不同方法测定饲料粗蛋白质的比较

2023-05-10 14:56:27

蛋白质是生物细胞和组织的重要成分,同时蛋白质也行使重要的生物学功能。而在饲料生产中,蛋白质含量的多寡也是评定饲料营养价值的重要指标。目前,畜牧行业采用由饲料中含有的氮元素的含量乘以蛋白质转化系数(常以6.25来表示)所得到的数据来推算饲料中蛋白质的含量,即通常所说的粗蛋白质。因此,饲料中粗蛋白质的检测其本质就是饲料中氮元素的检测。目前,饲料中氮元素的国家标准检测主要采用的是凯氏定氮法。但手动半微量定氮法操作步骤较多,对操作人员的实验水平要求也较高。随着科学技术的发展,全自动定氮仪在生产中的应用越来越广泛。然而,在饲料生产企业中,依赖人工的半微量定氮法和全自动分析仪哪个更符合生产实际需要,还存在争议。因此,本文将对半微量定氮法和两种不同型号的全自动凯氏定氮仪检测结果的差异进行分析。

1材料与方法

1.1 仪器与所需试剂

1.1.1 样品

试验选取鱼粉、血粉、水解羽毛粉、豆粕、发酵豆粕、膨化大豆、棉粕、玉米蛋白粉、DDGS、谷氨酸渣等蛋白质饲料原料10种。


1.1.2 试验仪器

精密天平(瑞士METTLER ML303)、消化炉(美国FOSS 8420)、凯氏烧瓶及蒸馏装置(玻璃)、全自动凯氏定氮仪(美国FOSS 2300、FOSS 8400)。


1.1.3 所需试剂

(1)消化催化剂:0.4 g 五水硫酸铜(化学纯),6 g硫酸钠(化学纯),磨碎混匀。

(2)NaOH 溶液:取NaOH(分析纯)400 g 溶于1 000 mL蒸馏水配成40%溶液。

(3)硫酸铵:分析纯,干燥。

(4)混合指示剂:甲基红0.1%的乙醇溶液,溴甲酚绿0.5%的乙醇溶液,两者进行等体积混合,置于阴凉处保存,三个月内有效。

(5)全自动定氮仪硼酸吸收液:称取硼酸(分析纯)10 g,溶于1 000 mL蒸馏水配制成1%的硼酸溶液,然后加入0.1%甲基红乙醇溶液7 mL,与0.1%溴甲酚绿乙醇溶液10 mL、4%氢氧化钠溶液0.5 mL,混合,置阴凉处,保存期为1个月。

(6)半微量定氮法硼酸吸收液:称取硼酸(分析纯)20 g,溶于1 000 mL蒸馏水配制成2%的硼酸溶液,然后加入甲基红-溴甲酚绿指示剂待用。

(7)0.1 moL/L盐酸标准溶液的配制(半微量定氮法):8.3 mL浓盐酸(分析纯),缓慢注入1 000 mL水中,摇匀,标定后待用。

(8)0.05 moL/L硫酸标准溶液的配制(全自动定氮分析仪):用量筒量取2.8 mL的浓硫酸(分析纯)缓慢注入1 000 mL水中,冷却,摇匀,标定后待用。

(9)蔗糖:分析纯。


1.2 测定方法

1.2.1 试验设计

试验由两名检测员(检测员A和检测员B)分别采用半微量定氮法和两种不同型号的全自动定氮仪(FOSS 2300、FOSS 8400)对样品进行测定,每名检测员试验10种蛋白饲料原料样品,每种样品做6个重复的粗蛋白质含量。


1.2.2 样品消化

样品全部由本单位实验员统一进行消化,准确称取0.2 g样品,置于洗涤后烘干的干净的消化管内,然后加入催化剂和10 mL浓硫酸,同时消化空白样6个(蔗糖0.5 g/管)。将消化管放置于消化炉中,温度先调至260 ℃,待消化管中没有大量浓烟时,将温度升至420 ℃,消化直至澄清,关闭消化炉电源,保持冷凝水开通,冷却1~2 h。


1.2.3 硫酸铵回收率

每个试验组称取硫酸铵样品分别放置于6个消化管中(0.2 g/管),进行消化后用凯氏定氮法进行测定。

X = [(V2 -V1)×C ×0.014]×100/(m ×V'/V) 。

式中:V1——滴定试样所需标准溶液的体积;

V2——滴定空白所需标准溶液的体积;

C——标准溶液的浓度;

m——试样的质量;

V——试样分解液定容体积;

V'——用于蒸馏的分解液的体积。


1.2.4 蒸馏和滴定

半微量定氮法的蒸馏和滴定参考国标GB/T6432-1994,全自动定氮仪按仪器说明书操作。


1.2.5 数据分析

试验数据先用Microsoft Excel进行整理和初步计算,然后采用SPSS20.0统计软件进行Duncan's法进行多重比较,以各组“平均值±平均标准误(SEM)”表示,以P<0.05作为差异显著性判断标准。

2结果

空白样消耗酸体积见表1,从表1可以看出,半微量法、FOSS 2033和FOSS 8400各组之间空白样消耗酸的体积显著降低(P<0.05),而且标准误也逐渐降低。但在同一方法下,两名检测员的空白样消耗酸的体积没有显著差异(P>0.05)。

硫酸铵回收率的结果见表2,两名检测员三个试验组硫酸铵回收率均没有显著差异(P>0.05),但标准误有下降趋势。

蛋白饲料原料粗蛋白检测结果见表3。从表3中可以看出,FOSS 2300和FOSS 8400的测定结果没有显著差异(P>0.05),但相同检测项中FOSS 2300的标准误要高于FOSS 8400。半微量法与全自动定氮仪两组相比,粗蛋白的测定结果总体偏低,其中检测员A 测定的水解羽毛粉、豆粕显著低于其他各组(P<0.05),检测员A的DDGS和检测员B的玉米蛋白粉的粗蛋白含量显著高于其他各组(P<0.05)。而且半微量法的检测结果的标准误均高于全自动定氮仪两组。

3讨论

粗蛋白质的半微量检测法在滴定的时候,滴定管的液体流量完全靠人工控制,颜色的变化和液体的变化往往只在一瞬间,在滴定时即需要检测员对颜色变化有准确的判断,又需要检测员能眼疾手快的终止滴定,同时还要防止氨气跑掉,这对经验和身体反应速度有较高的要求。新手检测员身体反应速度快,但是往往经验不足;而经验丰富的检测员,随着年龄的增长,身体反应速度开始逐渐变慢;年富力强而又经验丰富的检测员的数量低于实际生产的需求,长期高负荷的进行样品的检测,又会造成工作疲劳,影响检测结果。全自动定氮仪采用的比色法判断液体颜色的变化,在液体颜色达到设定值的瞬间,通过电子原件的传导,终止滴定然后计数。因此从理论上,全自动定氮仪的检测精度更高,工作时间更长,更适合生产需求。

各组检测员空白样品的测定值均小于0.200 0 mL,说明各试验组空白样品均对试验结果无影响。但空白样品都由第三方实验员统一预处理的,而滴定结果从半微量定氮法到全自动定氮仪,呈现显著下降的趋势,而且样品的平行性也更好。使用滴定管进行样品滴定时,液体流速在30~50μL/s,而全自动定氮仪的滴定液的流速为3~5 μL/s。因此,全自动定氮仪在滴定空白样品时,检测精度显著高于人工检测。而在本试验两种不同型号的全自动定氮仪中,FOSS 2300已经使用10 年,在管路和电子原件均存在老化现象,而FOSS 8400的刚刚使用1年,经过磨合后正处于最佳状态,因此FOSS 8400的空白样耗酸量和标准误均要低于FOSS 2300,说明全自动定氮仪随着使用时间的增加精确度会逐渐下降,但其精密度依然高于依赖人工和玻璃器皿的半微量定氮法。

硫酸铵回收率的试验主要是检测蒸馏和滴定系统是否达到要求,其数值一般要求在99.50%~100.50%之间。从检测数据分析,半微量法中检测员A的检测结果为99.25%,并未达到系统要求。而半微量法中检测员B和两种不同型号的全自动定氮仪的硫酸铵回收率则均在99.50%以上,完全达到后续试验要求。在使用半微量法定氮时,无论是检测员A还是检测员B测定结果的标准误都高于全自动定氮仪的标准误。这可能与检测系统液体步进的差异有关,全自动定氮仪每次滴定时消耗的酸仅为半微量法的十分之一。因此,全自动定氮仪在进行样品检测时,平行性也要好于依赖玻璃器皿的半微量法。这说明以玻璃器皿为主的半微量法检测系统在精密度的控制上存在不足,而仪器的老化对粗蛋白的检测结果和平行性也存在影响。

半微量定氮法需将消化后的液体从消化管中转移到容量瓶中,再用移液管转移到蒸馏瓶中,蒸馏后再对样品进行滴定,整个过程对检测员的操作技能的要求比较高,而且反复的转移也难免会造成氮元素的损失。而且半微量法的蒸馏过程,整个管路并不属于全封闭状态,难免会造成氨气的损失;而滴定的过程也可能会因为检测员经验不足或操作失误而产生误差,造成样品测定结果偏低或平行性较差。蛋白饲料原料的粗蛋白检测结果看,半微量法中两名检测员对蛋白质饲料原料的测定结果总体上低于全自动定氮仪,这可能与蒸馏过程中氨气的损失有关,这也与硫酸铵回收率的测定结果比较一致。而且检测员A豆粕和水解羽毛粉的检测结果显著偏低,则主要是因为检测员A在这两个样品的蒸馏过程中有1~2个重复样存在密封不严的情况,造成了氨气的损失。检测A和检测员B均有一个样品测定结果显著偏高,其主要原因是因为,两名检测员在滴定过程中,个别样品存在滴定过量的情况。在实际生产中,如果样品数量过大,检测员进入疲劳期的时候,这种情况是很难避免的。而全自动定氮仪在蒸馏过程中,将消化管直接放入蒸馏装置进行蒸馏,因此减少了氨气的损失,其测定结果高于半微量定氮法。

4结论

综合本次试验数据,全自动定氮仪数据的重复性更好。然而全自动定氮仪仪器价格相对较高,对于小型饲料厂来讲,饲料检测样品数量比较少,熟练的检测员完全胜任半微量定氮法的检测工作。而对大型饲料厂,产品数量多,样品检测的压力较大,要想保证检测的速度和质量,需要大量的高水平检测人员,这时全自动定氮仪的快速、准确的优势就凸显出来,而且机器不会出现疲劳现象,配合自动进样器,可以做到全天候的工作。因此,对小型饲料厂,可以短期聘请熟练的检测员,半微量的凯氏定氮法节省成本,同时加强对新检测员的培训;而大型饲料厂则更适合采用全自动定氮仪进行检测,以满足大批量生产的需求。

来源:饲料工业;作者:李仲玉,杜鹃,徐良梅等

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