Характеристика современных методов определения сырого протеина в кормах и растительном сырье Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

пауков и й шсник

HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro Ha^OHaibHoro ymBepcurery BeTepHHapHoi' MegnuUHH Ta 6i0TexH0iroriH iMeHi C.3. f^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies

doi: 10.15421/nvlvet8220

ISSN 2518-7554 print ISSN 2518-1327 online

http://nvlvet.com.ua/

УДК 63.577.534

Характеристика сучасних методiв визначення сирого протешу у кормах та рослиннш сировиш

Г.В. Кушшр, Т.Р. Левицький, Г.П. Ривак, Л.В. Курилас, О.М. Вшьха, Г.Ю. Федор

galmwi@ukr.net

Державний науково-до^дний контрольной тститут ветеринарних препаратiв та кормових добавок,

вул. Донецька, 11, м. Львiв, 79019, Украша

Сьогоднг у лабораторнш г виробничш практиц ветеринарноI медицини Украши для визначення сирого протешу в кормах та рослиннш сировиш використовують як класичш, так г сучаснг методи, залежно вгд мети та завдань дослг-джень. Тому, в статт1 охарактеризовано сучаснг методи визначення вмгсту азоту г обчислення сирого бглка в кормах для тварин г рослиннш сировиш, зокрема, фотометричному, класичному - методу К'ельдаля, сучасних - Дюма та спек-трометричному (метод тфрачервоно! спектрометра в ближньому дгапазонг (Б1Ч-спектрометри). Незважаючи на те, що метод К'ельдаля залишаеться загальновизнаним при визначеннг бглка г його найчастгше використовують при дослг-дженнях, проте сучаснг методи - метод Дюма г Б1Ч-спектрометри, набувають широкого впровадження у лабораторнш практищ. Основною перевагою цих методгв е швидюсть проведення аналгзу (на одне визначення потргбно лише дею-лька хвилин), практично вгдсутня проботдготовка, г що найголовныше не використовуються токсичнг хгмгчнг речовин г каталгзатори.

Ключовi слова: корми, рослинна сировина, азот, сирий протет, метод К'ельдаля, метод Дюма, спектрометричний метод.

Характеристика современных методов определения сырого протеина в кормах и растительном сырье

Г.В. Кушнир, Т.Р. Левицкий, Г.П. Рывак, Л.В. Курылас, О.М. Вильха, Г.Ю. Федор

galmwi@ukr.net

Государственный научно-исследовательский контрольный институт ветеринарных препаратов и кормовых

добавок, ул. Донецкая, 11, г. Львов, 79019, Украина

Сегодня в лабораторной и производственной практике ветеринарной медицины Украины для определения сырого протеина в кормах и растительном сырье используют как классические, так и современные методы в зависимости от цели и задач исследований. Поэтому в статье охарактеризованы современные методы определения содержания азота и вычисление сырого белка в кормах для животных и растительном сырье, в частности, фотометрическом, классическом - методом Кьельдаля, современных - Дюма и спектрометрическом (инфракрасной спектрометрии в ближнем диапазоне (БИК-спектрометрии). Несмотря на то, что метод Кьельдаля остается общепризнанным при определении белка и его чаще всего используют при исследованиях, однако современные методы - метод Дюма и БИК-спектрометрии, получают широкое внедрение в лабораторной практике. Основным преимуществом этих методов является скорость проведения анализа (на одно определение нужно лишь несколько минут), практически отсутствует пробоподготовка, и самое главное не используются токсичные химические веществ и катализаторы.

Ключевые слова: корма, растительное сырье, азот, сырой протеин, метод Кьельдаля, метод Дюма, спектрометрический метод.

Citation:

Kuchnir, G.V., Levytzkiy, T.R., Ryvak, G.P., Kurylas, L.V., Vilha, O.M., Fedor, G.Y. (2017). The characteristics of modern methods for the determination of raw protein in feeds and in plant materials. Scientific Messenger LNUVMB, 19(82), 97-100.

HayKoBHH BicHHK .HHyBME iMeHi C.3. IW^KOTO, 2017, T 19, № 82

The characteristics of modern methods for the determination of raw protein

in feeds and in plant materials

G.V. Kuchnir, T.R. Levytzkiy, G.P. Ryvak, L.V. Kurylas, O.M. Vilha, G.Y. Fedor

galmwi@ukr.net

State Scientific-Research Control Institute of Veterenary Medicinal Products and Feed Additives

Donetska Str., 11, Lviv, 79019, Ukraine

Todays in laboratory and manufacturing practice of veterinary medicine of Ukraine, for the detertimations of raw protein in feed and in plant raw are used as classic and as modern methods depending from the aim and the task of research. Thats why the article describes the modern methods of the determination of content of nitrogen and the calculation of raw protein in feeds for animals and in plant materials, in particular, photometric, classical - Kjeldahl method, modern - Dumas and spectrometric methods (the method of infrared spectrometry in the near range (NIR-spectrometry). Despite of the facts, that the Kjeldahl method remains generally accepted in the determination of the protein and is most often used in research, but the modern methods - the Dumas method and NIR-spectrometry are widely adopted in laboratory practice. The main advantage of these methods is the speed of the analysis (the one definition takes only a few minutes), practically there is no sample preparation, and the most important is that the toxic chemicals and catalysts are not used.

Thus, despite the fact that the Kjeldahl method remains generally accepted in the determination of the protein, and it is most frequently used in research, but modern methods, the Dumas method and NIR-spectrometry, are widely implemented in laboratory practice. The main advantage of these methods is the speed of conducting the analysis (one definition only takes a few minutes), there is practically no sample preparation, and most importantly, toxic chemicals and catalysts are not used.

Key words: feed, plant raw, nitrogen, raw protein, Kjeldahl method, Dumas method, spectrometric method.

BcTyn

13 ycix no^HBHHx penoBHH, mi BigirpaMTb Ba®nuBy ponb y 3a6e3neneHHi ®HTTegianbHocTi ®HBoro opraHi3-My, npoBigHe Micue BigBoguTbca 6inKaM (npoTeiHaM), ocKi^bKH bohh e ochobom Bcix ®HTTeBux ^yHKuin opra-Hi3My TBapHH. npoTei'HH - ue opraHiHHi cnonyKH, go cKnagy aKux BxoguTb a3oT. y pocnuHHux KopMax a3oTH-cTi penoBHHH Ha3HBaroTb «cupuM npoTeiHoM», aKHH cKnagaeTbca i3 gBox rpyn penoBHH - 6inKa Ta aMigiB. Bci 6inKH He3ane®Ho Big crpyKTypu, BnacTHBocTen i $yHK-uin, no6ygoBaHi 3 ogHHx i thx caMHx aMiHoKHcnoT, npo-Te bohh Bigpi3HHMTbca oguH Big ogHoro KinbKicHHM cniBBigHomeHHHM. EinKH MaMTb oco6nuBo Ba®nuBe 3HaneHHH gna ®HBneHHa i xana cinbcbKorocnogapcb-khx TBapHH i muni. Bohh e cTpyKTypHHM MaTepianoM opraHi3My i HocieM ®HTTa, ocKinbKH Bci ^urreBi npone-cu noB'a3aHi 3 6inKoBHM o6MiHoM. AMigu - ue a3oTucTi penoBHHH He6inKoBoro noxog®eHHa, aKi MicTaTb BinbHi aMiHoKucnoTH, aMigu aMiHoKucnoT i rnraKo3ugu. KpiM Toro, cnig Big3HaHHTH, ^o aMigu BHKopucroByraTbca TBapuHaMH, oco6nuBo ®yHHHMH, gna cuHTe3y 6inKa (Ibatullin et al., 2015). EinKH b opraHi3Mi TBapuH bhko-pucToByMTbca aK cTpyKTypHi penoBHHu gna no6ygoBH KniTHH, cuHTe3y ^epMemiB, ropMoHiB, iMyHHux Tin, a nig Hac ge3aMiHyBaHHa Ta oKucHeHHa - aK g®epeno eHeprii'. Bohh HagxogaTb go opraHi3My cinbcbKorocno-gapcbKux TBapuH Hepe3 3rogoByBaHHa pi3HoMaHiTHux KopMiB, aKi Bigpi3HaMTbca 3a cKnagoM i no^HBHic™. BMicT npoTei'Hy b KopMi 3ane®HTb Big Horo Bugy, cnoco-6y 3aroTiBni, 36epiraHHa Ta TexHonorii' npuroTyBaHHa KopMy. PiBeHb npoTei'Hy b KopMax KonuBaeTbca b mupo-khx Me^ax - Big 0,5 go 80%. EaraTi Ha npoTei'H - 3epHo 6o6obhx (20-30%), MaKyxa i mpoT (30-40%), gpi®g®i (45-50%) Ta KopMH TBapuHHoro noxog®eHHa (40-80%). Cepeg KopMiB TBapuHHoro noxog®eHHa HaH6inbme npoTei'Hy b KpoB'aHoMy (80%), nip'aHoMy (70%), M'acHoMy i pu6HoMy (50-65%), M'aco-KicTKoBoMy (30-40%) 6o-

pomHi Ta cyxoMy 36upaHoMy Mononi (40%). Mano 6inKa b KopeHe6ynb6onnogax (0,5-1,5%), conoMi (3-6%), 3anumKax uyKpo6ypaKoBoro Bupo6HuuTBa - ®oMi (1,2%), Menaci (8,5%), 3naKoBi pocnuHH MicTaTb cepeg-hm KinbKicTb npoTei'Hy - 10-15% (Busenko et al., 2015).

nigBH^eHHa e^eKTHBHocri BHKopucTaHHa HaaBHux KopMiB e ronoBHHM 3aBgaHHaM y rogiBni TBapuH. CaMe ToMy Ba^nuBHM e KinbKicHe BH3HaneHHa npoTei'Hy KopMy, aKHH po3paxoByMTb 3a KinbKicrra a3oTy, ^o HaaBHHH b KopMi. ^ocnig^eHHaMH BcTaHoBneHo, ^o 6inoK TBa-puHHux TKaHHH MicTHTb 16,0% a3oTy, 3epHoBux -17,5%, KyKypyg3H - 16,7% to^o. ^na pi3Hux 6ionoriH-hhx o6'eKTiB po3paxoBaHi iHguBigyanbHi Koe^iuieHTH nepepaxyHKy MacoBoi' HacTKH a3oTy b 6inoK. 3oKpeMa, gna nmeHuni i pucy BiH cTaHoBHTb - 5,83, aweHra, BiBca i ®HTa - 5,70, KyKypyg3H - 5,95, MonoHHoi' cupoBaTKH -6,38, coi' - 5,41, 6inKH TBapuHHux TKaHHH Ta BuciBoK -6,25 (Kostenko et al., 2008).

noKa3HHK «cupuH npoTei'H» o3Hanae KinbKicTb 3ara-nbHoro a3oTy, aKHH BH3HaneHo y 3pa3Ky ogHHM i3 aHani-THHHux MeTogiB, noMHo®eHHH Ha BignoBigHHH Koe^ini-eHT. npu Bupo6HuuTBi KoM6iKopMiB hh 6inKoBo-BiTaMiHHo-MiHepanbHux go6aBoK gna nepepaxyHKy 3ara-nbHoro a3oTy b npoTei'H bhpo6hhkh 3aB®gu BHKopucro-ByMTb Koe^iuieHT 6,25. y cepegHboMy npuHHaTo, ^o BMicT a3oTy b npoTeiHi cTaHoBHTb 16%. 3Bigcu Koe^ini-eHT nepeBegeHHa a3oTy b npoTei'H 6,25 (100:16), npu UboMy iHguBigyanbHi Koe^iuieHTH gna pi3Horo Bugy cupoBHHH He BpaxoByMTb, ^o6 He 6yno nnyTaHHHH Mi® nocTananbHHKaMH cupoBHHH, Bupo6HHKaMH i cno®HBa-HaMH KoM6iKopMiB (Ibatullin et al., 2015).

CborogHimHi gna BH3HaneHHa 3aranbHoro a3oTy 3 noganbmuM nepepaxyHKoM b cupuH npoTei'H bhkophcto-ByMTb pi3Hi MeTogu, 3oKpeMa, ^oTOMeTpuHHun, KnacuH-hhh - MeTog K'enbgana, cynacm - MeTog ^MMa Ta cneK-TpoMeTpHHHHH (m^panepBoHoi cneKTpoMeTpii' b 6nu®-HboMy giana3oHi (EH-cneKipoMeTpiii) (DSTU ISO 5983:2003; Bekker, 2009; GOST R 54390-2011).

Фотометричний метод внесений до державного стандарту для визначення загального азоту/сирого протешу. В основ1 методу лежить розкладання орга-нчних речовин дослщного зразку концентрованою срчаною кислотою з утворенням солей амонш i по-дальшим фотометричним визначенням азоту у виглядi забарвлено! шдофенольно! сполуки, що утворюеться в лужному середовищi при взаемодп з салiцилатом i гшохлоритом натрш i мае максимум свило погли-нання за довжиною хвилi 655 нм. Концентрацiя азоту в фотометричних розчинах повинна знаходитися в межах 0,01-0,14 мг/см3 . Однак цей метод не завжди подходить для багатокомпонентних зразк1в.

Метод К'ельдаля надалi залишаеться загальнови-знаним методом визначення бiлка i найчастiше вико-ристовуеться в якосп еталонного для калiбрування iнших методiв визначення масово! частки бiлка i при-ладiв для експрес-аналiзу. Цей метод внесений до державних стандарпв як арбiтражний i широко вико-ристовуеться як в лабораторiях, так i на комбшормо-вих шдприемствах (DSTU ISO 5983:2003).

Визначення загального азоту за методом К'ельдаля проходить у три етапи: мiнералiзацiя (розкладання) зразка, нейтралiзацiя кислоти концентрованим лугом з наступною перегонкою (дистиляшею) водяною парою, титруванням перегнаного дистиляту розчином кислоти або лугу ведомо! концентрацй' (титрантом).

Мiнералiзацiю (розкладання) зразка проводять за температури 44-440 °С при наявностi концентровано! срчано! кислоти i каталiзатора. Азот (N) iз зразка у виглядi амiаку, зв'язуеться з сiрчаною кислотою з утворенням сульфату амошю (NH4)2 SO4. Мiнералiзат охолоджують, а попм розбавляють водою i нейтраль зують концентрованим натрiевим лугом, в результата чого утворюеться гiдроокис амонш:

NH4OH((NH4)2SO4 + 2NaOH= 2NH4OH+Na2SO3 Це нестшка сполука, яка розкладаеться на ашак i воду при нагрiваннi водяною парою.

Наступний етап - перегонка (дистилящя) водяною парою. При цьому амiак разом з парою попадае в прийомну колбу, де ашак зв'язуеться iз розчином борно! кислоти. Попм дистилят титрують розчином арчано! кислоти. За кiлькiстю реагенту, який був витрачений на титрування зв'язаного амiаку, визна-чають вмiст загального бшка.

Метод К'ельдаля застосовують в ручному, нашва-втоматичному i автоматичному режимах. При цьому принцип методу залишаеться тим самим, тшьки при автоматизацп процесу в 2-3 рази зростае продуктив-нiсть працi оператора i при цьому знижуеться вплив людського фактора на кiнцевий результат. Крiм того, зменшуеться к1льк1сть шкщливих викидiв у навколи-шне середовище i знижуються енерговитрати.

Широкого впровадження у лабораторий практицi набув метод Дюма. Його часто використовують в £врош, Америщ, Росп при експортних опера^х для швидкого визначення концентрацй' бшка. При визна-ченнi азоту цим методом зразок спалюеться за високо! температури (900-1030 °С) у спещальнш лунцi в ат-мосферi кисню при наявностi каталiзаторiв, внаслщок чого вившьняеться CO2, H2O и N2. Вуглекислий газ i вода видаляються шляхом пропускання через спеша-

льш колонки, як1 поглинають !х, а вмют азоту, що видiлився визначають iнновацiйним самокалiбруваль-ним детектором за теплопровшностю (TCD) LoGas™ (для його роботи не потрiбний газ порiвняння) i порь внюють з калiбрувальною кривою (GOST R 543902011).

Основною перевагою цього методу е швидшсть проведення аналiзу. При його проведенш не викорис-товуються токсичш хiмiчнi речовини i каталiзатори, i практично вщсутня пробошдготовка (тiльки розмел проби), а на одне визначення потрiбно лише дек1лька хвилин, тодi як при використаннi метода К'ельдаля затрати часу е набагато бiльшi (1,5-2 год). Проте, недолiком цього методу е те, що невелика шльшсть дослшного зразку не завжди е репрезентативною, тому результати дослщжень можуть бути не точними. Цей метод не е арбпражним, тому при виникненш претензiй м1ж постачальником i споживачем для по-вторних дослщжень використовують метод К'ельдаля.

За допомогою класичних аналiтичних методiв ана-лiзу не завжди вдаеться провести належний аналiз якостi сировини, та й саме проведення аналiзiв вима-гае багато часу, реагентiв, а результати залежать вщ квалiфiкацil того, хто проводить аналiзи. Тому актуа-льним на даний момент е використання сучасних iнструментальних методiв аналiзу, як1 мають суттевi переваги над класичними. В нашш краíнi рiвень авто-матизаци аналiзу якостi сiльськогосподарськоl сировини ще досить низький. К1льк1сть стандартизованих iнструментальних методiв незначна, а iснуючi станда-рти здебiльшого приписують використання застарiлих приладiв.

У свiтовiй практищ, за останнi 15 рокiв, основним напрямком розвитку аналiзу стала розробка експрес-них iнструментальних методiв контролю. Серед низки шструментальних методiв велику увагу привертають спектрометричнi методи дослщжень, що грунтуються на вибiрковiй взаемоди електромагнiтних хвиль з атомно-молекулярною будовою дослвджуваних речовин. У цьому ввдношенш пров1дне мiсце вiдводять методу шфрачервоно! спектроскоп^! в ближньому дiапазонi. Цей метод знайшов широке застосування в рiзних галузях сiльського господарства (для визначення якосл грунпв, вмiсту бiлка, жиру тощо в кормах i рослиннiй сировиш), в промисловосп (для визначення складу нафтопродукпв, якостi текстильних матерiалi тощо), в медицинi (для визначення жиру, кисню в кров^ дослщження розвитку пухлин). Сього-днi фармацевтична промисловють в Gвропi та Амери-цi широко використовуе Б1Ч-спектрометр1ю при кон-тролi препаратiв (Sadchikova et al., 2008; Scheeren et al., 2012).

Межа ближнього iнфрачервоного електромагшт-ного випромiнювання знаходиться в дiапазонi довжин хвиль вiд 800 нм до 2500 нм (хвильових чисел вщ 12500 до 4 000 см-1), тобто вона межуе з середньою шфрачервоною межею з великою довжиною хвилi i з видимою межею коротших хвиль. В основi методу шфрачервоно! спектроскопп лежить поглинан-ня/пропускання, в1дбивання або розс1ювання шфраче-рвоного випромiнювання при проходженнi через дос-

л1дн1 зразки, та подальшим пор1внянням одержаного спектру з результатами бази даних кал1брувань. Елек-тромагнгтш хвил1 в цьому д1апазон1 спектра взаемо-дшть з коливальними рухами атом1в та молекул у структур1 реагеипв. На в1дм1ну вщ загальноприйиято-го анал1зу та вдентифжацп окремих смуг поглинання у середньому д1апазон1 1Ч частот, тобто спектромет-ричний пвдхщ у ближньому д1апазон1 використову-еться хемометрична методика, що полягае у встанов-ленш кореляцп м1ж вмютом окремого компонента у сум1ш1 та штенсившстю вщповвдних коливань у спек-трг Поглинання в Б1Ч д1апазош пов'язано з обертонами основних коливальних частот зв'язшв C-H, C=O, N-H, O-H, S-H i 1'х комбшацш (Bekker, 2009).

Характеристика методiв

Основною перевагою методу шфрачервоно! спект-рометрй' в ближньому дiапазонi е можливють кореляцп спектрально! шформацп з фiзичними та хiмiчними властивостями i всi якiснi i кшьшсш характеристики визначаються одночасно (одночасне кшьшсне визна-чення декiлькох компонентiв багатокомпонентних сумшей), слабке затухания сигналу, вщсутшсть про-бопiдготовки та використання розчиннишв, безконта-ктний вимiр через скло, можливостi вимiрювания на вiдстаиi за допомогою волоконно-оптичних датчиков, час аналiзу - кiлька секунд. Метод БГЧ-спектрометрп для контролю якостi рiзних об'екпв сьогоднi введений до числа офщшно прийнятих у багатьох кранах.

Коротка характеристика методiв визначения вмю-ту азоту наведена в таблищ.

Таблиця

Значения Метод К'ельдаля Метод Дюма Метод Б1Ч-спектрометри

До^дний зразок Руйиуваиия (спалюваиия) Руйиуваиия (спалюваиия) Без руйиуваиь

Проботдготовка Так Так Вiдсутня

Час проведения анатзу 2-4 год. 5 хв. (тдготовка - 1 год.) 20-40 с.

Необхдають витратних матерiалiв Так Так Вщсутня

Шдготовка спещалюта Висока Висока Середня, або вщсутня

Необхдають прекурсорiв Так Hi Hi

Мтсце проведения ан^зу Лабораторш Лабораторш Лабораторш, або виробиицтво

Робота з високою температурою Так (440 °С) Так (900-1300 °С) Hi

Шкода для навколишнього сере-довища Висока Середня Вщсутня

Отже, незважаючи на те, що метод К'ельдаля за-лишаеться загальновизнаним при визначеннi бiлка i його найчастiше використовують при дослвджениях, проте сучаснi методи - метод Дюма i Б1Ч-спектрометри, набувають широкого впроваджения у лабораторнiй практищ. Основною перевагою цих методiв е швидшсть проведення аиалiзу (на одне ви-значення потрiбно лише дешлька хвилин), практично ввдсутия пробопiдготовка, i що саме головне не вико-ристовуються токсичнi хiмiчнi речовин i каталiзатори.

Висновки

Сьогоднi у лабораторий i виробничiй практицi ве-теринарно! медицини Укра1'ни для визначення сирого протешу в кормах та рослиннш сировиш використовують як класичш, так i сучаснi методи, залежно вiд мети та завдань дослщжень. Застосувания сучасних методiв Дюма та БГЧ-спектрометрп мае суш^ переваги над класичними методами i тому набувають широкого застосування у лабораторий практищ.

Перспективи подальших дослгджень. Провести порiвияльний аналiз дослiдних зразк1в методом К'ельдаля i методом БГЧ-спектрометрш.

Бiблiографiчнi посилання

Ibatullin, I.I., Ме1п1к, Yu.F., Otchenachenko, В.В. (2015). Praktikum z godivli silskohospodarskich tvarin: navchalnii posibnik. Praktikum z godivli silskohospodarskich tvarin: navchalnii posibnik. Kiev (in Ukrainian).

Busenko, O.T., Stolyk, B.D., Mogilnii, O.I. (2015). Tech-nologia virobniztva produczii tvarinniztva: Pidruchnik. K.: Vischa osvita (in Ukrainian).

Kostenko, B.M., Panko, B.B., Sirovatko, K.M. (2008). Praktikum z godivli silskohospodarskich tvarin. Chimichnii sklad, ozinka pozhivnosti ta yakosti kor-miv. Chastina I. Vinniza: RVB VDAO (in Ukrainian).

DSTU ISO 5983:2003. Kormi dla tvarin (2005). Viznachenna vmistu azotu i obchislenna vmistu sirogo bilka. Metod Kjeldahla (ISO 5983: 1997, IDT). Kiev, Derzhspozhyvstandard Ukraini (in Ukrainian).

GOST R 54390-2011. Producti pizhevii (2013). Opre-delenija obzheho soderzanija azota putem sziganija po medodu Duma i raschet soderzhanija belka. Chast 2. Zernovii, bobovie i molotie zernovie producti (ISO/TS 16634.2: 2004). Moskva, Standardinform (in Russian).

Bekker, Yu. (2009). Spectroskopija. M.: Technosphere (In Russian).

Sadchikova, N.P., Arzamastsev, A.P., Titova, A.V. (2008). Sovremennoe sostojanie problem primenenija IK-spectoskopii v pharmazevticheskom analize le-karstvennikh sredstv. Khimiko-Pharmacevtichnii zur-nal. 8, 26-30 (In Russian).

Scheeren, T.W., Schober, L.P., Schwarte, L.A. (2012). Monitoring tissue oxygenation by near infrared spectroscopy (NIRS): background and current applications. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 26(4), 279-287.

Received 2.10.2017 Received in revised form 27.10.2017 Accepted 3.11.2017