Die Kjeldahl-Analyse für die Bestimmung von Stickstoff und Protein

Die Stickstoff-/Proteinanalyse nach Kjeldahl ist nach wie vor die Referenzmethode in der Analytik. Mit der hohen Vielseitigkeit ist die Methode für viele Bereiche interessant, z.B. die Lebensmittelanalytik, Futtermittelanalytik, Boden- oder auch Wasseranalytik. Neben der Vielseitigkeit spricht auch die sehr hohe Präzision für das Verfahren. Vor allem bei stark inhomogenem Probenmaterial gibt es wegen den hohen Einwaagemengen kaum eine Alternative zu Kjeldahl. Das Kjeldahl-Verfahren wurde bereits 1883 von Johan Kjeldahl entwickelt und wird in dieser Form bis heute angewendet. Man kann es in 3 wesentliche Arbeitsschritte unterteilen:

  • Aufschluss der Proben mit Schwefelsäure
  • Destillation der Aufschlusslösung mit Wasserdampf
  • Titration des Destillates und Ergebnisberechnung

Bei der klassischen Anwendung kommen manuelle Laborheizer, sowie Rundkolben für Aufschluss und Erlenmeyerkolben für die Destillation zum Einsatz. Mit der vollständigen Automatisierung der Methode durch die Verwendung von Aufschlussblock und Wasserdampfdestillationssystem mit integrierter Titration kann der Probendurchsatz deutlich erhöht werden. Gleichzeitig erhöht sich die Wiederholbarkeit der Analyse und der gesamte Arbeitsvorgang ist wesentlich sicherer für das Laborpersonal. Im Schaubild unten wird dargestellt wie die Kjeldahl-Analyse mit automatischen Analysensystemen Schritt für Schritt funktioniert.

Automatisierung der Referenzmethode für die Stickstoff- und Proteinanalyse

Schritt 1 - Probeneinwaage

Probeneinwaage auf Stickstoff-freiem Papier

Schritt 2 - Probentransfer in Aufschlussglas

Einführen von Wiegeschiffchen mit Probe in das Aufschlussglas

Schritt 3 - Aufschluss

Zugabe von Salzen zur Siedepunkt-Erhöhung und ein Katalysator, z.B. KJELCAT Cu (K2SO4 + CuSO4)

Schritt 4 - Aufschluss

Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure

Schritt 5 - Aufschluss

Probenaufschluss bei Siedetemperatur, Dauer zwischen 60 und 180 Minuten

CnHmNx + H2SO4 → n CO2 + ½ m H2O + ½ x (NH4)2SO4 (solv)

 

Schritt 6 - Destillation

Verdünnung mit Wasser zur Dämpfung von starken Reaktionen bei der nachfolgenden Zugabe der Natronlauge

Schritt 7 - Destillation

Zugabe von Natronlauge zur Freisetzung des Ammoniak, geschieht automatisch in modernen Destilliergeräten, z.B. VAPODEST

NH4+ + OH-NH3↑ + H2O

Schritt 8 - Destillation

Austreibung des Ammoniak mittels Wasserdampfdestillation und Auffangen des kondensierten Ammoniak-Wasser-Gemischs in Borsäure

NH3 + H3BO3NH4+ + H2BO3-

Schritt 9 - Titration

Quantitative Bestimmung von Stickstoff durch Titration mittels Schwefelsäure oder Salzsäure mit direkter pH-Messung oder einer Indikatorlösung

NH4+ + H2BO3- + HCl → NH4CL + H3BO3

Schritt 10 - Kalkulation

Berechnung des Stickstoffgehalts:

% N = (1,4007 ∗ ceq ∗ (V - Vb)) / E

ceq - H+ Ionenkonzentration der Maßlösung: Salzsäure c = 0,1 mol/l

alternativ: Schwefelsäure ceq = 0,1 mol/l

V - Verbrauch Standard-Säurelösung Probe (ml)

Vb - Verrauch Titrierlösung Blindprobe (ml)

E - Einwaage (g)

 

Berechnung des Proteingehalts:

% Rohprotein = % N * PF

Beispiele für Rohproteinfaktoren (PF):

6,38 Milch, Käse, Trockenmilch, Milchprodukte
6,25 Fleisch, Fisch, Geflügel, Eier, Gemüse, Obst, verschiedene Getreidearten, Mais, Legumiosen, Futtermittel
5,95 Reis
5,71 Sojabohnen
5,7 Weizen und Weizenmehl
5,4 Ölsaaten, Nüsse

 

Wichtig: Die hier aufgeführten Proteinfaktoren sind Beispiele, die häufig Verwendung finden. Je nach Regelung, der das Proteinergebnis unterliegt, kann es zu Abweichungen kommen, beispielsweise bei Getreidesorten, Nüssen, Ölsaaten oder einzelnen Komponenten der aufgeführten Proben.

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