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凯氏定氮法测定牛奶纤维蛋白质含量

来源:本站  类别:技术文章  更新时间:2014-01-09 10:56:51  阅读
0 前言
牛奶蛋白纤维由牛奶酪素与丙烯腈接枝共聚,再经湿法纺丝而成。它集天然蛋白纤维和化学纤维优点于一身。牛奶蛋白纤维纺织品在染整加工中,若处理工艺不当,会引起蛋白质流失,所以,有效地对纤维中蛋白质组分进行分析,对其染整加工工艺的制订十分重要[ 2 ] 。凯氏定氮法可用于分析牛奶蛋白纤维蛋白质的变化,其原理系以含氮量的变化来表征因染整加工而引起的纤维中蛋白质组分的变化。然而,标准的凯氏定氮检验法(GB /T 5009. 5—2003)操作繁琐、耗时长、试剂消耗量大,且并不是针对蛋白质纤维的分析方法 。本项目采用正交试验对凯氏定氮的消化工艺进行优化,通过缩短消化时间及减少试剂用量,使该分析方法适用于控制牛奶蛋白纤维染整工艺的检测分析。
1 试验
1. 1 材料
牛奶纤维
1. 2 主要仪器
250 mL凯氏烧瓶、改良凯氏蒸馏器、酸式滴定管、铁架台、调温电炉、电子分析天平(准确至0. 001 g)和锥形瓶等。
1. 3 主要试剂
硫酸钾、硫酸铜、40%氢氧化钠溶液、1%硼酸吸收液、标准盐酸溶液、田氏指示剂(10 mL 0. 1%溴甲酚绿乙醇溶液中加入4 mL 0. 1%甲基红乙醇溶液,摇匀,备用) 、浓硫酸、30%双氧水、对苯二胺、丙烯腈、氯化铵(以上均为分析纯) ;色氨酸、丝氨酸(药品) 。
1. 4 试验原理及方法
1. 4. 1 凯氏定氮法的基本原理
凯氏定氮法测定蛋白质含量的过程,主要包括消化、蒸馏、吸收、滴定等步骤。含蛋白质试样在催化剂作用下,使用以浓硫酸为主要组分的消化液对其进行高温消煮;试样中的蛋白质氮及其它有机氮转化为氨态氮,再与硫酸结合生成硫酸铵;在强碱条件下,对硫酸铵溶液进行蒸馏,使氨气逸出,用过量硼酸溶液吸收,并用标准盐酸溶液滴定硼酸溶液,根据田氏指示剂颜色的变化判断滴定终点,计算试样的含氮量。
1. 4. 2 消化工艺的优化
准确称取0. 1 g牛奶纤维样品(干燥、恒温保存)置于凯氏烧瓶,加入催化剂和消化液(由浓硫酸、30%双氧水和蒸馏水组成,三者体积比为2 ∶3 ∶1。) ,混合均匀后,小火加热,使瓶内反应物呈微沸状,反应液开始呈黑色,逐渐呈草黄色,最后呈蓝绿色(表明消化完成) 。为了保证反应彻底,需再继续消化30 min。消化完毕,记录消化时间,自然冷却至室温。
1. 4. 3 蒸馏、吸收工艺
量取40%氢氧化钠溶液20 mL,加入漏斗中,慢慢提起漏斗上的磨口塞使氢氧化钠溶液缓慢流入蒸馏瓶中,切勿将磨口塞完全提起或打开,以免反应过快,水汽冲出。碱液用量以使蒸馏液完全变黑且稍微过量为准。当接受瓶的吸收液由红变蓝时, 再继续蒸馏4 min,放低锥形瓶,使瓶中液面脱离冷凝器管口,再蒸馏2 min,取出接受瓶备用。蒸馏瓶中的残余物应及时用水泵抽出,并用蒸馏水洗2~3次。用0. 025 mol/L HCl标准溶液滴定接受瓶中的吸收液至近无色,再继续滴加1滴盐酸,若呈粉红色即为终点。空白值测定 在同样条件作空白试验,测得的值为空白值。按式( 1 ) 计算牛奶蛋白纤维试样的含氮量:
式中: V0 ———空白试验耗用盐酸标准溶液体积,mL;
V ———样品耗用盐酸标准溶液体积,mL;
CHCl ———盐酸标准溶液浓度,mol/L;
m ———样品质量,mg。
2 结果与讨论
2. 1 消化工艺优化及分析
通过改变消化液用量、催化剂(CuSO4 ·5H2O /K2 SO4 )的组成比例和用量等三个工艺因素,以消化时间为评价指标,对消化工艺进行三因素三水平正交试验。正交试验因子水平表[ 4 ]见表1,结果及分析见表2。由表2可知,凯氏定氮法样品的最佳消化条件为A2B2C3,即催化剂CuSO4 ·5H2O2 ∶K2 SO4 为20 ∶1、催化剂用量0. 5 g、消化液用量5. 0 mL、消化时间56 min。通过对正交试验结果的分析可知,各因素对消化时间的影响程度为:催化剂比例(B) >催化剂用量(A) >消化液用量(C) 。
2. 2 优化凯氏定氮法的准确度分析及评价
分别用优化凯氏定氮法和标准凯氏定氮法(GB /T5009. 5—2003)测定相同质量和批次的牛奶纤维的含氮量,用标准差系数(CV =σ/μ,又称标准变异系数,反映单位均值上的离散程度,其中σ为标准差,μ为平均数)评定测试方法准确度[ 4, 5 ] ,测试结果见表3。
由表3可知,优化凯氏定氮法与标准凯氏定氮法对同批次的牛奶蛋白纤维含氮量测试结果略有差异,分别为0. 457%和0. 522% ,表明优化凯氏定氮法对牛奶纤维含氮量的测试数据离散程度较小,准确度较高。分别用优化凯氏定氮法与标准凯氏定氮法测定不同样品的含氮量,结果见表4。
由表4可知,优化凯氏定氮法与标准凯氏定氮法对上述六种试样的含氮量测试结果虽有不同,但两者之间差异不显著,表明两法测试结果一致性较高。
2. 3 优化工艺与传统工艺测试指标的对比及评价
应用优化凯氏定氮工艺与其它改良的凯氏定氮工艺对相同质量的牛奶纤维分别进行测试,以对优化工艺的各项指标进行验证,其消化时间及含氮量测试结果见表5。
表5中,与相关文献中的改良凯氏定氮方法相比,优化凯氏定氮法所需消化时间最短,试剂用量减少,可降低试验成本,一定程度上也降低了对环境的污染。
3 结论
(1)通过正交试验对凯氏定氮法进行优化,得到对牛奶蛋白纤维样品的最佳消化工艺为:催化剂组成CuSO4 ·5H2O2与K2 SO4的质量比为20 ∶1,催化剂用量0. 5 g,消化液用量5. 0 mL,消化时间56 min。
(2)与标准凯氏定氮法相比,优化凯氏定氮法对牛奶纤维含氮量的测试数据离散程度小,准确度高。
(3)优化凯氏定氮法与标准凯氏定氮法对丝氨酸、色氨酸、氯化铵、丙烯腈等试样的含氮量测试表明,两法测试结果一致性较高;与标准凯氏定氮法及其它改良的凯氏定氮方法比较,优化凯氏定氮法工艺所需消化时间最短。
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