Białko - jest to naturalny polipeptyd, czyli polimer aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są C, O, H, N, S, także P, oraz niekiedy jony Mn, Zn, Mg, Fe, Cu, Co i inne.

Zawartość azotu w białkach przeciętnie wynosi 16%, przy wahaniach od 15% do 18% w zależności od rodzaju i pochodzenia białka.

Metody oznaczania białek można podzielić na:

Chemiczne:

• Kjeldahla
• Wolkera
• Jakubowskiego

Fizyczne:

• ekstrakcja (wymywanie glutenu)
• spektrofotometria
• kolorymetryczne

Ja skupie się na metodzie Kjeldahla gdyż jest on najpopularniejsza. Na początku przedstawię wstępne wiadomości na temat tej metody, co na pewno ułatwi zrozumienie dalszej części i istoty tego oznaczenia.

 

Metoda Kjeldahla

Polega na mineralizacji próbki, destylacji amoniaku (uwolniony amoniak wiąże się w odbieralniku z kwasem borowym w obecności wskaźnika Toshiro) i miareczkowanie uwolnionego amoniaku (mianowanym roztworem HCl) do zmiany barwy pH=4,3.
Oznaczona w ten sposób ilość azotu przelicza się odpowiednim mnożnikiem na białka.

I Mineralizacja próbki:

Mineralizacje próbek przeprowadza się ‘na mokro” w Kwasie siarkowym(VI), w specjalnych kolbach Kjeldahla o kształcie jajowatym, pod wyciągiem ze względu na żrący charakter wydzielających się gazów.
Wielkość próbki pobranej do mineralizacji uzależnia się od zawartości białka w badanym produkcie, przy czym za optymalna przyjmuje się próbkę zawierającą 10-30mg azotu, czemu odpowiada 60-200mg czystego białka. Zwykle wielkość próbek kształtuje się na poziomie 0,5-2g w przypadku materiałów stałych, do kilku a nawet kilkudziesięciu cm³ w przypadku materiałów ciekłych. Kwas siarkowy(VI) stężony (d=1,84g/dm³) dodaje się zwykle w ilościach 10 lub 20cm³, zależnie od wielkości próbki pobieranej do spalania. Kwas siarkowy(VI) nie powinien zawierać azotu. Dlatego celu uwzględniania tej ewentualności wykonuje się tak zwaną próbę ślepą, odczynnikową.
Przed rozpoczęciem mineralizacji do kolby dodaje się katalizatory, np.: rtęciowe (Hg, HgO), miedziowe (Cu, CuO, CuSO₄7middot;5H₂O) lub selenowe (CuSeO₃·2H₂O), a ponadto substancje podnoszące temperaturę wrzenia (K₂SO₄).
Działanie katalityczne wymienionych substancji sprowadza się do przenoszenia tlenu z kwasu siarkowego(VI) na substancję organiczną, co przebiega zgodnie z reakcjami:

Hg + H₂SO₄ ---> HgO + SO₂ + H₂O
4HgO ---> 2Hg₂O + O₂
Hg₂O ---> HgO + Hg
4CuO ---> 2Cu₂O + O₂
Cu₂O + H₂SO₄ ---> 2CuO + SO₂ + H₂O

W przypadku stosowania rtęci jako katalizatora niezbędne jest dodanie sproszkowanego cynku przed destylacją, gdyż rtęć daje związki z amoniakiem, które nie rozkładają się pod wpływem mocnych zasad, a wodór In statu nascendi powoduje rozkład tych połączeń, z uwolnieniem siarczanu(VI) amonu.
Po wprowadzeniu do kolby próbki badanego materiału, Kwasu siarkowego oraz katalizatora przystępuje się do łagodnego ogrzewania zawartości kolby palnikiem gazowym. W początkowym okresie ogrzewania zawartość kolby pieni się i ciemnieje w tym czasie ogrzewanie należy prowadzić bardzo ostrożnie, a nawet z przerwami, aby nie dopuścić, aby czarnobrunatna masa wychodziła do szyjki kolby. Gdy zawartość kolby, przestanie pulsować i podnosić się, wylot kolby zamyka się szklaną chłodniczką, napełnia wodą, której celem jest ograniczenie parowania kwasu. Następnie wzmaga się ogrzewanie, a gdy zawartość kolby staje się płynna, a następnie przezroczysta, przerywa się ogrzewanie na kilka minut i po ochłodzeniu spłukuje się resztki zwęglonej masy za pomocą kilku cm³ wody destylowanej. Po osiągnięciu pełnej klarowności płynu w kolbie, którego zabarwienie zależy od rodzaju użytego katalizatora (miedz daje barwę niebieska), kontynuuje się ogrzewanie jeszcze w czasie 20-30min i następnie chłodzi się zawartość kolby i przystępuje do destylacji amoniaku.
Reakcje przebiegające podczas mineralizacji:

1. Rozkład kwasu siarkowego (VI) z uwolnieniem tlenu:

2H₂SO₄ ---> 2SO₂ +O₂ +2H₂O

2. Utlenianie substancji organicznych, w tym również związków azotowych, z uwolnieniem dwutlenku węgla, wody i amoniaku:

3. Ulatnianie się dwutlenku węgla i wody, (co występuje w czasie ogrzewania) oraz przechodzenie amoniaku w siarczan(VI) amonu:

2 NH₃ + H₂SO₄ ---> (NH₄)₂SO₄

II Destylacja amoniaku:

Do destylacji amoniaku najlepiej jest stosować aparat, Parnasa-Wagnera. Zmineralizowaną próbkę lub jej określoną cześć przenosi się przez lejek do aparatu, popłukując wodą destylowaną, a końcówkę odprowadzającą skropliny z chłodnicy zanurza się do kolby stożkowej z nasyconym, ok. 4% roztworem kwasy borowego, pobranym w ilości 40cm³. Zamiast kwasu borowego może być stosowana ściśle odmierzona objętość mianowanego roztworu kwasu solnego. Do roztworu kwasu w kolbie stożkowej dodaje się kilka kropli wskaźnika, którym może być wskaźnik Toshiro (mieszanina czerwieni metylowej i błękitu metylenowego w alkoholowym roztworze) lub wskaźnik Ma Zuazaga (mieszanina czerwieni metylowej i zieleni bromokrzemowej w alkoholowym roztworze), po czym przez lejek wprowadza się kilka kropli 1% alkoholowego roztworu fenoloftaleiny, a następnie ok. 40% roztwór NaOH, do chwili uzyskania różowego zabarwienia roztworu w kolbie. Ilość roztworu zasady może być wyliczona równowagowo na podstawie ilości kwasu, jaką wprowadzono ze zmineralizowaną próbką z niewielkim nadmiarem, w celu uzyskania alkaicznego odczynu środowiska. Po alkalizowaniu roztworu zamyka się kran łączący lejek z resztą aparatury i przystępuje do destylacji amoniaku, przepuszczając parę wodna z kolby. Destylację prowadzi się w czasie 10-15 min, po czym sprawdza się, czy amoniak został w pełni oddestylowany, nanosząc spływająca krople cieczy z konikówki na czerwony papierek lakmusowy. Zmiana barwy papierka na jasnoniebieski świadczy o niecałkowitym oddestylowaniu amoniaku, a brak zmiany zabarwienia papierka lakmusowego dowodzi, że proces destylacji amoniaku został zakończony. Po zakończeniu destylacji końcówkę chłodnicy spłukuje się woda destylowaną i Kolbe stożkową wraz z zawartością odstawia do miareczkowania.



S - lejek z kranem; C - kolba destylacyjna; A - kolba destylacyjna (wytwornica pary); P - kolba stożkowa; D - chłodnica; B - odprowadzenie próbki do kanału po zakończeniu destylacji amoniaku.
Reakcje przebiegające podczas destylacji amoniaku:

1. Alkalizacja środowiska i wydzielanie się amoniaku

H₂SO₄ + 2NaOH ---> Na₂SO₄ + 2H₂O
(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH ---> Na₂SO₄ + 2H₂O + 2NH₃

2. Destylacja amoniaku i jego zobojętnianie w roztworze kwasu borowego lub solnego:

H₃BO₃ + NH₄OH ---> NH₄H₂BO₃ + H₂O
HCl +NH₄OH ---> NH₄Cl + H₂O

III Miareczkowanie:

 

Zawartość kolby stożkowej, do której destylowano amoniak, miareczkuje się mianowanym roztworem HCl, w przypadku stosowania kwasu borowego, lub też mianowanym roztworem NaOH odmiareczkowuje się nadmiar kwasu solnego (siarkowego), pobranego przed destylacją. Miareczkowanie mianowanym roztworem HCl w obecności wskaźnika Toshiro prowadzi się do chwili przejścia barwy zielonej w fioletową, a w obecności wskaźnika Ma Zuazaga do chwili przejścia barwy zielonej w różową. W ten sam sposób postępuje się z próbą ślepą, odczynnikową, którą mineralizowano przy użyciu tych samych odczynników i w tych samych ilościach jak w przypadku próby właściwej, z tym, że bez próbki badanego materiału.
Na podstawie wyników miareczkowania oblicza się zawartość azotu w badanym materiale:

X - liczba gramów azotu odpowiadająca 100g (cm³) badanego produktu
V - liczba cm³ mianowanego roztworu HCl o stężeniu ok. 0,1mol/dm³, zużyta do miareczkowania w próbie właściwej.
V₁ - liczba cm³ mianowanego roztworu HCl o stężeniu ok. 0,1mol/dm³ zużyta do miareczkowania w próbie ślepej.
Cm_k - dokładne stężenie molowe roztworu HCl, użytego do miareczkowania.
m - liczba gramów (cm³) badanego produktu pobrana do mineralizacji, a następnie destylacji.
0,01401 – liczba gramów azotu odpowiadająca 1 milimolowi HCl lub 1cm³ roztworu HCl o stężeniu ściśle 1mola/dm³.

W przypadku destylacji amoniaku do określonej objętości mianowanego roztworu HCl, a następnie odmiareczkowania nadmiaru tego kwasu za pomocą mianowanego roztworu NaOH, ilość azotu oblicz się według następującego wzoru:

X - liczba gramów azotu odpowiadająca 100g (cm³) badanego produktu (% masowy)
V - liczba cm³ mianowanego roztworu HCl o stężeniu ok. 0,1mol/dm³, pobrana do odbieralnika przed destylacją amoniaku.
V₂ – liczba cm³ mianowanego roztworu NaOH o stężeniu ok. 0,1 mol/dm³, zuzyta do odmiareczkowania nadmiaru HCl w próbie ślepej.
Cm_k - dokładne stężenie molowe roztworu HCl pobranego do odbieralnika przed destylacją amoniaku.
Cm_z - dokładne stężenie molowe roztworu NaOH uzytego do odmiareczkowania nadmiaru HCl.
m - liczba gramów (cm³) badanego produktu pobrana do mineralizacji, a następnie destylacji.
0,01401 – liczba gramów azotu odpowiadająca 1 milimolowi HCl lub 1cm³ roztworu HCl o stężeniu ściśle 1mola/dm³.

Obliczoną ilość azotu przelicza się następnie na białko, mnożąc przez współczynnik przeliczeniowy 6,25 (100 :16 przy czym 10 oznacza procentowa zawartość azotu w białku), czyli współczynnik zależy od rodzaju białka jakby ktoś się nie domyślił.

Opisane na podstawie własnych notatek , zmodyfikowana definicja białka z wielkopedi.