샘플 내 질소 및 단백질 함량을 측정하기 위해 자주 사용되는 두 가지 기준 방법이 있으며, 이 두 방법은 140년 이상 공존해 왔습니다. 이는 Kjeldahl 방식에 따른 질소 정량 분석과 Dumas 방식에 따른 질소 정량 분석입니다.
켈달에 따른 질소 측정법
켈달법은 장 밥티스트 듀마가 질소 측정법을 발표한 지 약 50년 후인 1883년 칼스버그 연구소의 요한 켈달에 의해 개발되었습니다. 오랫동안 습식 화학의 켈달법이 선호된 이유는 듀마스법의 조건을 재현하는 것에 어려움을 겪었기 때문입니다. 그리하여 켈달법은 질소 및 단백질 측정의 고전적인 분석법으로 자리 잡았습니다.
켈달 질소법에서는 시료를 420°C에서 90분 동안 농축 황산과 촉매를 사용하여 화학적으로 분해하여 시료의 질소를 황산암모늄으로 전환합니다. 그런 다음 수산화나트륨을 암모늄 용액에 첨가하고 방출된 암모니아를 증류하여 붕산 용액으로 옮긴 후 질소의 정량 측정을 위해 황산 또는 염산으로 적정합니다. 그 후에 특정 전환 계수를 사용하여 단백질 함량을 계산할 수 있습니다.
듀마스에 따른 질소 측정법
장 밥티스트 듀마는 1831년에 질소 측정법을 발표했습니다. 고온 연소 과정을 기반으로 하는 듀마스법은 질소 및 단백질 함량을 측정하는 오래된 방법이지만, 지난 수십 년 동안에야 질소 측정의 표준 방법으로 자리 잡게 되었습니다. 그 이유는 최신 분석기의 개발로 일관된 분석 조건과 재현 가능한 결과를 얻을 수 있게 되었기 때문입니다. 1990년대에 더 엄격한 환경 규제가 도입된 이후, 환경 친화적인 듀마 분석법이 인기를 얻으면서 유해 화학 물질 사용에 의존하는 고전적인 켈달 분석법을 점점 더 많이 대체하고 있습니다.
듀마 질소 측정법은 산소가 풍부한 환경에서 최소 950°C에서 시료를 연소시키는 것을 기반으로 합니다. 연소하는 동안 시료의 모든 질소는 질소 산화물로 변환된 다음 질소로 환원되고 열전도도 감지기에 의해 정량화됩니다. 그런 다음 특정 변환 계수를 사용하여 단백질 함량을 계산할 수 있습니다.
비교: 켈달법과 듀마스법의 비교
다음 섹션에서는 분석 시간, 분석당 비용 및 안전성 측면에서 두 가지 방법을 비교합니다.
분석 시간 및 인력 배치
Kjeldahl 방법의 분석 시간은 최소 100분이 소요됩니다. 배치(batch) 방식을 사용할 경우, 하루 최대 100개의 샘플을 분석할 수 있지만, 하나의 샘플을 분석하는 데 걸리는 시간은 전체 배치를 분석하는 데 걸리는 시간과 동일합니다. 이 방법은 시료 준비와 처리 과정에 많은 수작업 단계를 요구하기 때문에 시간 소모가 크고 노동 집약적이라는 단점이 있습니다.
반면 Dumas 방법을 이용한 질소 정량 분석은 샘플당 분석 시간이 4~5분으로, Kjeldahl 방법보다 결과를 훨씬 더 빠르게 얻을 수 있습니다(개별 샘플의 경우에도). 이는 Dumas 방법이 공정 모니터링, 최적화, 그리고 적시에 의사 결정을 내리는 데 훨씬 더 적합함을 의미합니다. 일반적인 근무 시간 동안 Dumas 방법으로는 최대 200개의 샘플을 측정할 수 있는데, 이는 Kjeldahl 방법의 두 배에 해당합니다(그림 1 참조). 또한 높은 자동화 수준 덕분에 샘플을 저울에 무게를 단 후 무인 상태로 최대 7시간까지 운영할 수 있어, 실험실 작업자는 다른 업무에 집중할 수 있는 여유를 가질 수 있습니다.
분석당 비용
Kjeldahl 방법의 시료당 분석 비용은 약 6유로*입니다. 주요 비용 요인은 화학 약품 비용, 약품의 적절한 처리 비용 및 인건비입니다. 또한 일반적으로 공간이 제한적이고 비용이 많이 드는 흄 후드 공간이 필요합니다. 이에 비해 듀마스 방식의 시료당 분석 비용은 분석기와 사용되는 캐리어 가스(사용 기기 모델에 따라 헬륨, 아르곤 또는 CO2)에 따라 0.25유로*에서 0.49유로* 사이입니다.
* 비용은 국가별로 다를 수 있습니다.
안전 및 환경 친화성
Kjeldahl 방법에 따른 질소 정량 분석에서는 농축 황산과 사용자 및 환경에 유해한 촉매제가 사용됩니다. 분석 과정에서 발생하는 유해한 가스는 적절히 배출되지 않을 경우 사람들에게 위험을 초래할 수 있습니다. 또한 작업장에서 이러한 유해 물질을 취급하는 것은 위험을 동반합니다. 분석 과정에서 발생하는 액체 폐기물은 환경에 해로우며, 이를 처리하기 위해 고비용의 폐기 절차가 필요합니다. 2,000개의 샘플을 분석할 경우 약 560리터의 화학 폐기물이 발생합니다.
반면, Dumas 방법은 유해하거나 독성이 있는 화학 물질이 전혀 필요하지 않습니다. 분석 과정은 안전하며 위험 요소가 없으며, 높은 자동화 수준 덕분에 작업자의 실수를 거의 완전히 제거할 수 있습니다. 2,000개의 샘플을 분석한 경우 약 560g의 폐기물만 발생하며, 이는 일반적인 절차로 처리할 수 있습니다. 직접 비교하면, 2,000개의 샘플 분석 후 Kjeldahl 방법은 Dumas 방법보다 1,000배 더 많은 폐기물을 생성합니다(Kjeldahl: 560리터의 액체 폐기물 vs. Dumas: 0.56kg의 고체 폐기물, rapid N exceed® 질소/단백질 분석기를 사용할 경우).
결론
샘플 처리량이 많은 실험실은 Dumas 질소 정량 분석의 더 빠른 처리 속도로 혜택을 받을 수 있는데, 이는 Kjeldahl 방법에 비해 동일한 시간 동안 약 두 배의 샘플을 분석할 수 있기 때문입니다. 인건비 면에서 Dumas 방법은 분석 과정이 대부분 무인으로 진행되기 때문에 높은 점수를 받으며, 이를 통해 실험실 직원들이 다른 업무에 집중할 수 있는 여유를 제공합니다. 반면, 높은 인건비와 자재 비용, 그리고 폐기물 처리에 소요되는 시간 때문에 Kjeldahl 질소 정량 분석의 샘플당 비용은 Dumas 방법보다 현저히 높습니다. 게다가 기업들은 유해 폐기물의 생산이, 대체 기술을 사용함으로써 피할 수 있다고 하더라도, 현재의 시대적 흐름과 자사의 기업 철학에 부합하는지에 대해 스스로 질문해 보아야 합니다.
듀마스법에 따른 질소 측정 표준
Kjeldahl 방법이 Dumas 방법으로 대체되는 현상은 질소 정량 분석에 Dumas 방법을 지정하는 전 세계 표준이 점차 증가하고 있는 이유를 잘 설명해 줍니다. 아래는 샘플 유형별로 분류된 Dumas 표준의 일부 발췌 내용입니다.
다음 표준은 식음료에 대한 듀마에 따른 질소 측정값을 명시합니다(발췌):
| 표준 | 년도 | 제목 |
| AOAC 99215 | 1996 | 육류 및 육류 제품의 조단백질 |
| AOAC 99223 | 1998 | 시리얼 곡물 및 유지 종자의 조단백질 |
| AOAC 99709 | 2008 | 맥주, 맥아즙 및 양조 곡물의 질소. 계산에 의한 단백질(총). 연소 방법. |
| ASBC 단백질 방법 | 2010 | 단백질 방법 |
| DIN EN ISO 14891 | 2002 | 우유 및 유제품 - 질소 함량 측정 - DUMAS 원리에 따른 연소를 이용한 일상적인 방법 |
| DIN EN ISO 16634-2 | 2016 | 곡물, 맥류, 분쇄 곡물 제품, 유지 종자 및 동물 사료 - 듀마스 원리에 따른 연소에 의한 총 질소 함량 측정 및 조단백질 함량 계산 |
| EBC | 2016 | 켈달 및 듀마스법을 사용한 맥주, 맥아 및 맥아의 총 질소 측정 |
| EU Pharm05 TNb | 2005 | 총 단백질 |
| ICC 167 | 2000 | 듀마스 연소 원리에 의한 식품 및 사료용 곡물 및 곡물 제품의 조단백질 측정 |
| ISO 14891 | 2002 | 우유 및 유제품 - 질소 함량 측정 - 듀마스 연소 원리에 따른 연소를 이용한 일상적인 방법 |
다음 표준은 동물 사료에 대한 듀마에 따른 질소 측정값을 명시합니다(발췌):
| 표준 | 년도 | 제목 |
| AOAC 99003 | 1998 | 동물 사료의 단백질(원유) |
| AOCS Ba 4e93 | 1999 | 조단백질 측정을 위한 일반 연소 방법 |
| DIN EN ISO 16634-1 | 2008 | 식품 - 듀마스 원리에 따른 연소에 의한 총 질소 함량 측정 및 조단백질 함량 계산 - 파트 1: 유지종자 및 동물 사료 |
다음 표준은 토양 샘플, 식물 샘플 및 비료에 대한 듀마에 따른 질소 측정값을 지정합니다(발췌):
| 표준 | 년도 | 제목 |
| AOAC 99313 | 1997 | 비료의 질소(총량) |
| DIN EN 13654-2 | 2002 | 토양 개량제 및 재배 매체 - 질소 측정 - 파트 2: 듀마스법 |
| DIN ISO 13878 | 1998 | 토양 품질 - 건식 연소에 의한 총 질소 함량 측정(원소 분석) |
다음 표준은 폐기물에 대한 듀마스법에 따른 질소 측정값을 명시합니다(발췌):
| 표준 | 연도 | 제목 |
| DIN EN 16168 | 2016 | 슬러지, 처리된 바이오 폐기물 및 토양 - 건식 연소 방법을 사용한 총 질소 측정 |
다음 표준은 액체 연료에 대한 듀마스법에 따른 질소 측정값을 지정합니다(발췌):
| 표준 | 연도 | 제목 |
| ISO 18611-2 | 2014 | 선박 및 해양 기술 - 선박용 NOx 저감제 AUS 40 - 파트 2: 시험 방법 |
| ISO 22241-2 | 2019 | 디젤 엔진 - NOx 저감제 AUS 32 |
다음 표준은 고무에 대한 듀마스법에 따른 질소 측정값을 지정합니다(발췌):
| 표준 | 년도 | 제목 |
| ISO 24698-1 | 2018 | 고무, 원료 - 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR)의 결합 아크릴로니트릴 함량 측정 - 파트 1: 연소(듀마스법) 방법 |
추가 정보
온디맨드 웨비나에서 듀마스 분석법과 켈달법에 따른 기존 단백질 측정법의 차이점, 듀마스에 따른 질소/단백질 측정의 기능, 듀마스 분석법의 적용 범위 및 시료 유형, 적합한 질소/단백질 분석기를 선택할 때 실험실에서 고려해야 할 결정 기준에 대해 자세히 알아보십시오.
언어: 영어 | 시간: 28분
웨비나 "듀마스 연소를 이용한 빠르고 정확한 질소-단백질 측정"
영상 요청
이메일로 해당 영상 링크를 받기위해 양식을 채워주세요.
무료 영상 제공에 대한 귀하의 계약상 조건은 당사의 개인 맞춤형 뉴스레터 구독입니다. "지금 요청하기" 버튼을 클릭하는 것은 귀하가 Elementar Korea Ltd. 및 그룹사로부터 개인 맞춤형 이메일 뉴스레터 수신과 이와 관련한 사용자 행동 분석, 그리고 가능한 경우 이 데이터와 당사 고객 데이터베이스의 귀하의 정보 통합에 동의함을 의미합니다.
그룹사로부터 뉴스레터를 수신하기 위해서는 상기 언급된 귀하의 개인 데이터를 그룹사에 전송할 필요가 있습니다. 이러한 데이터 전송은 계약상 필요합니다.
귀하가 개인 맞춤형 뉴스레터 구독한다는 것은 무료 동영상 제공에 대한 계약상 조건입니다. 귀하는 뉴스레터 구독을 언제든지 향후 취소 가능합니다. 또한 광고 목적으로 귀하의 데이터를 향후 사용하는 것에 대해 언제든지 거부할 수 있습니다. 자세한 내용은 당사의 개인정보 처리방침을 참조하시기 바랍니다.
켈달법과 듀마스법의 차이점에 대한 자세한 내용은 아래 기술 노트를 다운로드하세요.
애플리케이션 노트 "유제품의 듀마스 분석" 에서 우유 및 유제품 분석에서 듀마스법과 켈달법을 비교하는 방법을 확인할 수 있습니다.
고객 스포트라이트에서 뮌헨 공과대학교의 양조 및 식품 품질 연구 센터가 왜 기술 변화를 결정했는지, 그리고 현재 이 팀이 듀마스 분석기로 전환하여 식음료 품질 관리를 보다 효율적이고 지속 가능하게 만들고 있는 방법을 알아보세요.
