Proteïne analyse Dumas vs Kjeldahl...09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH...

09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH

Proteïne analyseDumas vs Kjeldahl

Maarten SchouffoerProduct specialistElement analyse


Inhoud presentatie

• Salm en Kipp / Elementar

• Analyse methodes voor N / Proteïne

• Dumas vs Kjeldahl

• Dumas systeem Rapid N cube

• Einde / Vragen


Salm en Kipp


Elementar Analysensysteme GmbH

Elementar kantoor

Hanau, nabij Frankfurt / Main Germany


• 100 jaar geleden begon Heraeus met de ontwikkeling van instrumentenen componenten voor element analyse.

• In 1990 werd de productielijn van analytische instrumenten afgesplitst in

een onafhankelijke firma Elementar Analysensysteme, Elementar heeft

zich als doel gesteld om element analyzers verder te ontwikkelen en de

markt verder uit te breiden in diverse applicatie velden.

Elementar - Geschiedenis


Elementar Element-analyzers

• CHNS Algemene element analyses ( R&D )

• CHN Verbrandingsanalyses

• CNS Grond, gewas en milieu-analyses

• CN Gewas, grond, food en feed en proteïne analyses

• N N / Proteïne analyses voor food en feed

• S S analyses voor petrochemische applicaties

• S/N trace S/N analyses voor petrochemische applicaties

• TOC Total Organic Carbon in water en vaste monster


ELEMENTAR is de pionier van de Dumas verbrandingsanalyses

voor de bepaling van N / proteïne in groot volume monsters

(gram bereik). De Dumas methode vervangt meer en meer de nat chemische Kjeldahl methode.

Elementar, pionier in Dumas techniek


� Dumas, Kjeldahl en NIR technieken kunnen worden gebruiktom het totaal stikstof gehalte in een monster te analyserenen hieruit het proteïne gehalte te bepalen.

� Het N gehalte wordt vermenigvuldigd met een factor (dezeligt tussen de 5.70 en 6.38) om de N concentratie om tezetten in het proteïne gehalte in het product.

Methodes voor stikstof bepalingen


Methodes voor de bepaling van stikstof : De NIR methode

� Spectrofotometrische methode

� Het is een snelle methode en gemakkelijk uit te voeren

� Meting van het nabij infrarood gebied

� Calibratie moet worden gedaan met behulp van andere technieken

� Calibratie is matrix afhankelijk

� Calibratie veranderd van jaar tot jaar door verschillende groei condities

van de gewassen (klimaat afhankelijk).

Het is een complementaire methode aan Dumas of Kjeldahl


Kjeldahl apparaat van Johan Kjeldahl

Johan Kjeldahl

1849-1900Kjeldahl apparaat voor Totaal Nbepaling 1883


� Het monster wordt bij hoge temperatuur ontsloten in geconcentreerdzwavelzuur in de aanwezigheid van een katalysator

� De stikstof verbindingen in de aminozuren worden hierbij omgezet in ammoniumsulfaat.

� Na toevoeging van NaOH wordt het gevormde ammonia door stoomdestillatie gescheiden en opgevangen in een zure standaardoplossing, waarna de oplossing wordt getitreerd voor de kwantitatievebepaling van TN.

� Door onvolledige Kjeldahl ontsluitingen kunnen afwijkingen ontstaan. De ontsluiting is afhankelijk van de gebruikte katalysator HgO , CuSO4/TiO4 of SeO2

Matrix afhankelijke analyse!

Methodes voor de bepaling van stikstof : De Kjeldahl methode


Jean Baptiste Dumas

Jean Baptiste Dumas1800 - 1884

Gasanalysesysteemontwikkeld door Dumas


� De originele methode is ouder dan Kjeldahl (1831)

� Het monster wordt verbrand bij een temperatuur van ca. ~1000 °C met een overmaat aan zuurstof.

� De vrijgekomen gassen NOx, SOx, COx, H2O en HX worden van elkaargescheiden of weg gevangen door verschillende absorptie materialen.

� De oxidatie producten worden gereduceerd op heet Koper of Wolfraamom NOx om te zetten naar N2.

� Het N2 wordt daarna gedetecteerd met een TCD detector (Thermal Conductivity Detector).

Methodes voor de bepaling van stikstof :De Dumas methode


Verbranding met zuurstof bij ~ 1000°C in CO2 gas stroom

O2, N2, NOx, CO, CO2, CH4, SO2, SO3, H2O, HCl...

Oxidatie op CuO

O2, N2, NOX, CO2, CH4 SO2, H2O, HCl...

Principe van Elementar Dumas analyzers

Organische componentenbevatten C, H, N, O, S, Cl ...


Naverbranding op CuO/Pt catalyst

N2, CO2, SO2, H2O, O2, HCl...

Reductie en verwijdering van gassen met wolfraam, koperzilverwol en Sicapent

N2, CO2

Detectie met TCD

Principe van Elementar Dumas analyzers


Verschillen tussen Dumas en Kjeldahl Proteïne / Stikstof bepalingen op gewassen en voedingsmiddelen


• Waarom is er een afwijking tussen de Dumas en de Kjeldahl methodes?

• Wat is de grootte van de afwijking?

• Hoe kunnen we de resultaten met elkaar verenigen?

Dumas vs Kjeldahl

Waarom is er een afwijking?

De twee methodes hebben fundamenteel verschillendeprincipes!!


Kjeldahl Methode

• Kjeldahl

• Meest gebruikte methode. Ontwikkeld in 1883

• Monster wordt ontsloten in concentreerd zwavelzuur in de aanwezigheid

van een katalysator. Stikstof verbindingen worden omgezet in ammonium

sulfate.

• Geconcentreerd NaOH wordt toegevoegd om ammonia te vormen, wat

via stoomdestillatie in een standaard zure oplossing wordt opgevangen.

• Via titratie wordt het totaal stikstof bepaald.


Welke factoren beinvloeden deKjeldahl methode?

• Ontsluiting

• Destillatie

• Collectie / Opvangen

• Titratie

• Het monster ( soort N verbindingen)


Dumas methode

• Dumas

• Originele methode is ouder dan Kjeldahl (1831)

• Monster wordt verbrand bij een hoge temperatuur in een zuurstofrijke

omgeving

• Via oxidatie en reductie stappen worden de stikstofverbindingen omgezet

in N2

• Andere verbrandingsgassen worden of geabsorbeerd of afgescheiden

• Detectie van N2 via Thermal Conductivity Detector


Rapid N – compacte Dumas analyzer

Welke factoren beinvloeden de Dumas methode?

• Verbrandingscondities• temperatuur• soort katalysator

• Piek integratie• Calibratie• Functionaliteit van het systeem


Waarom is er een afwijking tussen Kjeldahlen Dumas?

• Incomplete Kjeldahl ontsluiting veroorzaakt een afwijking, dit wordt

duidelijk bij gebruik van verschillende katalysatoren- HgO , CuSO4/TiO4 of

SeO2

• Geen volledige omzetting van sommige N-verbindingen naar ammonia

tijdens de destillatie (nicotinic acid etc.)

• Dumas analyseert het Totaal N via verbranding en meet al het aanwezige

stikstof in het monster


Wat is de grote van de afwijking?

De gemiddelde Dumas resultaten liggen iets hoger dan de Kjeldahl resultaten echter dit is weer afhankelijk van het soort monster


Er is een hoge correlatie tussen Dumas en Kjeldahl.

Via het bepalen van correlatiefactoren kunnen we het resultaat bepalen via een

methode gebaseerd op het resultaat van de andere methode.

Hoe kunnen de resultaten van de tweemethodes worden verenigd?

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Pro

tein

co

nte

nt

[% d

. m.]

ICC 105/1 Dumas

correlation coeffizient: r = 0.99correlation coeffizient: r = 0.99

Vergelijking van Dumas/Kjeldahl methodemet analyse van meel: Correlatie coëfficiënt:r =0.99


Oliehoudende zaden/granen

Relatieve afwijking

Dumas vs Kjeldahl

Varieert van + 0.2 to 3.2%


Oliehoudende zaden/granen

Study Sample

Type

%N Relative Bias

Dumas vs

Kjeldahl

Comments

Biscak 1993

Soybean, canola Sunflower, wheat Barley, corn sorghum

Average 4.04% (1.4% to 6.6%)

Average 0.20% (-1.0 to 2.8%)

HgO catalyst

Berger and Brown 1994

Cottonseed, soybean, peanut, canola, safflower

Average 6.36% (3.3 to 8.3%)

Average 1.4% (1.1 to 1.6%)

CuSO4/TiO2 catalyst

Daun and DeClercq 1994

Canola Average 3.76% Average 3.2% CuSO4/TiO2 catalyst


Vlees

Relatieve afwijking

Dumas vs Kjeldahl

gemiddeld +1.0%


Vlees

Study Sample

Type

%N Relative

Bias

Dumas

Vs

Kjeldahl

Comments

King, BrinkSebranek1993

Meat andMeatProducts

Average 2.52%(1.6 to 3.2%)

Average 1.0%(-0.2 to 2.5%)

HgO


Plant materiaal

• Afwijking sterk afhankelijk van monster

matrix

• Afwijking in vruchten en groenten variëren

sterk


Plant materiaal

Study Sample

Type

% N Relative

Bias

Dumas vs

Kjeldahl

Comments

Watson &Galliher2001

Grass,alfalfa,Corn leafsilage

Average2.2%(1.1 to 3.4%)

Average0.2%(-11 to 4%)

KjelfossHgO catalystH2O2

Watson &Galliher2001

LettuceTomatoPotato

Average4.5 %(2.7 to 6.4%)

Average 14%(4 to 32%)

Simmoneet al 1998

AssortedVegetableLeaves

Average4.9%(2.5 to 6.6%)

Average 23%(15 to 38%)

CuSO4/TiO2


Hoe kunnen de resultaten van de twee methodes worden verenigd?

Er is een hoge correlatie tussen Dumas en Kjeldahl.

Via het bepalen van correlatiefactoren kunnen we het resultaat bepalen via

een methode gebaseerd op het resultaat van de andere methode


Voordelen van een Dumas analyzer

� snelle analyse methode, resultaten in minuten ipv uren

� volledig geautomatiseerd

� Geen monster voorbewerking

� Geen gebruik van schadelijke chemicaliën en reagentia

� 100% N-recovery (matrix onafhankelijke methode)

� zowel hoog als laag concentratie bereik

� hoog precisie

� gemakkelijk te installeren, geen afzuiging nodig

� lage prijs per analyse

� standaard methodes voor veel applicaties


rapid N cube De compacte proteïne analyzer


rapid N cubeFlow diagram


� 60 of 80 posities

� bijvulbaar tijdens gebruik

� enkelvoudige monsters of

volledige geautomatisch

60 of 80 positie autosampler


� Hoge temperatuur oven voor continu

gebruik tot 1200°C

� Laag voltage concept, betrouwbaar en

veilig

� Gemakkelijke toegang voor verwisselen

van buizen

� 10 jaar garantie

Betrouwbaar ovensysteem


� Hoge kwaliteit stalen reactiebuizen

� Lange levensduur

Reactiebuizen voor probleemloos gebruik


Monster voorbereiding

Tablet pers Capsule pers

Tin bootjes en tin folie cups


Kosten per analyse

� Verbruiksartikelen per analyse van de rapid N gebaseerd op een kit voor 4,000 analyses ca. EUR 0.50 – 1.00 incl. gassen en energiekosten

� De prijs per analyse met de rapid N is ca. 50 % lager dan eenkjeldahl analyse ( dit is inclusief investering, personeel en verbruiksartikelen)

• Bij vervanging van een bestaande Kjeldahl is een Dumas reedsrendabel bij 10-15 monsters / dag.

• Daarbij zijn er de grote voordelen van de analysetijd en geenchemicalien verbruik.


5 minuten per analyse

Rapid N cube Analyse van feed samples


Analyse data: Analyse van feed samples

0.140.14SD rel [%]

0.030.01SD abs [%]

19.923.19Mean [%]

19.893.18„

19.943.19„

19.943.19Dairy cattle mixed feed

Protein [%]N [%]Sample (~300 mg)


Analyse data: vaste monsters

0.36

0.15

0.37

0.36

0.15

0.10

0.98

0.38

0.16

SD rel [%]

0.0411.72Sausage („Lyon style“)

0.0535.74Parmesan cheese (N=5)

0.013.34Milk powder

0.0616.77Gras

0.0321.73Corn gluten

0.0112.24Wheat flour (N=10)

0.4546.05Soya shred

0.1232.26Cat fodder

0.0532.99Animal feed with fish meal

SD abs [%]Protein [%]Sample (N=3, 200-500 mg)


6.35

0.891

0.96

3.2

SD rel [%]

0.040.64Liquid soya extract

0.010.46Beer

0.033.11Milk 1.5% fat cont., dried after

weighing (N=10)

0.093.01Milk 1.5% fat cont. (N=10)

SD abs [%]Protein [%]Sample (N=5, 200-500µl)

Analyse data: Vloeibare monsters (laag proteine gehalte)


� Stikstof/ proteïne analyzer volgens het Dumas principe voor

routine analyses van food en feed tot ca. 1 g monster gewicht

� Sneller, veiliger en milieuvriendelijker alternatief voor de klassieke Kjeldahl methode

� Betrouwbaar en duurzaam instrument

rapid N cube eigenschappen


� Werkt volgens internationale standaarden (ISO, AACC, ICC,

AOAC, AOCS, DIN.....)

� Lage kosten per analyse en compleet geautomatiseerd

� 10 jaar garantie op de oven

rapid N cube eigenschappen


Bedankt voor uw aandacht !

Voor meer informatie kunt u contactopnemen met Salm en Kipp:

Web site: www.salmenkipp.nl

e-mail: [email protected]

Proteïne analyse Dumas vs Kjeldahl...09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH...

Documents

Transcript of Proteïne analyse Dumas vs Kjeldahl...09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH...