試料中の窒素とタンパク質含有量を測定するために、頻繁に使用される2つの基準法があり、これらは140年以上にわたって共存してきた：ケルダール法による窒素定量と改良デュマ法による窒素定量である。
ケルダール法による窒素定量
ケルダール法は、ジャン・バティスト・デュマが窒素の定量法を発表してから約50年後の1883年、カールスバーグ研究所のヨハン・ケルダールによって開発された。デュマ法の条件を再現することは困難であったため、湿式化学的なケルダール法が長い間好まれ、窒素とタンパク質の定量法として古典的な地位を確立した。
ケルダール窒素法では、試料を濃硫酸と触媒を用いて420℃で90分間化学的に消化し、試料中の窒素を硫酸アンモニウムに変換する。その後、水酸化ナトリウムをアンモニウム溶液に加える。放出されたアンモニアは蒸留され、ホウ酸溶液に移される。この後、硫酸または塩酸で滴定し、窒素を定量します。その後、特定の換算係数を用いてタンパク質含有量を算出することができる。
改良デュマ法による窒素定量
Jean-Baptiste Dumasは1831年に窒素定量法を発表した。高温燃焼プロセスに基づく改良デュマ法は、窒素とタンパク質含量を測定するための最も古い方法であるが、窒素測定の基準法として確立されたのはここ数十年のことである。その理由は最新の分析装置が開発され、一貫した分析条件と再現性のある結果が得られるようになったからである。1990年代に厳しい環境規制が導入されて以来、環境にやさしいデュマ法は人気を博し、有害な化学物質の使用に頼る古典的なケルダール法に取って代わることが多くなった。
改良デュマ法による窒素定量は、酸素濃縮環境下、最低950℃での試料の燃焼に基づいている。燃焼中、試料中の窒素はすべて窒素酸化物に変換され、その後窒素に還元され、熱伝導率検出器を用いて定量されます。その後、特定の換算係数を用いてタンパク質含有量を算出することができる。
比較ケルダール法と改良デュマ法の比較
次のセクションでは、解析時間、解析あたりのコスト、安全性の観点から2つの方法を比較する。
分析時間と人員配置
ケルダール法の分析時間は最低100分。バッチ法では、1日に最大100サンプルを分析できるが、1サンプルでバッチ全体を分析するのと同じ時間がかかる。この方法は、サンプルの前処理と処理に多くの手作業が必要なため、時間がかかり、労働集約的である。
改良デュマ法による窒素定量では、1サンプルあたりの分析時間は4～5分で、つまり、ケルダール法よりも迅速に結果が得られる。このため、改良デュマ法はプロセスのモニタリングや最適化、タイムリーな意思決定に適している。通常の作業日において、改良デュマ法では最大200サンプルを測定することができ、これはケルダール法の2倍のサンプル数である（図1参照）。高度に自動化されているため、計量後のサンプルの無人運転が可能です。最大7時間の無人運転が可能で、オペレーターはラボ内の他の作業に集中することができます。
分析単価
ケルダール法の1分析あたりのコストは約6ユーロ*である。主なコスト要因は、化学薬品の費用、その適切な廃棄、人件費である。さらに、ヒュームカップボードのスペースが必要で、これは通常限られており高価である。これに対し、改良デュマ法での1分析あたりのコストは、分析装置と使用するキャリアガス（ヘリウム、アルゴン、CO2、装置モデルによる）にもよるが、0.25ユーロ*～0.49ユーロ*である。
* 費用は国によって異なる場合があります。
安全性と環境への配慮
ケルダール法による窒素定量は、濃硫酸と触媒を使用するため、使用者や環境に有害である。分析過程では有害なガスが発生し、適切に排出されないと人体に危険を及ぼす。職場で有害物質を扱うこともリスクになる。さらに、分析工程から出る廃液は環境に有害であり、処分には費用がかかる。2,000サンプルの分析ごとに、約560リットルの化学廃棄物が発生する。
一方、改良デュマ法は有害な化学薬品や有毒な化学薬品を必要としない。分析プロセスは安全で無害であり、高度に自動化されているため、オペレーターのミスはほとんどない。2,000サンプルの分析で発生する廃棄物はわずか560gで、定期的に処分することができる。直接比較すると、2,000サンプルの後に発生する廃棄物の量は、ケルダールの方がデュマの1,000倍多い（液体廃棄物560リットルのケルダール法に対し、固形廃棄物0.56kgの改良デュマ法、rapid N exceed® PLUS 窒素/タンパク質分析装置使用）。
結論
ケルダール法に比べ、約2倍のサンプルを同じ時間で分析できるため、サンプルの処理能力が高いラボでは、改良デュマ法窒素測定の高速化の恩恵を受けることができる。人件費に関しては、分析がほとんど無人であるため、ラボの人員を他の作業に割くことができる改良デュマ法が有利です。人件費と材料費が高く、廃棄物の処理に時間がかかるため、ケルダール法窒素測定の1分析あたりのコストは改良デュマ法よりもかなり高くなる。さらに企業は、別の技術を使えば回避できる有害廃棄物の発生が、時代や企業理念に合っているかどうかを自問自答しなければならない。
改良デュマ法による窒素定量基準
ケルダール法が改良デュマ法に取って代わられたことも、窒素測定のために改良デュマ法を規定した世界的な標準の数が増えていることを説明している。下記は改良デュマ法の標準の抜粋で、試料の種類別に分類されています。
以下の規格は、食品・飲料の改良デュマ法による窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| AOAC 99215 | 1996 | 食肉および食肉製品中の粗タンパク質 |
| AOAC 99223 | 1998 | 穀物及び油糧種子中の粗蛋白質 |
| AOAC 99709 | 2008 | ビール、麦汁、醸造用穀物中の窒素。計算によるタンパク質（合計）。燃焼法。 |
| ASBC タンパク質法 | 2010 | タンパク質メソッド |
| DIN EN ISO 14891 | 2002 | 乳および乳製品-窒素含量の測定-DUMAS原理による燃焼を用いたルーチン法 |
| DIN EN ISO 16634-2 | 2016 | 穀類、豆類、製粉穀類製品、油糧種子および家畜飼料 - デュマの原理による燃焼による全窒素含量の測定と粗タンパク質含量の計算 |
| EBC | 2016 | ケルダール法とデュマ法によるビール、麦汁、麦芽中の全窒素量 |
| EU Pharm05 TNb | 2005 | 総タンパク質 |
| ICC 167 | 2000 | デュマ燃焼原理による食品及び飼料用穀物及び穀物製品中の粗タンパク質の測定 |
| ISO 14891 | 2002 | 牛乳及び乳製品 - 窒素含量の測定 - デュマ燃焼法による定法 |
以下の規格は、改良デュマ法による動物飼料の窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| AOAC 99003 | 1998 | 飼料中の粗タンパク質 |
| AOCS Ba 4e93 | 1999 | 粗タンパク質測定のための汎用燃焼法 |
| DIN EN ISO 16634-1 | 2008 | 食品-デュマの原理による燃焼法による全窒素含量の測定及び粗タンパク質含量の算出-第1部油糧種子および動物飼料 |
以下の規格は，土壌試料，植物試料，肥料について，改良デュマ法による窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| AOAC 99313 | 1997 | 肥料中の窒素（全窒素 |
| DIN EN 13654-2 | 2002 | 土壌改良剤および培地-窒素の測定-第2部：デュマ法 |
| DIN ISO 13878 | 1998 | 土壌の品質 - 乾式燃焼による全窒素含有量の測定（元素分析） |
以下の規格は、廃棄物についての改良デュマ法による窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| DIN EN 16168 | 2016 | 汚泥、バイオ廃棄物処理物および土壌 - 乾式燃焼法による全窒素の測定 |
以下の規格は、液体燃料の改良デュマ法による窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| ISO 18611-2 | 2014 | 船舶および海洋技術-舶用NOx低減剤AUS 40-第2部：試験方法 |
| ISO 22241-2 | 2019 | ディーゼルエンジン-NOx低減剤 AUS 32 |
以下の規格は、ゴムの改良デュマ法による窒素定量を規定している（抜粋）：
| 規格 | 年 | 名称 |
| ISO 24698-1 | 2018 | ゴム（生ゴム）-アクリロニトリルブタジエンゴム（NBR）中の結合アクリロニトリル含有量の測定-第1部：燃焼（デュマ）法 |
詳細情報
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改良デュマ法と従来のケルダール法によるタンパク質測定の違い、改良デュマ法による窒素/タンパク質測定の機能性、改良デュマ法による窒素/タンパク質測定の適用範囲とサンプルタイプ、適切な窒素/タンパク質分析装置を選択する際のラボの判断基準について、オンデマンドウェビナーへのアクセスをリクエストしてください。
言語英語｜収録時間：28分
ウェビナー "改良デュマ法を用いた窒素・-タンパク質の迅速かつ精密な定量"
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ケルダール法と改良デュマ法の違いについては、下記のテクニカルノートをダウンロードしてください。
アプリケーションノート「乳製品の改良デュマ法分析」では、牛乳・乳製品の分析における改良デュマ法とケルダール法の比較をご覧いただけます。
ミュンヘン工科大学のWeihenstephan Research Center for Brewing and Food Quality（ヴァイエンシュテファン醸造・食品品質研究センター）がなぜ技術転換を決断したのか、そして、デュマ社の分析計に切り替えたことで、どのように食品・飲料の品質管理をより効率的で持続可能なものにしているのか、カスタマー・スポットライトをお読みください。
