Food products - Determination of the total nitrogen content by combustion according to the Dumas principle and calculation of the crude protein content

Produits alimentaires - Détermination de la teneur en azote total par combustion selon le principe Dumas et calcul de la teneur en protéines brutes

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01-Jul-2005
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ISO/DIS 16634.2 - Food products - Determination of the total nitrogen content by combustion according to the Dumas principle and calculation of the crude protein content
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ISO/DIS 16634.2 - Produits alimentaires - Détermination de la teneur en azote total par combustion selon le principe Dumas et calcul de la teneur en protéines brutes
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 16634.2
ISO/TC 34 Secretariat: MSZT
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2006-05-11 2006-07-11

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Cereals, pulses, milled cereal products, oilseeds and animal
feeding stuffs — Determination of the total nitrogen content by
combustion according to the Dumas principle and calculation of
the crude protein content

Céréales, légumineuses, produits céréaliers de mouture, graines oléagineuses et aliments des animaux —

Détermination de la teneur en azote total par combustion selon le principe Dumas et calcul de la teneur en

protéines brutes
ICS 65.120; 67.060; 67.200
ISO/CEN PARALLEL ENQUIRY

The CEN Secretary-General has advised the ISO Secretary-General that this ISO/DIS covers a subject

of interest to European standardization. In accordance with the ISO-lead mode of collaboration as

defined in the Vienna Agreement, consultation on this ISO/DIS has the same effect for CEN

members as would a CEN enquiry on a draft European Standard. Should this draft be accepted, a

final draft, established on the basis of comments received, will be submitted to a parallel two-month FDIS

vote in ISO and formal vote in CEN.

To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.

ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication

stage.

Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du

secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au

Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.

THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY NOT BE

REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.

IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT

INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO

WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
© International Organization for Standardization, 2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/DIS 16634.2
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This ISO document is a Draft International Standard and is copyright-protected by ISO. Except as permitted

under the applicable laws of the user's country, neither this ISO draft nor any extract from it may be

reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic, photocopying,

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Requests for permission to reproduce should be addressed to either ISO at the address below or ISO's

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Violators may be prosecuted.
ii ISO 2006 – All rights reserved
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ISO/DIS 16634.2
Contents Page

1 Scope ............................................................................................................................................... 1

2 Normative references ...................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions...................................................................................................................... 1

4 Principle........................................................................................................................................... 2

5 Reagents .......................................................................................................................................... 2

6 Apparatus......................................................................................................................................... 3

7 Sampling.......................................................................................................................................... 4

8 Preparation of test sample .............................................................................................................. 4

9 Procedure......................................................................................................................................... 4

9.1 General............................................................................................................................................. 4

9.2 Test portion...................................................................................................................................... 5

9.3 Control of oxygen demand.............................................................................................................. 5

9.4 Calibration........................................................................................................................................ 5

9.5 Determination .................................................................................................................................. 5

9.6 Detection and integration................................................................................................................ 6

10 Calculation and expression of results............................................................................................ 6

10.1 Calculation....................................................................................................................................... 6

10.1.1 Nitrogen content.............................................................................................................................. 6

10.1.2 Crude protein content ..................................................................................................................... 6

10.2 Expression of results ...................................................................................................................... 7

11 Precision.......................................................................................................................................... 7

11.1 Interlaboratory tests ........................................................................................................................ 7

11.2 Repeatability .................................................................................................................................... 7

11.3 Reproducibility ................................................................................................................................ 7

12 Test report........................................................................................................................................ 7

Annex A (informative) Flowchart for the basic design of a Dumas apparatus........................................... 9

Annex B (informative) Schemes of suitable types of Dumas apparatus.................................................. 10

Annex C (informative) Equipment calibration ........................................................................................... 13

C.1 Calibration compounds................................................................................................................. 13

C.2 Examples for calculation of the estimated oxygen demand........................................................ 13

C.2.1 Example 1....................................................................................................................................... 13

C.2.2 Example 2....................................................................................................................................... 14

Annex D (informative) Factors for converting nitrogen content to protein content ................................ 15

Annex E (informative) Result of collaborative studies .............................................................................. 1

E.1 General............................................................................................................................................. 1

E.2 Abbreviations................................................................................................................................... 1

E.3 Precision data.................................................................................................................................. 2

Annex F (informative) Relationship between Dumas Nitrogen and Kjeldahl Nitrogen............................ 14

© ISO 2006 – All rights reserved iii
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ISO/DIS 16634.2
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 16634 was prepared by Technical Committee ISO/TC 34, Food products.
iv © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO/DIS 16634.2
Introduction

For a long time the Kjeldahl method has been the most frequently used method for the determination of

protein content of food products. However, in the recent years the Kjeldahl method has increasingly been

replaced by the Dumas method which is faster and does not use dangerous chemicals. Although the

principles of the two methods are different, both measure the nitrogen content of the product. Nitrogen can be

converted into protein content by using an appropriate factor. The value of this factor varies with the relative

amounts of different proteins and their amino acid composition in the given product.

Neither the Dumas nor the Kjeldahl method distinguishes between protein and non-protein nitrogen. In most

cases results obtained by the Dumas method are slightly higher than those of the Kjeldahl method. This is due

to the fact that the Dumas method measures almost all of the non-protein nitrogen but the Kjeldahl method

measures only a part of it.

Taking into consideration that the calculated protein content of a product by both methods only approximates

the true value, it is a matter of decision which one is accepted. The most appropriate solution should be the

use of a second factor for the elimination of the systematic error caused by the non-protein nitrogen content of

the different products. However, this second factor must be determined for each product, similarly to the

existing factors, which show the ratio of the protein and the nitrogen content.
© ISO 2006 – All rights reserved v
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 16634.2
Cereals, pulses, milled cereal products, oilseeds and animal
feeding stuffs — Determination of the total nitrogen content by
combustion according to the Dumas principle and calculation of
the crude protein content
1 Scope

This International Standard specifies a method for the determination of the total nitrogen content and the

calculation of crude protein content of cereals, pulses, milled cereal products, oilseeds and animal feeding

stuffs.

This method, similarly to the Kjeldahl method, does not distinguish between protein nitrogen and non-protein

nitrogen. For the calculation of protein content various conversion factors are used (see Annex D).

This method is not applicable to milk and milk products, for which a method is specified in

ISO 14891 I IDF 185.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.
ISO 664, Oilseeds — Reduction of laboratory sample to test sample
ISO 665, Oilseeds — Determination of moisture and volatile matter content

ISO 712, Cereals and cereal products — Determination of moisture content — Routine reference method

ISO 771, Oilseed residues — Determination of moisture and volatile matter content

ISO 6496, Animal feeding stuffs — Determination of moisture and other volatile matter content

ISO 6498, Animal feeding stuffs — Preparation of test samples

ISO 6540, Maize — Determination of moisture content (on milled grains and on whole grains)

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
nitrogen content

mass fraction of the total nitrogen determined by the procedure specified in this International Standard

NOTE The nitrogen content is expressed as a mass fraction in percent.
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ISO/DIS 16634.2
3.2
crude protein content
nitrogen content (3.1) multiplied by a factor, usually 6,25
NOTE 1 The factor 5,7 is used for wheat, rye and their milled products.

NOTE 2 A listing of other factors for possible use with various commodities is given in Annex D.

NOTE 3 As the method uses the same factors as the Kjeldahl method, the use of these factors has to be verified due

to the slight difference in results between the Kjeldahl and Dumas methods
4 Principle

Samples are converted to gases by heating in a combustion tube gasifies samples. All interfering components

are removed from the resulting gas mixture. The nitrogen compounds of the gas mixture or a representative

part of them are/is converted to molecular nitrogen, which is quantitatively determined by a thermal

conductivity detector. The nitrogen content is calculated by a microprocessor.
5 Reagents

Use only reagents of recognized analytical grade, or reagents of equivalent purity as specified by instrument

manufacturers. Except for the reference materials (5.12) all reagents shall be free from nitrogen.

5.1 Carrier gas(es): use one of the following.

5.1.1 Carbon dioxide (CO ), as pure as possible and not less than 99,99 % (volume fraction).

5.1.2 Helium (He), as pure as possible and not less than 99,99 % (volume fraction).

5.2 Oxygen (O ), as pure as possible and not less than 99,99 % (volume fraction).

5.3 SO and halogens absorbent, to eliminate any sulfur from the sample [e.g. lead chromate (PbCrO ) or

2 4
steel wool].

5.4 Copper oxide platinum catalyst (filling material for the post-combustion tube).

Platinum catalyst (5 % of Pt on Al O ) is blended with CuO at a ratio of 1:7 parts or 1:8 parts according to the

2 3
manufacturer’s recommendations.

To prevent separation as a result of the different bulk densities of the two materials it is not recommended to

prepare the mixture before filling the tube. It is advisable to pour the platinum catalyst and copper oxide

simultaneously into the post-combustion tube using a suitable funnel.
5.5 Silver or copper wool

This should be disaggregated before being inserted in the post-combustion or reduction tube.

5.6 Silica (quartz) or glass wool or cotton wool, as recommended by the instrument manufacturer.

5.7 Copper (wire, cuttings, turnings or powder), for the reduction tube.
Alternatively tungsten may be used as a catalyst.

The use of copper wires will improve the precision of analytical results for samples with low nitrogen contents

(about a mass fraction of 1 %).
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ISO/DIS 16634.2

5.8 Diphosphorus pentoxide (P O ) or granulated magnesium perchlorate [Mg(ClO ) ], or another

2 5 4 2
suitable support material, to fill the drying tubes.

5.9 Hollow corundum spheres or pellets of aluminium oxide, for the combustion tube.

5.10 Copper oxide (CuO), as filling material for the combustion tube.
5.11 Sodium hydroxide (NaOH), on a support material.

5.12 Aspartic acid (C H NO ) or ethylenediaminetetraacetic acid (C H N O ) or glutamic acid

4 7 4 10 16 2 8

(C H NO ) or hippuric acid (C H NO ) standard, or other suitable reference materials with known, constant,

5 9 4 9 9 3
certified nitrogen content.
Minimum assay should be a mass fraction of 99 %.
5.13 Light petroleum, with boiling range between 30 °C and 60 °C.
Alternatively acetone or ethanol may be used.
6 Apparatus
Usual laboratory equipment and, in particular, the following.
6.1 Analytical balance, capable of weighing to the nearest 0,0001 g.
6.2 Grinding device, appropriate to the nature of the sample.
6.3 Sieve, of aperture size 0,80 mm or 1 mm made of iron-free material.

6.4 Crucibles (e.g. made of stainless steel, quartz, ceramic or platinum) or tin capsules, suitable for the

Dumas apparatus used.
NOTE 1 Several commercial instruments are provided with an automatic sampler.
NOTE 2 Some solid samples (e.g. powders) can be pressed to form pellets.

6.5 Dumas apparatus , fitted with a furnace able to maintain a given temperature greater then or equal to

850 °C, with a thermal conductivity detector and suitable device for signal integration.

Suitable types of Dumas apparatus available on the market operate according to the general flowchart given

in Annex A, although different arrangements and components may be used.

NOTE Schemes of three available instruments are shown as examples in the Annex B (Figures B.1, B.2 and B.3).

To avoid leaks, the O-rings used for sealing shall be slightly lubricated with high-vacuum grease prior to

installation.

Experience has shown that it is important to clean all pieces of silica and glassware carefully and to remove

fingerprints from the tubes using a suitable solvent (e.g. acetone) before inserting them in the furnace.

1) Dumas apparatus from the manufacturers Elementar Analysensysteme GmbH, Sumika Chemical Analysis Service,

Ltd and LECO Instruments are examples of suitable equipment available commercially. This information is given for the

convenience of users of this International Standard and does not constitute an endorsement by ISO of this equipment.

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ISO/DIS 16634.2
7 Sampling

A representative sample should have been sent to the laboratory. It should not have been damaged or

changed during transport or storage.

Sampling is not part of the method specified in this International Standard. Recommended sampling methods

are given in ISO 542 for oilseeds, in ISO 5500 for oilseed residues, in ISO 13690 for cereals, pulses and

milled products and in ISO 6497 for animal feeding stuffs.
8 Preparation of test sample

The laboratory sample shall be prepared in such a way that a homogeneous test sample is obtained, which is

representative for the product ISO 664 or ISO 6498.

Using a suitable grinding device (6.2), grind the laboratory sample in order to obtain a relative standard

deviation ( RSD) of less 2 % on all products (over 10 successive runs). Generally, this condition is met when

the ground samples pass through the sieve (6.3), aperture 0,80 mm, for small sample sizes (under 300 mg),

[15]

or the sieve, aperture 1 mm, for larger sample sizes (300 mg or more) . Mills that produce particle sizes

meeting the specifications given in Table 1 will give acceptable results.
Table 1 — Required particle size
Aperture size of sieve
Amount passing through sieve
(%)
( μm)
710 100
500 95 to 100
200 85 or less

Grinding may result in moisture loss and therefore the moisture content of the ground sample should also be

analysed when reporting nitrogen or protein values to dry matter or a constant moisture basis. Determination

of the moisture shall be carried out according to the relevant International Standards: ISO 665, ISO 712,

ISO 771, ISO 6496 or ISO 6498.

The grinder efficiency may be checked by replicate preparation of ground samples of a 2:1 mixture of corn

and soya seeds. The expected RSD should be less than a mass fraction of 2 %.
9 Procedure
9.1 General

Carefully follow the manufacturer's instructions for instrument set-up, optimization, calibration and operation.

Switch the instrument on and allow it to stabilize as defined in local procedures.

An instrument performance test should be made daily, using reference material according to 5.12. The

recovery of nitrogen should be > 99,0 %.

A method performance and applicability test shall be carried out for each type of sample material for each

batch, using reference materials with certified nitrogen content.
4 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO/DIS 16634.2
9.2 Test portion

Weigh at least 0,1 g of the test sample to the nearest 0,0001 g, into a crucible or tin capsule (6.4). For

samples low in protein (a mass fraction of < 1 %), the amount of the test portion may be increased up to 3,5 g,

depending on both the type of the Dumas equipment used and the nature of the test portion.

If samples contain over 17 % moisture, dry them before analysis.
9.3 Control of oxygen demand

Some types of Dumas equipment require an estimate of the oxygen demand of the test portion. The

calculated oxygen demand of some compounds used for calibration is given in Annex C. For instruments with

a self-optimizing oxygen control, a residual oxygen content between 2 % and 8 % is required.

Conduct five atmospheric blank determinations, each using an equivalent mass of sucrose in place of the

sample, with each set of nitrogen or protein determinations to mimic the test sample run. The sucrose blank

provides the amount of nitrogen that is introduced by the atmospheric gases and is trapped within a powdered

organic material source. Use the mean value of the atmospheric blank determinations as an error correction in

the calculation of the nitrogen or protein determination of each test sample.
9.4 Calibration

Use pure compounds with known constant nitrogen content, e.g. aspartic acid (5.12), as standards for

longterm instrument calibration. Analyse, in duplicate three pure compounds each with three different

concentrations, chosen according to the measurement range of the actual samples.

To prepare a calibration curve, the compound and the amount used should be chosen to ensure that an

absolute amount of nitrogen between 4 mg and 200 mg can be detected. For calibration, use 10 to 20 (or

more) standard samples to equally cover the mass range up to 200 mg of nitrogen. Above 200 mg of nitrogen,

the calibration curve is expected to be non-linear. In this non-linear section, several short segments may be

used for calibration. To assure the quality of calibration in this region, standard samples should be increased

in steps of 1 mg to 5 mg of nitrogen.
Calibration may also be performed using aqueous standard solutions.

Before starting a series of determinations, check instrument response by running at least three replicate

standards of known content. When the response is constant and the values obtained correspond to the long-

term calibration as established above, proceed with the determination of the daily calibration factor by

analysing at least four replicate standard samples representing a nitrogen mass higher than the samples to be

analysed.
Use this factor for calibration of the measurement series.

Full-range re-calibration is necessary if the daily calibration factor deviates from its expected value by more

than 10 %, or if essential parts of the instrument that have a direct influence on calibration (e.g. thermal

conductivity detector) have been replaced.
9.5 Determination

With the instrument under operating conditions, introduce the test portion according to the manufacturer's

instructions.

During analysis, the following processes take place in the instrument (see Figure B.1, B.2 or B 3).

The test portion is quantitatively combusted under standardized conditions at temperatures between 850 °C

and 1 200 °C depending on the instrument and the material being tested.
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ISO/DIS 16634.2

Volatile decomposition products (mainly N , NO , CO , H O) are transported by the carrier gas (5.1) through

2 2 2
the instrument.

The nitrogen oxides are reduced to molecular nitrogen and the excess of oxygen is bound on the copper or

tungsten in the reduction column (5.7).

Water is removed by means of a condenser filled by magnesium diphosphorus pentoxid or other drying

agents (5.8). Unless carbon dioxide is used as carrier gas (5.1.1), it is removed by being passed over a

suitable absorbent, e.g. sodium hydroxide on a supporting material (5.11).

Interfering compounds (e.g. volatile halogen and sulfur compounds) are removed by absorbents (5.3) or

contact materials [e.g. silver wool (5.5) or sodium hydroxide on a suitable support material (5.11)].

The nitrogen in the residual gas mixture consisting of nitrogen and carrier gas is passed through a thermal

conductivity detector.
9.6 Detection and integration

For quantitative nitrogen determination the instrument uses a sensitive thermal conductivity cell that is

optimized for the carrier gas employed and which may have automatic zero adjustment between the

measurement of the test portions. After amplification and analog/digital conversion of the detector signal, data

obtained are processed by peripheral microprocessor hardware.
10 Calculation and expression of results
10.1 Calculation
10.1.1 Nitrogen content

Results for the total nitrogen content, w , expressed as a mass fraction in percent, are usually available from

instrument printouts.
10.1.2 Crude protein content

The crude protein content, w , expressed as a mass fraction in percent, is obtained by using the following

equation:
w = w ⋅ F
p N
where

w is the numerical value of the nitrogen content, expressed as a mass fraction in percent of the

sample at its natural moisture content,

F is the agreed ratio factor that is 5,7 for wheat, rye and their milled products, and 6,25 for other

commodities (see also Annex D).

On request the crude protein content may be expressed as a mass fraction of the dry matter by using the

following equation:
100 w
w =
100 − w
where
6 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO/DIS 16634.2

w is the numerical value of the crude protein content, expressed as a mass fraction in percent of the

dry matter,

w is the numerical value of the moisture content, expressed as a percentage by mass, determined

according to ISO 665, ISO 712, ISO 771, ISO 6496 or ISO 6498.
10.2 Expression of results

Express the results to three significant figures (e.g. 9,53 % or 20,5 % or 35,4 %).

11 Precision
11.1 Interlaboratory tests

Details of interlaboratory tests on the precision of the method are summarized in Annex E.

The values derived for these interlaboratory tests may not be applicable to concentration ranges and matrices

other than those given.
11.2 Repeatability

The absolute difference between two independent single test results, obtained using the same method on

identical test material in the same laboratory by the same operator using the same equipment within a short

interval of time, will in not more than 5 % of cases be greater than

a mass fraction of 0,1 % if the sample contains less than a mass fraction of 4 % nitrogen, and

2 % of the nitrogen content if the sample contains a mass fraction of 4 % or more nitrogen.

11.3 Reproducibility

The absolute difference between two single test results, obtained using the same method on identical test

material in different laboratories with different operators using different equipment, will in not more than 5 % of

cases be greater
a mass f
...

PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 16634.2
ISO/TC 34 Secrétariat: MSZT
Début de vote: Vote clos le:
2006-05-11 2006-07-11

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Céréales, légumineuses, produits céréaliers de mouture, graines
oléagineuses et aliments des animaux — Détermination de la
teneur en azote total par combustion selon le principe Dumas et
calcul de la teneur en protéines brutes

Cereals, pulses, milled cereal products, oilseeds and animal feeding stuffs — Determination of the total nitrogen

content by combustion according to the Dumas principle and calculation of the crude protein content

ICS 65.120; 67.060; 67.200
ENQUÊTE PARALLÈLE ISO/CEN

Le Secrétaire général du CEN a informé le Secrétaire général de l'ISO que le présent ISO/DIS couvre un

sujet présentant un intérêt pour la normalisation européenne. Conformément au mode de

collaboration sous la direction de l'ISO, tel que défini dans l'Accord de Vienne, une consultation

sur cet ISO/DIS a la même portée pour les membres du CEN qu'une enquête au sein du CEN sur

un projet de Norme européenne. En cas d'acceptation de ce projet, un projet final, établi sur la base

des observations reçues, sera soumis en parallèle à un vote de deux mois sur le FDIS au sein de l'ISO et

à un vote formel au sein du CEN.

Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du

secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au

Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.

To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.

ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication

stage.

CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT

ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.

OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET

COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE

CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA

RÉGLEMENTATION NATIONALE.
© Organisation internationale de normalisation, 2006
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ISO/DIS 16634.2
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peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence

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le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
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Sauf autorisé par les lois en matière de droits d'auteur du pays utilisateur, aucune partie de ce projet ISO ne

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et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, les enregistrements ou autres,

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ISO/DIS 16634.2
Sommaire Page

Avant-propos .....................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application..........................................................................................................................1

2 Références normatives.........................................................................................................................1

3 Termes et définitions ............................................................................................................................1

4 Principe...................................................................................................................................................2

5 Réactifs...................................................................................................................................................2

6 Appareillage...........................................................................................................................................3

7 Échantillonnage.....................................................................................................................................4

8 Préparation de l’échantillon pour essai ..............................................................................................4

9 Mode opératoire.....................................................................................................................................5

9.1 Généralités.............................................................................................................................................5

9.2 Prise d’essai...........................................................................................................................................5

9.3 Contrôle du besoin en oxygène...........................................................................................................5

9.4 Étalonnage.............................................................................................................................................5

9.5 Dosage....................................................................................................................................................6

9.6 Détection et intégration ........................................................................................................................6

10 Calcul et expression des résultats ......................................................................................................6

10.1 Calcul......................................................................................................................................................6

10.1.1 Teneur en azote .....................................................................................................................................6

10.1.2 Teneur en protéines brutes ..................................................................................................................7

10.2 Expression des résultats......................................................................................................................7

11 Fidélité....................................................................................................................................................7

11.1 Essais interlaboratoires........................................................................................................................7

11.2 Répétabilité............................................................................................................................................7

11.3 Reproductibilité.....................................................................................................................................8

12 Rapport d’essai......................................................................................................................................8

Annexe A (informative) Organigramme élémentaire d’un appareil de Dumas .............................................9

Annexe B (informative) Schéma d’appareils de Dumas appropriés............................................................10

Annexe C (informative) Étalonnage du matériel ............................................................................................13

C.1 Étalonnage des composés .................................................................................................................13

C.2 Exemples pour le calcul de l’estimation du besoin en oxygène ....................................................13

C.2.1 Exemple 1.............................................................................................................................................13

C.2.2 Exemple 2.............................................................................................................................................14

Annexe D (informative) Facteurs de conversion pour obtenir la teneur en protéines à partir de la

teneur en azote ....................................................................................................................................15

Annexe E (informative) Résultat des essais interlaboratoires.....................................................................16

E.1 Généralités...........................................................................................................................................16

E.2 Abréviations.........................................................................................................................................16

E.3 Données de fidélité..............................................................................................................................17

Annexe F (informative) Rapport entre l’azote Dumas et l’azote Kjeldahl....................................................29

Bibliographie.....................................................................................................................................................35

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ISO/DIS 16634.2
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 16634.2 a été élaborée par l’ISO/TC 34, Produits alimentaires, en collaboration avec le CEN/TC 327,

Aliments des animaux - Méthodes d'échantillonnage et d'analyse.
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ISO/DIS 16634.2
Introduction

Longtemps, la méthode Kjeldahl a été la méthode la plus fréquemment utilisée pour la détermination de la

teneur en protéines des produits alimentaires. Cependant, au cours des dernières années, elle a de plus en

plus souvent été remplacée par la méthode de Dumas qui est plus rapide et n’utilise pas de produits

chimiques dangereux. Bien que les principes des deux méthodes soient différents, toutes deux mesurent le

teneur en azote du produit. Il est possible de convertir l’azote pour obtenir la teneur en protéines à l’aide d’un

facteur approprié. La valeur de ce facteur varie avec les quantités relatives des différentes protéines et leur

composition en acides aminés dans le produit donné.

Ni la méthode de Dumas ni la méthode Kjeldahl ne distinguent l’azote protéique de l’azote non protéique.

Dans la plupart des cas, les résultats obtenus avec la méthode de Dumas sont légèrement supérieurs à ceux

produits par la méthode Kjeldahl. En effet, la méthode de Dumas mesure presque tout l’azote non protéique

alors que la méthode Kjeldahl n’en mesure qu’une partie.

Compte tenu du fait que la teneur en protéines d’un produit calculée à l’aide des deux méthodes ne fait que

se rapprocher de la valeur vraie, il appartient de décider laquelle est acceptée. La solution la plus appropriée

consiste à utiliser un second facteur afin d’éliminer l’erreur systématique causée par la teneur en azote non

protéique des différents produits. Néanmoins, ce second facteur doit être déterminé pour chaque produit, tout

comme les facteurs existants qui présentent le rapport de la teneur en protéines en fonction de la teneur en

azote.
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 16634.2
Céréales, légumineuses, produits céréaliers de mouture, graines
oléagineuses et aliments des animaux — Détermination de la
teneur en azote total par combustion selon le principe Dumas et
calcul de la teneur en protéines brutes
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale spécifie une méthode pour la détermination de la teneur en azote total et le

calcul de la teneur en protéines brutes des céréales, des légumineuses, des produits céréaliers de mouture,

des graines oléagineuses et des aliments pour animaux.

Cette méthode, comme la méthode Kjeldahl, ne distingue pas l’azote protéique de l’azote non protéique.

Divers facteurs de conversion sont utilisés pour le calcul de la teneur en protéines (voir l’Annexe D).

Cette méthode ne s’applique pas au lait et aux produits laitiers, pour lesquels une méthode est spécifiée dans

l’ISO 14891 I IDF 185.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les

références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 664, Graines oléagineuses — Réduction de l'échantillon pour laboratoire en échantillon pour essai.

ISO 665, Graines oléagineuses — Détermination de la teneur en eau et en matières volatiles.

ISO 712, Céréales et produits céréaliers — Détermination de la teneur en eau — Méthode de référence

pratique.

ISO 771, Tourteaux de graines oléagineuses — Détermination de la teneur en eau et en matières volatiles.

ISO 6496, Aliments des animaux — Détermination de la teneur en eau et en matières volatiles.

ISO 6498, Aliments des animaux — Préparations des échantillons pour essai.

ISO 6540, Maïs — Détermination de la teneur en eau (sur grains broyés et sur grains entiers).

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

3.1
teneur en azote

fraction massique de l’azote total, déterminée selon le mode opératoire spécifié dans la présente Norme

internationale
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NOTE La teneur en azote est exprimée en g pour 100 g.
3.2
teneur en protéines brutes
teneur en azote (3.1) multipliée par un facteur, généralement égal à 6,25

NOTE 1 Le facteur 5,7 peut être utilisé pour le blé, le seigle et leurs produits de mouture.

NOTE 2 Une liste d’autres facteurs pouvant être utilisés selon les différents produits est donnée à l’Annexe D.

NOTE 3 Étant donné que la méthode utilise les mêmes facteurs que la méthode Kjeldahl, le recours à ces facteurs doit

être vérifié en raison de la légère différence dans les résultats obtenus avec les méthodes Kjeldahl et de Dumas.

4 Principe

Combustion des échantillons dans un tube à combustion. Élimination de tous les composants interférents du

mélange gazeux obtenu. Transformation en azote moléculaire des composés azotés du mélange gazeux ou

d’une partie représentative de ceux-ci. Dosage quantitatif au moyen d’un détecteur à conductivité thermique.

Calcul sur système informatique de la teneur en azote de l’échantillon.
5 Réactifs

Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique reconnue ou des réactifs d’une pureté équivalente selon

les spécifications des fabricants d’appareils. À l’exception des matériaux de référence (5.12), aucun réactif ne

doit contenir d’azote.
5.1 Gaz vecteur(s) : utiliser l’un des gaz cités ci-après.

5.1.1 Dioxyde de carbone (CO ), aussi pur que possible et au minimum à 99,99 % (fraction volumique).

5.1.2 Hélium (He), aussi pur que possible et au minimum à 99,99 % (fraction volumique).

5.2 Oxygène (O ), aussi pur que possible et au minimum à 99,99 % (fraction volumique).

5.3 Produit absorbant le SO et les halogènes, par exemple le chromate de plomb (PbCrO ) ou la laine

2 4
d’acier, afin d’éliminer toute trace de composés soufrés de l’échantillon.

5.4 Catalyseur au platine et à l’oxyde de cuivre (matériau de remplissage du tube de postcombustion).

O ) est mélangé à de l’oxyde de cuivre CuO dans un rapport de 1:7
Le catalyseur au platine (5 % de Pt sur Al
2 3
ou 1:8, selon les recommandations du fabricant.

Afin d’éviter une séparation de ces deux matériaux en raison de leurs masses volumiques différentes, il n’est

pas recommandé de préparer le mélange avant de remplir le tube. Il est conseillé de verser simultanément le

catalyseur au platine et l’oxyde de cuivre dans le tube de postcombustion, en utilisant un entonnoir adapté.

5.5 Laine d’argent ou de cuivre

Il convient de désagréger la laine d’argent ou de cuivre avant de l’introduire dans le tube de postcombustion

ou de réduction.

5.6 Silice (quartz) ou laine de verre ou ouate, selon ce qui est recommandé par le fabricant d’appareils.

5.7 Cuivre (sous forme de fils, de copeaux, de tournures ou de poudre), pour le tube de réduction.

Il est également possible d’utiliser du tungstène comme catalyseur.
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L’utilisation de fils de cuivre améliorera la fidélité des résultats analytiques dans le cas d’échantillons à faibles

teneurs en azote (1 g pour 100 g environ).

5.8 Pentoxyde de phosphore (P O ) ou perchlorate de magnésium en granulés [Mg(ClO ) ] ou autre

2 5 4 2
matériau de support approprié, afin de remplir les tubes de déshydratation.

5.9 Sphères creuses de corindon ou pastilles d’oxyde d’aluminium, pour le tube de combustion.

5.10 Oxyde de cuivre (CuO), comme matériau pour le remplissage du tube de combustion.

5.11 Hydroxyde de sodium (NaOH), sur un matériau de support.

5.12 Composés étalons, par exemple acide aspartique (C H NO) ou acide éthylènediamine

4 7 4

tétraacétique (C H N O ) ou acide glutamique (C H NO ) ou acide hippurique (C H NO ), ou autres

10 16 2 8 5 9 4 9 9 3

matériaux de référence appropriés de teneur en azote certifiée, connue et constante.

Il convient que le dosage minimal soit égal à 99 %.

5.13 Éther de pétrole, dont le point d’ébullition est compris entre 30 °C et 60 °C.

Il est également possible d’utiliser de l’acétone ou de l’éthanol.
6 Appareillage
Matériel courant de laboratoire et en particulier les éléments cités ci-après.
6.1 Balance analytique, permettant des pesées à 0,0001 g lu.
6.2 Broyeur, adapté à la nature de l’échantillon.

6.3 Tamis, fabriqué dans un matériau ne comprenant pas de fer et dont le vide de maille est égal

à 0,80 mm ou 1 mm.

6.4 Creusets (par exemple en acier inoxydable, quartz, céramique ou platine) ou capsules en étain,

adaptés à l’appareil de Dumas utilisé.

NOTE 1 Un certain nombre d’appareils disponibles dans le commerce sont fournis avec un échantillonneur

automatique.

NOTE 2 Certains échantillons sous forme solide (par exemple des poudres) peuvent être agglomérés de façon à

obtenir des pastilles.

6.5 Appareil de Dumas équipé d’un four capable de maintenir une température donnée supérieure ou

égale à 850 °C, d’un détecteur à conductivité thermique et d’un dispositif d’intégration du signal.

Les appareils de Dumas disponibles sur le marché fonctionnent selon le principe général décrit dans

l’Annexe A, malgré des disparités d’aspect, de composition et de fonctionnement.

NOTE Les schémas correspondant à trois types d’appareils disponibles dans le commerce figurent, à titre d’exemple,

dans l’Annexe B (Figures B.1, B.2 et B.3).

L’appareil de Dumas produit par les fabricants Elementar Analysensysteme GmbH, Sumika Chemical Analysis

Service, Ltd et LECO Instruments sont des exemples d’appareillages appropriés disponibles dans le commerce. Cette

information est donnée par souci de commodité pour les utilisateurs de la présente Norme internationale et ne constitue

pas une recommandation de cet appareillage par l’ISO.
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Afin d’éviter les fuites, les joints toriques utilisés pour assurer l’étanchéité doivent être légèrement lubrifiés

avec une graisse compatible avec un vide poussé avant d’être mis en place.

L’expérience montre qu’il est important de nettoyer soigneusement toutes les pièces de silice et les matériaux

en verre, d’ôter les traces de doigts sur les tubes au moyen d’un solvant approprié (par exemple acétone)

avant de placer ces derniers dans le four.
7 Échantillonnage

Il convient qu’un échantillon représentatif ait été envoyé au laboratoire et qu’il n’ait pas été endommagé ou

modifié au cours du transport ou du stockage.

L’échantillonnage ne fait pas partie de la méthode spécifiée dans la présente Norme internationale. Des

méthodes d’échantillonnage recommandées sont données dans l’ISO 542 pour les graines oléagineuses,

dans l’ISO 5500 pour les tourteaux de graines oléagineuses, dans l’ISO 13690 pour les céréales,

légumineuses et produits de mouture et dans l’ISO 6497 pour les aliments des animaux.

8 Préparation de l’échantillon pour essai

L’échantillon de laboratoire doit être préparé de façon à obtenir un échantillon pour essai homogène et

représentatif du produit selon l’ISO 664 ou l’ISO 6498.

À l’aide d’un broyeur approprié (6.2), broyer l’échantillon de laboratoire de manière à obtenir un coefficient de

variation (RSD) inférieur à 2 % sur tous les produits (pour dix passages successifs). Généralement, cette

condition est satisfaite lorsque les échantillons broyés passent au travers du tamis (6.3) à vide de maille de

0,80 mm pour les échantillons de petite taille (inférieure à 300 mg) ou du tamis à vide de maille de 1 mm pour

[15]

les échantillons de taille plus élevée (300 mg ou plus) . Les broyeurs qui produisent des particules aux

dimensions répondant aux spécifications données dans le Tableau 1 donneront des résultats acceptables.

Tableau 1 — Dimension des particules requise
Vide de maille du tamis Quantité traversant le tamis
(µm) (%)
710 100
500 95 à 100
200 85 ou moins

Le broyage peut résulter en une perte d’humidité et, par conséquent, il convient d’analyser également la

teneur en humidité de l’échantillon broyé lorsque les valeurs relatives à l’azote et aux protéines sont

rapportées à la matière sèche ou à une base constante d’humidité. La détermination de l’humidité doit être

réalisée conformément aux Normes internationales pertinentes : ISO 665, ISO 712, ISO 771, ISO 6496 ou

ISO 6498.

L’efficacité du broyeur peut être vérifiée en analysant un mélange broyé de maïs et de graines de soja dans

un rapport de 2:1. Il convient que le coefficient de variation obtenu sur l’échantillon ainsi préparé soit inférieur

à 2 %.
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9 Mode opératoire
9.1 Généralités

Suivre attentivement les instructions du fabricant concernant l’installation, l’optimisation, l’étalonnage et

l’utilisation de l’appareil. Mettre l’appareil en position de marche et le laisser se stabiliser comme défini dans

les procédures locales.

Il convient de réaliser un essai de performance de l’appareil tous les jours, à l’aide d’un matériau de référence

conforme à 5.12. Il convient de récupérer l’azote à plus de 99,0 %.

Un essai de performance de la méthode et d’applicabilité doit être réalisé sur chaque type de matériau

d’échantillon pour chaque lot, à l’aide de matériaux de référence ayant une teneur en azote certifiée.

9.2 Prise d’essai

Peser, à 0,0001 g lu, au moins 0,1 g de l’échantillon pour essai dans un creuset ou une capsule en étain (6.4).

Pour les échantillons à faible teneur en protéines (< 1 g pour 100 g), la quantité de prise d’essai peut aller

jusqu’à 3,5 g, selon l’équipement de Dumas employé et la nature de la prise d’essai.

Si les échantillons contiennent plus de 17 % d’humidité, les sécher avant l’analyse.

9.3 Contrôle du besoin en oxygène

Pour certains types d’équipements de Dumas, il est nécessaire de procéder à une estimation du besoin en

oxygène de la prise d’essai. Le besoin en oxygène de certains composés utilisés pour l’étalonnage est donné

dans l’Annexe C. Pour les appareils équipés d’un moyen de contrôle de l’oxygène auto-optimisant, il est

nécessaire que la teneur résiduelle en oxygène soit comprise entre 2 % et 8 %.

Réaliser cinq dosages de blanc atmosphérique en utilisant pour chacun une masse équivalente de sucrose à

la place de l’échantillon, chaque ensemble de dosages de l’azote ou des protéines étant destiné à simuler

l’échantillon pour essai à analyser. Le blanc à base de sucrose fournit la quantité d’azote qui est apportée par

les gaz atmosphériques et piégée dans une source de matériau organique en poudre. Utiliser la valeur

moyenne des dosages de blanc atmosphérique comme une correction d’erreur dans le calcul du dosage de

l’azote ou des protéines de chaque échantillon pour essai.
9.4 Étalonnage

Utiliser des composés purs dont la teneur en azote est connue et constante, par exemple l’acide aspartique

(5.12), comme étalons pour l’étalonnage à long terme de l’appareil. Effectuer deux analyses de trois

composés purs, chacun à trois concentrations différentes, choisies selon la plage de mesure des échantillons

réels.

Pour l’élaboration de la courbe d’étalonnage, il convient de choisir le composé et sa quantité de façon à

pouvoir détecter une quantité absolue d’azote comprise entre 4 mg et 200 mg. Pour l’étalonnage, utiliser

entre 10 et 20 échantillons étalons (ou davantage), également répartis sur la gamme de masses de l’azote

allant jusqu’à 200 mg. Pour des quantités d’azote supérieures à 200 mg, la courbe d’étalonnage est

théoriquement non linéaire. Dans la section non linéaire, l’étalonnage peut être réalisé en plusieurs segments

de taille réduite. Afin de garantir la qualité de l’étalonnage dans cette gamme, il convient de faire des ajouts

par pas de 1 mg à 5 mg d’azote.

L’étalonnage peut également être effectué à l’aide de solutions aqueuses étalons.

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Avant de procéder à une série de déterminations, vérifier la qualité de réponse de l’appareil en soumettant à

l’essai au moins trois étalons dont la teneur en azote est connue. Lorsque la réponse est constante et que les

valeurs obtenues correspondent aux conditions de l’étalonnage à long terme définies précédemment,

procéder à la détermination du facteur d’étalonnage quotidien en analysant au moins quatre échantillons

étalons contenant plus d’azote que les échantillons à analyser.
Utiliser ce facteur pour étalonner la série de mesures de routine.

Un réétalonnage total est nécessaire si le facteur d’étalonnage quotidien s’écarte de plus de 10 % de la valeur

prévue ou si des composants essentiels de l’appareil, ayant une influence directe sur l’étalonnage (par

exemple le détecteur à conductivité thermique), ont été remplacés.
9.5 Dosage

L’appareil étant en marche et stabilisé, y introduire la prise d’essai conformément aux instructions du fabricant.

Pendant l’analyse, les processus suivants se déroulent dans l’appareil (voir les Figures B.1, B.2 ou B.3).

La prise d’essai est soumise à une combustion quantit
...

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