Determinación de Nitrógeno Proteico en Alimentos Concentrados utilizando el método de Combustión Directa Leco® / Dumas

Publicado el: 3/10/2006
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Durante muchos años las técnicas más usuales para la determinación de nitrógeno proteico en alimentos concentrados o alimentos en general fueron dos: el método Kjeldahl y el NIR.

El método Kjeldahl, es un típico método de digestión vía húmeda del 1800, donde la utilización de ácidos calientes y catalizadores tóxicos como mercurio o selenio son necesarios para acelerar el ataque químico sobre la muestra.
Consume de 60 a 90 minutos de operación y la posibilidad de realizar varios análisis simultáneamente sólo está ligada a la duplicación del equipo.

Su alto costo por análisis, su baja productividad, la necesidad de operarios calificados y la costosa neutralización de sus residuos, acompañado por las cada vez más exigentes normas ambientales del siglo XXI, han provocado una migración paulatina de sus usuarios hacia métodos más competitivos y seguros.

El otro método, la Espectroscopia de Reflectancia en el Infrarrojo Cercano (NIR), fue desarrollado como una alternativa al método Kjeldahl. Si bien ha logrado serlo desde el punto de vista de la velocidad de análisis y la no utilización de sustancias peligrosas, su condición de método de análisis secundario (no primario) y la necesidad de contar con muestras de referencia de la misma matriz de estudio, analizadas por métodos primarios, lo hacen un método de difícil y costosa implementación aún en empresas que cuentan con respaldo de laboratorios propios.

Un NIR apropiadamente calibrado podría demandar el análisis de 100 a 200 muestras, dependiendo de la complejidad de la matriz a estudiar.
Cada vez que el usuario cambie su rutina de análisis o el tipo de muestra, deberá repetir la calibración antes mencionada con el consiguiente costo asociado por el servicio de certificación de muestras, ya sea propio o de un ente externo.

Los proveedores de equipos NIR ofrecen calibraciones “pre-definidas de fábrica”, que si bien son útiles en algunos casos, en la mayoría de ellos no son adaptables a la matriz de muestra que el usuario tiene.

Como agravante existe la imposibilidad de guardar por mucho tiempo las muestras utilizadas para la calibración, dada su condición orgánica, lo que termina afectando la trazabilidad del método. Los estándares orgánicos son de elevado costo y de difícil obtención en el mercado.

EL MÉTODO DUMAS

Desde su aprobación por la AOAC y la AOCS, el método de combustión directa DUMAS, está sonando muy fuerte entre los fabricantes de alimentos.

Jean Baptiste Dumas, químico y político francés, fue quien desarrollo la determinación de nitrógeno a partir del ataque de una muestra mezclándola y calentándola con óxido de cobre en una atmósfera de dióxido de carbono (CO2). Los gases emanados de aquella combustión se reducían en cobre y el nitrógeno molecular era luego determinado volumétricamente.

La empresa LECO® Corporation (Michigan USA), adoptó este método y lo automatizó sacando al mercado su modelo FP-528 DSP y el actual TruSpec N., liderando en la actualidad la fabricación de instrumentos para la determinación de N2/Proteína..

Esencialmente, en cualquiera de los modelos LECO® la secuencia de operación, está dividida en tres etapas: 

APesada
La muestra es pesada (200mg a 1 g dependiendo del modelo de equipo)
B_  Ciclo de análisis

1. Purga  
a) La muestra pesada y envuelta en papel de estaño (Tin Foil) es colocada en el cabezal de carga y purgada de cualquier gas atmosférico que hubiera ingresado en el proceso de preparación de la misma.
b) Paralelamente el recipiente que colecta los gases de la combustión Ballast® (sistema patentado por LECO®), también es purgado.

2. Combustión 
a) La muestra ingresa al horno calentado a 1000 ºC aproximadamente y gas oxígeno puro es ingresado para acelerar el proceso de combustión. 
b) Los productos de la combustión son principalmente:CO2, H2O, NOx, N2 
c) Dichos gases son pasados a través de un filtro en el horno y por un enfriador termoeléctrico, para quitar la humedad. Luego son recolectados en el Ballast® 

3. Análisis
a) Los gases obtenidos en la combustión son homogeneizados en el Ballast®  a través de una mezcla pasiva. 
b) Una alícuota de 3cc de muestra homogénea es capturada y el Ballast® es forzado a evacuarse. 
c) La muestra gaseosa de 3cc pasa a través de cobre para remover el O2 y reducir los NOx a N2
d) La muestra continua su recorrido dentro del equipo pasando ahora por Lecosorb®  para remover el CO2 y por Anhidrone para retener el H2O. 
e) Finalmente el N2 arrastrado por una corriente de gas Helio hacia una celda de Conductividad Térmica (TC) en donde se mide la concentración de N2 presente en la muestra. 

C_ Informe del resultado
El resultado final, expresado en N2 o N2/Proteína, es mostrado en la computadora o el display según el modelo de equipo.

En el siguiente esquema se puede observar el diagrama de flujo de gases de los equipos LECO®



En la práctica, todo el procedimiento anteriormente detallado se reduce a:

  • Pesar la muestra
  • Colocarla en el horno de combustión
  • Presionar el botón Start

En menos de cuatro minutos el resultado será mostrado en la pantalla o transmitido a la red de datos.

Resultados típicos de una muestra de Pet Food utilizando el método de combustión directa LECO® /DUMAS



Existe cierto mito, que los usuarios de Kjeldahl han ido transmitiendo de generación en generación, referido a la obtención de valores más altos de N2/Proteína con Dumas vs Kjedahl.
En realidad esa diferencia existe, pero es fácilmente explicable: el método Dumas extrae con mayor eficiencia todo el N2 presente en la muestra, por consiguiente algunos valores tienden a dar mayor concentración.
Pero esto no es un error, muy por el contrario, estamos en presencia de una valor mucho más cercano al valor verdadero de la muestra.
Otras variables, tales como, menor incertidumbre total y calibración con estándares de sustancias puras, hacen del método Dumas un método confiable y exacto.

VENTAJAS DEL MÉTODO LECO® / DUMAS

a) SEGURIDAD 
No utiliza ácidos calientes y/o corrosivos ni catalizadores tóxicos como el antiguo método Kjeldahl. 
Evita exponer a los operadores a peligros, quemaduras o accidentes.
No hay manejo de material de vidrio.

b)
ECOLÓGICO
No utiliza sustancias tóxicas
No hay necesidad de gestión de residuos.
Evita stock y bodega especial para sustancias corrosivas
Cumple y excede cualquier legislación ambiental vigente

c)
MÉTODO de ANÁLISIS PRIMARIO
Aprobado AOAC, AOCS.
No requiere calibraciones secundarias y costosas como el NIR
Se calibra fácilmente con sustancias puras y de bajo costo (EDTA, GLICINA, etc)

d)
PRODUCTIVIDAD 
Realiza un análisis cada 4 minutos.
El modelo TruSpec con corrousel automático de carga de 30 muestras expandible a 120, puede operar 8 hs consecutivas sin intervención del operador.

e) COSTOS
Un análisis LECO® / DUMAS es 7 veces menos costoso que un análisis por digestión Kjeldahl.
Reducido costo de mantenimiento anual y bajo índice de recambio de partes. 



BIBLIOGRAFÍA

1.Hauck, R. D. 1982. Nitrogen-Isotope Ratio Analysis, sec.36-3.2.2, Conversion of total nitrogen to ammonium-nitrogen. pp.744ff. In Methods of Soil Analysis, Part 2, Chemical and Microbiological Properties. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin.
2. Kirsten, Wolfgang. 1983. Organic Elemental Analysis: Ultramicro, Micro, and Trace Methods. Academic Press/Harcourt Brace Jovanovich, New York
3. Stable Isotope/Soil Biology Laboratory, Institute of Ecology, University of Georgia, Athens GA 30602 USA
4. Bellomonte, G. A. Constantine, and S. Giammariolo. 1987. Comparison ofmodified automatic dumas method and the traditionalKjeldahl method fornitrogen determination in infant food. JAOAC 70:227-229.
5. Colombo, B. And G. Giazzi. 1982. Total automatic nitrogen determination. Am. Lab. 14:38-45.
6. Sweeney, R. A. 1989.Generic combustion method for the determination of crudeprotein in feeds:Collaborative Study.JAOAC. 72:770-774.
7. LECO  Corporation, Michigan USA.
8. Depto. Capacitación y Entrenamiento INBOX Technology and Services S.A.


 
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