Détermination des protéines: Kjeldahl ou Dumas ?

Les protéines sont présentes en quantités plus ou moins importantes dans presque tous les aliments pour animaux et toutes les denrées alimentaires. La détermination de cette teneur en protéines par les fabricants est non seulement nécessaire pour l’information nutritionnelle, mais elle a également un impact significatif sur le prix du produit sur le marché. Mais sur quelle base peut-on déterminer quantitativement la teneur en protéines ?

La base de la détermination des protéines est l’élément chimique azote. C’est l’un des principaux constituants des protéines animales et végétales. Par conséquent, la teneur en azote l’alimentation humaine ou animale doit d’abord être déterminée avant que la teneur en protéines puisse être calculée à partir de cette valeur. Dans cet article, nous comparons deux méthodes analytiques pour la détermination de l’azote : la méthode Kjeldahl et la méthode Dumas.

La méthode classique de Kjeldahl est reconnue comme méthode de référence pour la détermination de l’azote depuis sa publication en 1883 et a longtemps été considérée comme incontestée. La méthode de combustion de Dumas (1833) est en fait beaucoup plus ancienne, mais n’a été reconnue comme méthode de référence pour la détermination de l’azote qu’au cours des dernières décennies.

Alors que Johan Kjeldahl travaille dans le laboratoire de la brasserie danoise Carlsberg à l’époque, notamment pour déterminer la teneur en protéines du moût de bière, Jean Dumas à Paris s’intéresse à l’analyse de la combustion des substances naturelles pour en déterminer la teneur en azote, en carbone et en hydrogène.

Ces applications fondamentalement différentes ont donné lieu à des approches instrumentales totalement différentes pour développer les méthodes analytiques qui porteront plus tard le nom de leurs inventeurs.

La digestion acide de Kjeldahl repose sur le principe de la digestion oxydative de l’échantillon par de l’acide sulfurique concentré et bouillant. L’azote lié est transformé en sels d’ammonium. Après dilution et ajout d’alcali concentré, l’ammoniac ainsi formé est distillé à partir de la solution. Cette opération est suivie d’un titrage avec de l’acide sulfurique ou de l’acide chlorhydrique. La réaction stœchiométrique et la concentration connue de la solution étalon permettent à l’utilisateur de déterminer quantitativement la teneur en azote.

Aujourd’hui, grâce aux progrès de l’automatisation, la méthode Kjeldahl peut être partiellement ou entièrement automatisée, ce qui la rend plus efficace et plus sûre. Une large gamme d’équipements est disponible.

C. Gerhardt propose différentes options de digestion automatisée ainsi que des laveurs de gaz pour capturer les vapeurs acides nocives. Divers appareils sont également disponibles pour la distillation, le titrage et le calcul des résultats.

La procédure analytique originale selon la méthode Dumas est la suivante : l’échantillon est mélangé à de l’oxyde de cuivre, puis chauffé à haute température avec de l’oxygène (O2). Le mélange gazeux qui en résulte est oxydé en eau, dioxyde de carbone, azote et oxydes d’azote (NOx) par une nouvelle addition d’oxyde de cuivre. Un fil de cuivre est ensuite utilisé pour réduire les oxydes d’azote en azote élémentaire (N2), qui passe à son tour dans une solution d’hydroxyde de potassium. Après avoir éliminé les sous-produits que sont le dioxyde de carbone et l’eau, le volume d’azote gazeux est mesuré et la teneur en azote de l’échantillon peut être calculée.

Heureusement, il existe aujourd’hui le N-Realyzer de C. Gerhardt, un système d’analyse entièrement automatisé qui peut effectuer une détermination de l’azote de manière presque entièrement indépendante, selon M. Dumas.

Le N-Realyzer utilise toujours les principes de base de la méthode manuelle. Cependant, au cours de l’analyse, le gaz vecteur traverse tout le système d’un bout à l’autre et est mesuré par un détecteur de conductivité thermique (TCD). À la fin de l’analyse, le TCD mesure un mélange de gaz vecteur et de N2. Cette différence de composition gazeuse crée une différence de tension qui peut être mesurée par le TCD et qui est ensuite utilisée pour calculer la teneur en azote de l’échantillon.

Les tests en anneau montrent que les deux méthodes déterminent les valeurs d’azote avec une grande précision. Si les deux méthodes donnent le même résultat et peuvent être utilisées comme méthodes de référence, quelle est l’importance de celle que je choisis dans mon laboratoire ? – Oui, certainement !

Comme nous l’avons déjà décrit, les approches analytiques des deux méthodes sont fondamentalement différentes et impliquent donc des exigences et des avantages ou inconvénients différents pour le laboratoire. La méthode Kjeldahl est une solution pratique, en particulier dans les laboratoires dont le débit d’échantillons est limité et dont les matrices d’échantillons varient. La pesée plus importante est donc un avantage, en particulier pour les échantillons inhomogènes ou liquides.

Dumas ne nécessite pratiquement pas de produits chimiques ou de catalyseurs nocifs et ne produit pas de fumées acides. Il n’a même pas besoin de l’espace précieux d’une sorbonne! De plus, le temps d’analyse avec Dumas est très court, quelques minutes seulement contre plusieurs heures avec Kjeldahl.

Les systèmes analytiques basés sur la méthode Dumas conviennent donc parfaitement aux laboratoires ayant un grand nombre d’échantillons à traiter.

En général, on peut dire que les deux méthodes de référence ont chacune leurs avantages distincts et que le choix de la méthode la mieux adaptée à votre laboratoire nécessite toujours une analyse précise de la situation actuelle.