Il metodo Kjeldahl per la determinazione di azoto e proteine

L'analisi Kjeldahl per l'azoto e le proteine

Nell'applicazione tradizionale, vengono utilizzate piastre riscaldanti manuali da laboratorio, nonché matracci a fondo tondo per la digestione e matracci Erlenmeyer per la distillazione. Dopo la pubblicazione del metodo Kjeldahl, C. Gerhardt si è posta l'obiettivo di ottimizzare questa applicazione classica. Negli ultimi decenni, sono stati sviluppati numerosi tipi di strumenti diversi per questo scopo. Tutto è iniziato con grandi rack in ghisa; oggi ci sono unità di digestione a blocchi altamente precise e unità di distillazione a vapore con calcolo dei risultati e alimentazione automatica dei campioni.

Essenzialmente, tuttavia, l'analisi Kjeldahl può ancora essere suddivisa nelle 3 fasi di lavoro che costituiscono anche la base dell'applicazione classica:

  • Mineralizzazione dei campioni con acido solforico
     
  • Distillazione della soluzione di digestione con vapore
     
  • Titolazione del distillato e calcolo del risultato.

La chimica è quindi cambiata solo leggermente, ma il processo complessivo è ora completamente automatizzato e adattato alle condizioni dei laboratori moderni. L'uso di un blocco di digestione e di un sistema di distillazione a vapore con titolazione integrata presenta molti vantaggi per l'utente.

Il lavoro quotidiano del personale di laboratorio è molto più sicuro, poiché il tempo trascorso presso l'apparecchiatura è stato ridotto e questa è dotata di vari dispositivi di sicurezza. Inoltre, la produzione di campioni è aumentata in modo significativo grazie ai processi automatizzati. Allo stesso tempo, anche la sicurezza dell'analisi è aumentata.

Per una migliore comprensione del funzionamento dell'analisi Kjeldahl con i sistemi di analisi automatizzati, di seguito è riportato un diagramma che spiega il processo passo per passo:

L'automazione dell'analisi Kjeldahl

Play

Fare clic sul pulsante video per attivare il video. La informiamo che dopo l'attivazione i dati saranno trasmessi al rispettivo provider.

Azoto Kjeldahl totale vs. Azoto totale

I due termini azoto Kjeldahl (Total Kjeldahl Nitrogen, TKN) e azoto totale (Total N) sono spesso confusi o addirittura considerati uguali, ma rappresentano valori diversi nella determinazione del contenuto di azoto.

I nomi diversi portano spesso a pensare che TKN e N totale siano due forme diverse di un composto azotato. In realtà, però, i due termini descrivono parametri diversi nell'analisi dell'azoto.

Mentre il TKN descrive la proporzione di azoto organico totale legato e di ammonio (NH4) in un campione, l'N totale comprende anche nitriti (NO2) e nitrati (NO3).

Il termine azoto totale di Kjeldahl (TKN) o azoto di Kjeldahl non deriva quindi da uno specifico composto azotato, ma dal metodo analitico utilizzato: in altre parole, il metodo Kjeldahl.

Poiché il metodo Kjeldahl può essere utilizzato per determinare non solo l'azoto Kjeldahl, ma anche l'azoto sotto forma di ammonio o ammoniacale (NH4), di nitriti (NO2) o nitrati (NO3), è possibile determinare anche i due parametri somma TKN e N totale oltre ai singoli composti azotati. I diversi valori sono rilevanti per le diverse aree analitiche:

Azoto Kjeldahl totale (TKN)

L'azoto Kjeldahl è particolarmente importante nel contesto del trattamento delle acque reflue, poiché la determinazione del TKN è obbligatoria in molte normative internazionali. Durante le singole fasi del processo, ad esempio nel contesto del trattamento biologico delle acque reflue, il parametro viene costantemente monitorato. Ciò significa che l'intero processo può essere sempre monitorato per la qualità e regolato se necessario. Il contenuto proteico può essere calcolato anche in base all'azoto Kjeldahl contenuto nel campione (vedi sezione Proteine).

Azoto ammoniacale

L'azoto che entra nell'ambiente attraverso le escrezioni e il decadimento del materiale organico è inizialmente presente soprattutto sotto forma di azoto organico. Durante la mineralizzazione, questo viene convertito in ammonio (NH4) nella prima fase. In termini tecnici, questo processo è chiamato anche "ammonificazione". Successivamente, l'ammonio viene convertito in nitrato (NO3) attraverso il passaggio intermedio nitrito (NO2), detto nitrificazione.  

La mineralizzazione è un processo naturale che avviene nel suolo quando l'azoto viene estratto da composti organici complessi non disponibili per le piante e convertito in una specie di azoto minerale.

Tuttavia, questo processo viene utilizzato anche nelle analisi ambientali, ad esempio negli impianti di depurazione delle acque reflue, poiché l'acqua viene purificata in questo modo. Nell'acqua potabile, ad esempio, il valore dell'ammonio fornisce informazioni sul grado di inquinamento dell'acqua.

L'ammonio è importante anche per l'agricoltura, poiché l'azoto contenuto in questo composto può essere assorbito ed elaborato dalle piante. Poiché ha un effetto positivo sulla crescita delle piante nei campi, le aree agricole vengono trattate con fertilizzanti. L'azoto ammonico, rapidamente disponibile, viene così aggiunto alle piante.

Azoto nitrico.

Come l'azoto ammoniacale (NH4), anche l'azoto nitrico (NO3) può essere assorbito particolarmente bene dalle piante e ne favorisce la crescita. I fertilizzanti a base di nitrati sono utilizzati nell'agricoltura moderna per un uso più efficiente dei terreni agricoli disponibili.

Tuttavia, poiché i nitrati sono innocui per la salute solo fino a determinate quantità, esistono limiti severi a livello mondiale, ad esempio per l'acqua potabile. Un eccesso di nitrati può penetrare nelle acque sotterranee e in altri corpi idrici a causa dell'eccessiva fertilizzazione dei terreni agricoli. Pertanto, nelle aree ad agricoltura intensiva, è necessario controllare regolarmente il rispetto dei valori limite.

Proteine (calcolate con il fattore proteico)

La determinazione del contenuto proteico è particolarmente importante per gli alimenti e i mangimi. L'azoto legato organicamente (ad esempio negli aminoacidi, nelle proteine, negli acidi nucleici (DNA), ...) svolge un ruolo centrale nella struttura e nel metabolismo degli organismi viventi.

Poiché nella maggior parte degli alimenti si può presumere che l'azoto Kjeldahl derivi principalmente dalle proteine, il contenuto di azoto di un campione è direttamente correlato al contenuto proteico. Per la maggior parte dei campioni, il contenuto di azoto nelle proteine è pari al 16%, pertanto si ottiene un fattore di conversione di 6,25 (contenuto di azoto [%] * fattore proteico = contenuto proteico [%]). Tuttavia, per alcuni campioni la proporzione differisce, dando luogo a un fattore proteico diverso (vedi tabella seguente).

Fattore proteico (esempi)

Latte6,25
Carne6,25
Cereali (eccetto grano)6,25
Frumento5,7

Ciclo dell'azoto

Ulteriori informazioni su Kjeldahl

Prodotti per l'analisi Kjeldahl