Phương pháp DuMas trong xác định hàm lượng đạm

1. Đặt vấn đề
        Tất cả các dạng nitơ có trong cơ thể hay trong các mô được gọi là nitơ tổng số. Nitơ có trong thành phần axit amin của protein là N protein. Nitơ không có trong thành phần protein như các muối đạm vô cơ, axit nitric, các axit amin tự do, ure và các dẫn xuất của ure, các alcaloit, các bazơ purin và pyrimidin…là các nitơ phi protein.
               Nitơ tổng số = nitơ protein + nitơ phi protein
       Trong thời gian qua phương pháp Kjeldahl đã sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng protein trong thực phẩm. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây phương pháp Kjeldahl đã được thay dần bằng phương pháp Dumas vì phương pháp Dumas cho kết quả nhanh hơn và không phải sử dụng các hóa chất độc hại. Cả hai phương pháp này đều dùng để xác định hàm lượng nitơ trong sản phẩm nhưng sử dụng các nguyên tắc khác nhau. Sử dụng hệ số thích hợp để chuyển đổi tượng nitơ thành hàm lượng protein. Hệ số này thay đổi theo lượng protein khác nhau và thành phần axit amin của chúng có trong sản phẩm đó.
       Phương pháp Dumas cũng như phương pháp Kjeldahl đều không phân biệt được nitơ protein và nitơ phi protein. Trong nhiều trường hợp, các kết quả thu được bằng phương pháp Dumas hơi cao hơn kết quả thu được bằng phương pháp Kjeldahl, bởi vì phương pháp Dumas xác định được gần như tất cả các nitơ phi protein còn phương pháp Kjeldahl thì chỉ xác định được một phần.
2. Nguyên tắc của phương pháp
      Phương pháp đốt cháy Dumas để xác định protein thô. Quy trình dùng một thiết bị lò điện đun nóng mẫu phân tích lên đến 900^oC trong một lò phản ứng được bịt kín với sự hiện diện của oxy. Hàm lượng nitơ của khí đốt sau đó được đo bằng cách dùng máy dò dẫn nhiệt. Mỗi lần xác định chỉ cần khoảng 2 phút.
  Mẫu được chuyển hóa thành khí bằng cách đốt hóa khí mẫu. Tất cả các thành phần gây nhiễu được loại bỏ ra khỏi hỗn hợp khí tạo thành. Các hợp chất nitơ của hỗn hợp khí hoặc của phần đại diện của chúng được chuyển về nitơ phân tử và được định lượng bằng detector dẫn nhiệt. Hàm lượng nitơ được tính toán bằng bộ vi xử lý.
        Phương pháp Dumas là một kỹ thuật xác định hàm lượng nitơ trong các chất khác nhau. Đây là phương pháp có tính chính xác cao và đo mẫu nhanh. Phương pháp này được thừa nhận bởi các tổ chức quốc tế như: AOAC, AACC, ASBC, ISO, OIV.
      Kỹ thuật này dựa trên nguyên tắc đốt cháy mẫu cần phân tích để thu được nước, oxi, cacbon đioxit, nitơ. Tách nước qua hai bước: quá trình tách vật lý và quá trình hóa học. Giữa hai bước tách này, các thành phần khí đi qua bộ phận khử furnace reduction để chuyển hóa nitơ thành nitơ oxit. Sau khi tách CO₂ ở bộ phận hấp phụ tự tái sinh, khí còn lại chỉ là nitơ và được phát hiện bởi detector dẫn nhiệt TCD.
         + Đầu dò TCD chứa một dây tóc được đốt ở một nhiệt độ nhất định.
       + Trong điều kiện bình thường có một dòng nhiệt ổn định từ dây tóc đến detector. Tạo ra thế ổn định.
      + Khi có một chất được rữa giãi từ cột, thì lập tức độ dẫn nhiệt của cột bị giảm, dây tóc nóng lên làm điện trở thay đổi.
      + Sự thay đổi điện trở này thường được cảm nhận bởi một mạch cầu Wheatstone mà từ đó sinh ra một sự thay đổi điện áp.
      + Để xác định hàm lượng khí Nito của mẫu người ta so sánh mức độ thay đổi điện áp của nó với sự thay đổi điện áp của mẫu thực phẩm có chứa hàm lượng nito xác định (chất chuẩn). Từ đó tính ra hàm lượng protein.
Quá trình này được thực hiện có sự hiện diện của Oxi để chuyển hóa hoàn toàn N thành NO₂. PP Dumas có nhiều cách tiến hành, cách em hỏi có lẽ hơi cổ điển và định lượng bằng cách đo khí không phù hợp với những mẫu phân tích nhỏ và cần độ chính xác cao.  
3. Ý nghĩa của phương pháp
       - Máy có thể phân tích được tất cả các mẫu hữu cơ và hần hết các mẫu vô cơ dạng lỏng hoặc rắn, có thể phân tích được cả các mẫu có hàm lượng béo cao như hạt dầu hoặc các sản phẩm thịt.
       - Với các mẫu lớn, máy có thể phân tích trực tiếp các mẫu không đồng nhất mà không cần phải qua quá trình tiền xử lý (thường rất tốn kém).
       - Nhờ có đầu dò TCD độ nhạy cao, dòng khí có độ ổn định cao, khối lượng mẫu lớn, máy có giới hạn phân tích cận dưới thấp đến 20 ppm. Yếu tố này rất có ý nghĩa đối với các mẫu có nồng độ nitơ thấp như mẫu đất bạc màu hoặc là tinh bột.
     - Đối với các mẫu có hàm lượng khoáng cao, ta sử dụng lò nung tro trong ống cháy để chạy các mẫu này. Việc vệ sinh lò nung tro rất dễ dàng và chỉ mất vài phút.
      So sánh giữa phương pháp Dumas và phương pháp kejhdal
      - Quá trình làm khô nhiều lần, hiệu quả cao, cho phép đo các mẫu lỏng có thể tích chỉ 1ml. Khi kết hợp với bộ điều khiển dòng MFC (mass flow controller) trực tiếp với đầu dò sẽ cho thiết bị khả năng hoạt động ổn định và tuổi thọ cao hơn. Thời gian giữa những lần hiệu chuẩn có thể từ vài tháng đến vài năm
     - Việc đo dòng khí toàn phần cho phép kiểm soát online quá trình đốt cháy và tự động giảm thời gian phân tích và lượng oxy cần cho phân tích.
      - Phần mềm hiện đại, chạy tốt trên Windows® XP professional, Vista hay Windows 7, dễ dàng vận hành và đánh giá dữ liệu từ quá trình phân tích thông qua máy tính.
      - Phần mềm bảo trì được tích hợp, tự động dò tìm rò rỉ, chức năng tạm dừng hay khởi động lại, xuất kết quả sang file định dạng Excel và kết hợp với hệ thống dữ liệu khác.
      Phương pháp này đáp ứng các tiêu chuẩn: AOAC 990.03,AOAC 968.06, AOAC 993.13, AOAC 992.15, AOAC 992.23, ASBC, AACC,FGIS, AOCS, CGC ( đối với thịt, sản phẩm thịt, ngũ cốc, hạt dầu, rượu bia, bột, thực phẩm cho vật nuôi), DIN/ISO 900114891 (sữa và các sản phẩm từ sữa), DIN/ISO 13878 (đất), LUFA, MEBAK (bia) ICC 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO