電化學法快速測定食用醬油中氨基酸態氮

郭淼

河南質量工程職業學院（平頂山 467000）

隨著生活水平的不斷提高，人們對食用醬油的品質需求日益提升。食用醬油的鮮味主要來自分子量小于500 Da的游離氨基酸，鮮味程度越高，醬油中游離氨基酸的濃度越大，品質越好[1-2]。相關國家標準按照食用醬油中氨基酸態氮的含量對其品質進行分級[3]，因此如何準確測定食用醬油中氨基酸態氮含量對產品的質量保證意義重大。

測定醬油中氨基酸態氮含量主要利用國標規定的酸度計法與比色法[4]，然而酸度計法需加入甲醛以固定氨基酸的氨基端堿性，利用氫氧化鈉標準溶液滴定氨基酸的羧基，操作較為繁瑣，且對環境友好性較差，同時醬油中共存的弱酸會對結果測定產生干擾[5]，而比色法則需另外加入顯色劑，與氨基酸形成有色化合物后，在400 nm波長處測定吸光度，但形成的有色化合物穩定性較差，同時400 nm波長為黃色光吸收波長，因而醬油本底顏色會對測定產生干擾[6]。庫侖滴定法是一種建立在控制電流電解基礎上，可準確而靈敏地測定樣品中常量、微量、半微量甚至痕量組分的電化學分析方法[7]。與傳統滴定方法相比，該方法具有操作簡便，分析過程耗時較短，無需提前配制、標定標準溶液等特點，被廣泛用于食品、化工、制藥、環境工程等領域[8-11]。試驗利用庫侖滴定法測定食用醬油中氨基酸態氮含量，探討測定過程的最佳試驗條件，為相關產品的質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

KLT-1型通用庫侖儀（江蘇江分電分析儀器有限公司）；鉑片電解電極（2 cm×2 cm，自制）；鉑絲輔助電極（6 cm×0.5 cm，內部為鉑絲，外部套有玻璃管，底部為陶瓷砂芯，自制）；指示電極為鉑片電極（1 cm×2 cm，自制）；FA604C電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；T9紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；pH酸度計（梅特勒-托利多有限公司）。

溴化鉀、四硼酸鈉、氫氧化鈉、甲醛、醋酸、醋酸鈉、硫酸（均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；氮標準溶液：準確稱取干燥恒重的硫酸銨（優級純），稀釋配制成質量濃度為10 mg/mL；4種品牌食用醬油購置于本地生鮮超市；試驗用水為去離子水。

1.2 試驗方法

1.2.1 庫侖滴定法

1.2.1.1 樣品預處理

精密移取10 mL醬油于50 mL容量瓶內，加入20 mL，0.15 mol/L稀硫酸后，加水稀釋定容，搖勻備用。

1.2.1.2 測定步驟

向電解池中加入體積50 mL，1.0 mol/L溴化鉀電解質溶液（pH 9.0）后，依次插入電解電極、輔助電極和指示電極對，連接庫侖滴定儀，設置電解電流0.50 mA，準確加入1 mL預處理后樣品，攪拌均勻，自動電解至溶液電位突躍后結束，記錄滴定終點到達時間，按式（1）計算醬油中氨基酸態氮含量，平行測定6次。

式中：XN為醬油中氨基酸態氮含量，g/mL；I為電解電流強度，mA；t為電解至滴定終點時間，s；2/3為反應系數；Z為轉移的電子數，2；F為法拉第常數，96 500 C/mol；14為氮原子質量，g/mol；D為稀釋倍數；V為醬油體積，mL。

1.2.2 酸度計法

按照相關國標測定步驟，加入中性甲醛溶液后，采用氫氧化鈉標準溶液滴定樣品至溶液pH 9.2，通過消耗的氫氧化鈉標準溶液體積，計算醬油樣品中氨基酸態氮含量，另作空白試驗[12]。

1.2.3 比色法

按照相關國標測定步驟，加入顯色劑（甲醛-乙酰丙酮）后，于400 nm波長處測定樣品吸光度，通過標準曲線，計算醬油樣品中氨基酸態氮含量，另作空白試驗[12]。

2 結果與分析

2.1 試驗原理

食用醬油經酸處理后，氨基酸上胺基轉化為NH4+。在電解池陽極中，電解質溴化鉀被定量電解氧化生成Br2后，即刻在堿性電解質溶液中發生歧化反應生成BrO-，與樣品中NH4+定量發生氧化還原反應[13]，通過溶液電位突躍的變化，指示滴定終點，測得醬油中氨基酸態氮含量，涉及反應具體為：

2Br--2e→Br2

Br2+2OH-=BrO-+Br-+H2O

3BrO-+2NH4=N2+3Br-+3H2O+2H+

2.2 電解質的濃度影響

電解液中電解質的濃度影響電解池中化學反應的進行，若濃度過高，將增大電解質溶液的離子強度，影響電流效率，過低則可能發生電解水副反應[14]，因此考察不同電解質濃度對測定結果的影響，結果如表1所示。結果表明，溴化鉀濃度1.0 mol/L時，測得已知濃度氮標準溶液的結果回收率接近100%，因此選擇溴化鉀電解質濃度1.0 mol/L。

表1 不同電解液濃度對結果回收率影響（n=6）

2.3 電解液pH影響

滴定劑BrO-需利用電解產物Br2在堿性條件中生成，因此利用四硼酸鈉-溴化鉀配制成不同pH條件的電解液，考察其對測定結果的影響，結果如表2所示。電解液pH 9.0時，測得結果回收率接近100%，這歸因于電解液pH過低，生成BrO-較困難，導致氧化還原反應不充分，產生系統誤差，而電解液pH過高，使得樣品中氨基酸上氨基不能完全質子化，因此選擇電解液pH 9.0。

表2 不同電解液pH對結果回收率影響（n=6）

2.4 共存物質干擾

由于部分品牌醬油在生產過程中另添加鐵、鈣成分，以提高產品的營養價值，因此參考相關醬油產品成分表中鐵、鈣含量，考察共存的鐵、鈣離子對測定結果干擾影響，結果如表3所示。結果表明，在0.07 mg/mL Fe3+、0.6 mg/mL Ca2+溶液中，測得不同濃度氮標準溶液的結果回收率均接近100%，表明醬油中的鈣、鐵離子不會對測定結果產生干擾。

表3 共存離子干擾影響（n=6）

2.5 回收率與檢出限

參考相關國標規定的不同級別醬油中氨基酸態氮含量，考察不同濃度氮元素標準溶液的結果回收率，結果如表4所示。結果表明，在4.52～12.78 mg/mL氮元素濃度范圍內，測得結果回收率均接近100%，表明該電化學法適用于不同級別食用醬油的氨基酸態氮含量測定。同時，連續測定空白溶液10次，以其3倍標準偏差作為檢出限（LOD），計算得到檢出限，為0.012 mg/mL。

表4 不同濃度氮標準溶液測定結果回收率（n=6）

2.6 不同方法測定結果比較

分別采用庫侖滴定法與國標規定的酸度計法及比色法測定不同品牌醬油樣品的氨基酸態氮含量，結果如表5所示。結果表明，不同方法測定結果較為接近，在95%置信度下進行t檢驗，結果之間無顯著性差異（p＞0.05）。與酸度計法和比色法相比，庫侖滴定法無需配制、標定標準溶液，分析操作更加簡便，同時指示滴定終點可靠，避免系統誤差出現，且自動化程度較高，測定過程僅需1 min左右完成，分析過程更加快速。該電化學法直接測定醬油樣品中氨基酸態氮，從而避免其它共存酸的干擾，具有較好的精密度與準確度，因此適用于相關產品的質量檢測。

表5 不同方法測定結果比較（n=6）

3 結論

采用庫侖滴定法測定食用醬油中氨基酸態氮含量，以鉑電極分別為電解電極對和指示電極對，在堿性溴化鉀電解液中電解生成BrO-后，與醬油中NH+4定量發生氧化還原反應，通過法拉第電解定律，測得食用醬油中氨基酸態氮含量。與其他方法相比，該電化學法操作簡便，指示滴定終點可靠，分析過程可在1 min左右完成，在4.52～12.78 mg/mL的氮元素質量濃度范圍內，測得結果回收率均接近100%，RSD均小于1.5%，表明方法具有較好精密度與準確度，因此可為相關產品的質量控制提供參考。