積在3 066～81 576，以總氮含量為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2)為y=2 559.9x+335.35(R2=1)。2種方法的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的稱樣量與測定值存在顯著的線性相關(guān)(R2≥0.999 9)，說明方法均穩(wěn)定。

2.1.2 精密度 從表1看出，2種方法對3個標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果都接近于真實值。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)和相對誤差(RE)杜馬斯燃燒法較自動凱氏定氮儀法均低，說明杜馬斯燃燒法精密度更高，準(zhǔn)確度更好。

表1 自動凱氏定氮儀法和杜馬斯燃燒法測定3種物質(zhì)的含量(n=5)

2.2 2種方法測定的玉米淀粉蛋白質(zhì)含量

2.2.1 對同一玉米淀粉樣品的重復(fù)測定 對樣品7進行23次重復(fù)蛋白質(zhì)含量測定結(jié)果(圖3)表明，自動凱氏定氮儀法測定的蛋白質(zhì)含量為0.247%～0.272%，最大相差0.025百分點；杜馬斯燃燒法測定的蛋白質(zhì)含量為0.257%～0.285%，最大相差0.028百分點。在23次測定中，2種方法的測定值完全一致的有1次，自動凱氏定氮儀法測定值高于杜馬斯燃燒法的有2次，其余20次杜馬斯燃燒法測定值均略高于自動凱氏定氮儀法測定值(占比87.0%)。

2.2.2 對26個玉米淀粉樣品的測定 從表2看出，2種測定方法中，均表現(xiàn)為樣品15和樣品19與其他樣品差異顯著，其余24個樣品的差異均不顯著，表明2種測定方法的一致性較高。凱氏定氮法的RSD值為0.51%～4.64%，杜馬斯燃燒法的RSD值為0.52%～3.60%，均小于5%，說明2種方法精密度較高，穩(wěn)定性較好。K/D值(凱氏定氮法與杜馬斯燃燒法測定值的比值)除樣品15和樣品19差異顯著外，其余24個樣品差異不顯著，K/D值均為0.931～1.055(接近1)，進一步說明2種方法的測定值較一致。

表2 杜馬斯燃燒法與自動凱氏定氮儀法測定的26個樣品的玉米淀粉蛋白質(zhì)(n=3)

3 結(jié)論與討論

GB/T8885-2017《食用玉米淀粉》中規(guī)定，食用玉米淀粉的蛋白質(zhì)測定方法按GB/T22427.10-2008《淀粉及其衍生物氮含量測定》標(biāo)準(zhǔn)中凱氏定氮法[5-6]。但實踐證明，采用傳統(tǒng)凱氏定氮儀法測定玉米淀粉蛋白質(zhì)存在以下不足：一是前處理時由于玉米淀粉吸水性強，細(xì)度細(xì)(為150 μm)(干基)加酸后非常容易結(jié)成團塊，浸透不徹底；二是與其他食品類相比需要消煮的時間更長；三是由于玉米淀粉蛋白質(zhì)含量較低，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液量少，導(dǎo)致誤差相對較大等。因此，開展了杜馬斯燃燒法測定玉米淀粉蛋白質(zhì)的可行性研究。結(jié)果表明，杜馬斯燃燒法和自動凱氏定氮儀法2種方法均能準(zhǔn)確測定玉米淀粉蛋白質(zhì)含量，測定樣品時精密度和準(zhǔn)確度均能滿足試驗要求。測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時杜馬斯燃燒法方法更穩(wěn)定，測定值更接近真值，誤差更小，回收率高。同時，杜馬斯燃燒法方便、快速、環(huán)保、省時省工，僅需稱量后依次燃燒，不消煮、不用溶液滴定，只需更換耗材，完全避免了自動凱氏定氮儀法因樣品浸透硫酸不完全而消煮時糊化、消化不徹底、消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液體積小導(dǎo)致誤差、配制各種溶液和指示劑耗時長用工多等缺點[13]。

2種方法相比，杜馬斯燃燒法測定的玉米淀粉蛋白質(zhì)含量略高于自動凱氏定氮儀法，一方面可能是由于杜馬斯燃燒法的燃燒完全，另一方面可能因為玉米淀粉含有極少量的二氧化硫(SO2)，SO2屬于弱還原劑，溶于水后生成亞硫酸(H2SO3)，然后亞硫酸再跟氫氧化鈉(NaOH)反應(yīng)，酸堿中和，這樣容易導(dǎo)致元素分析儀吸收管內(nèi)的NaOH消耗較快，一旦更換不及時將導(dǎo)致吸收不完全，儀器會誤將SO2作為N計入峰面積致使測定值增大。因此，在采用杜馬斯燃燒法測定玉米淀粉蛋白質(zhì)過程中，一定要關(guān)注吸收管內(nèi)吸收劑NaOH的變色情況并及時更換，確保檢測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。