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Nutrición

22 de marzo de 2017

EL MITO DE LAS DIFERENCIAS ENTRE NITRÓGENO KJELDAHL Y DUMAS

Este artículo tiene como objetivo entregar información clara y bien documentada para que se entienda bien la diferencia entre uno y otro método de análisis, y qué es finalmente lo más relevante para el productor. 

Bernardita Sallato C. – Directora Agroanálisis UC

Laboratorio de Servicios – Facultad de Agronomía e Ingeniería forestal

Más de alguien habrá escuchado el siguiente comentario “el análisis de laboratorio para el nitrógeno debe ser realizado mediante el método Kjeldahl porque los estándares de comparación se realizaron por este método” o incluso, “hay que hacer los análisis en laboratorios que usen Kjeldahl porque Dumas da valores entre 1 a 3% mayores”. Estas afirmaciones no están tan equivocadas, sin embargo, las conclusiones son incorrectas y confunden al productor.

Efectivamente el método Kjeldahl, desarrollado en 1883, fue el principal método utilizado por los centros de investigación para generar los estándares nutricionales de nitrógeno que actualmente usamos en el agro y que nos permiten verificar si nuestras plantas se encuentran con sus niveles nutricionales adecuados y con ello, programar la fertilización del cultivo o huerto.

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El método Kjeldahl corresponde a una digestión ácida donde el nitrógeno (N) total es convertido a NH4 y luego se analiza el NH4 mediante colorimetría. El método, efectivamente subestima los contenidos de nitrógeno que puedan existir en forma inorgánica o en forma de nucleótidos, sin embargo, estos niveles son bastante bajos (Simonne et al 1997). Por este motivo, no es raro que el método entregue valores levemente menores al método Dumas, sin embargo, las diferencias son insignificantes.

El método Kjeldahl, por ser un método más lento, complejo y que tiene mayor riesgo de pérdidas, ha venido siendo reemplazado por el método Dumas, que utiliza equipos automatizados de combustión seca. El método Dumas consiste en la transformación de todas las formas de nitrógeno en N gaseoso por calcinación y su determinación es por conductividad térmica (Sweeney y Rexroad, 1987), lo que se traduce en un método más rápido, exacto y consistente (Schmitter and Rihs, 1989).

A raíz de lo anterior, y tal como se han cuestionado muchos profesionales, existía la duda respecto a la equivalencia de ambos métodos, ya que los estándares de nitrógeno para la agroindustria, así como las tablas de conversión del nitrógeno a proteína para la medicina y la industria de los alimentos, fueron realizados con el método Kjeldahl.  Por lo que tanto los centros de investigación, las universidades e incluso el Organismo de Estandarización de Métodos de Análisis Internacional, AOAC, realizaron numerosos ensayos, en diferentes tipos de muestras, para verificar la equivalencia de ambos métodos de manera de poder seguir utilizando los mismos estándares y tablas de conversiones desarrollados con Kjeldahl.

EL MÉTODO KJELDAHL PUEDE SER REEMPLAZADO POR DUMAS 

Después de numerosos estudios científicos realizados en diferentes tipos de muestras, se demostró que ambos métodos entregan resultados de N total comparables y presentan una diferencia insignificante, especialmente para tejidos vegetales y frutos, por lo que no se justifica, a nivel de productor, una preferencia entre uno u otro método de análisis. Probablemente a nivel de laboratorio, se justifica la elección de uno u otro método, debido a que Dumas tiene menos riesgo de error  y su automatización implica mayor rapidez y menor costo del  análisis.

Tal como se oye, los estudios indican que efectivamente a pesar de las mínimas diferencias entre estos métodos de análisis de nitrógeno (Kjeldahl – Dumas), no presentan diferencias prácticas significativas. Las mayores diferencias que se han encontrado entre estos análisis son de Stitcher et al (1969), quienes indican que el valor de Dumas superó en no más de 1,4%, el valor obtenido por Kjeldahl, en muestras de fecas con alto contenido de materia orgánica. Para llevar este valor a un ejemplo agronómico, si tenemos un valor de N de 2,03% entregado por Dumas, este valor correspondería a un valor de 2,00% medido por Kjeldahl. En términos agronómicos la diferencia de 0,03 puntos porcentuales no representa una diferencia para la interpretación de los resultados y toma de decisiones (Stitcher et al 1969; Bellomonte et al 1987; Miller et al 2007). Algunos han interpretado erróneamente  esta diferencia  como si fuese en términos de puntos porcentuales, lo que equivaldría a que si la hoja tiene un 2,00% de N medido por Kjeldahl, Dumas entregaría un valor de 3,4%, lo que es un grave error y confunde a los productores.

Por su parte la AOAC, organismo internacional encargado de desarrollar los métodos oficiales de análisis de laboratorio, publicó los estudios de Miller et al (2007), quienes indican que el método Dumas entrega un 0,99% más que el método Kjeldahl. Si utilizamos el mismo ejemplo anterior, si el valor del análisis mediante Kjeldahl corresponde a 2,00% (valor normal en tejido foliar), el valor que entregaría el método Dumas sería 2,02%, por lo tanto, no representa una diferencia agronómica. 

Otros autores han evaluado los resultados obtenidos a lo largo de los años en los ensayos de aptitud de laboratorios. mediante los cuales se obtienen las certificaciones de calidad analítica, y han demostrado que el método Dumas supera en un máximo de 1,4% el valor de Kjeldhal (Thompson et al 2002). Las pequeñas diferencias entre los resultados obtenidos por distintos  autores, tienen relación al tipo de muestras. Simonne et al (1997), evaluaron más de 100 tipos de muestras y concluyen que el método Dumas puede reemplazar al método Kjeldahl para la determinación de nitrógeno total, entregando ambos métodos, un valor confiable de N total. Adicionalmente indican que para estimar el nitrógeno Kjeldahl, se debe seguir la siguiente formula.

N Kjeldahl = 1 x N Dumas – 0,09

Adicionalmente, estos autores entregan la razón entre N Kjeldahl: Dumas para los diferentes grupos de muestras, siendo la mayor diferencia para productos lácteos y menor para los tejidos vegetales, sin superar en ninguno de los casos un 1,0%, concluyendo que tanto para frutos como para vegetales, la diferencia que pueda tener el reemplazo del método Dumas por el método Kjeldahl, no tiene ninguna implicancia práctica.

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En el gráfico se puede ver los resultados publicados por Reussi el at (2008), quienes obtuvieron una conclusión equivalente a lo obtenido por Miller et al (2007) publicados por la AOAC. Como se puede ver, existe una alta correlación en el N total entregado por ambos métodos, con una probabilidad superior al 95%, en que se puede estimar el valor de Kjeldahl, multiplicando el valor Dumas por 0,99.

¿DONDE SE DEBE ENVIAR LAS MUESTRAS? 

Lo que tiene real importancia y que además es otro gran argumento que valida lo expuesto previamente, es que más que optar por un método de análisis en particular lo importante es que el laboratorio entregue el valor que corresponda.

Tanto a nivel nacional como a nivel internacional existen entidades certificadoras que validan la calidad analítica de los laboratorios. A nivel nacional la entidad que ha realizado el Programa de Normalización de Técnicas y de Acreditación de Laboratorios para el análisis de suelos y de tejidos vegetales corresponde a la Comisión de Normalización y Acreditación (CNA) de la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo (SCHCS) creada en 1997. El programa de acreditación de laboratorios entrega la nómina de laboratorios que informan resultados de análisis confiables según los patrones de trazabilidad e incertidumbre internacionales. Esta certificación está asociada a la calidad del resultado (valor entregado).

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En este contexto, a pesar de que  la metodología sugerida por la SCHCS corresponde al método Kjeldahl, descrito en los Métodos de análisis de Tejidos Vegetales (Sadzawka et al, 2007), no es mandatorio realizar el proceso mediante un método específico, lo que es realmente importante es el valor que reporte el laboratorio, siendo el valor entregado lo que acredita a un laboratorio, no el método. En la última ronda realizada el 2013 participaron 31 laboratorios a nivel nacional, de los cuales varios utilizan el método Dumas para la determinación de N total, un ejemplo es el Laboratorio de Servicios de Agronomía, Agroanalisis UC que se acreditó utilizando el método Dumas, al igual que varios otros laboratorios.  Cabe destacar que en esta misma ronda, solo dos laboratorios obtuvieron la acreditación para la totalidad de analíticas (15) en tejidos foliares. Es importante señalar que la acreditación que entrega la SCHCS a los laboratorios de suelo y foliar es para cada nutriente por separado, es decir, un laboratorio puede estar acreditado para solo algunos nutrientes, lo cual resulta ser una información mucho más relevante que el método analítico empleado.

El productor, por lo tanto, puede pedir la acreditación que entrega la SCHCS, en la que se detalla la totalidad de analíticas para las cuales el laboratorio entregó un resultado válido.

MÁS IMPORTANTE QUE EL MÉTODO ES LA VALIDEZ DEL RESULTADO

Las diferencias entre los métodos Kjeldahl y Dumas en tejidos vegetales no implican una diferencia agronómica que afecte la interpretación de los resultados, siendo no más de un 1,4% mayor en Dumas. Este valor de 1,4%, para una muestra con un nivel de nitrógeno 2,02% en Dumas correspondería a un 2,00%, si se midiera mediante Kjeldahl, lo que no implica un diferencia, ni cambiará el rango adecuado al cual se debe ajustar la planta.

Por lo tanto, más importante que el método que utilice el laboratorio es la validez del resultado entregado. Esto se puede verificar pidiendo la certificación del laboratorio para las analíticas de interés considerando que cada nutriente se acredita por separado.

REFERENCIAS

Bellomonte G, A. Constantini y S. Giammarioli. 1987. Comparison of modified automatic Dumas method and the traditional Kjeldahl method for nitrogen determination in infant food. J. Assoc of Anal Chem 70(2); 227 – 229.

Miller E.L, A.P. Bimbo, S.M. Barlow y B. Sheridan. 2007. Repeatibility and reproducibility of determination of the nitrogen content of fishmeal by the combustion (Dumas) method and comparison with Kjeldahl method: interlaboratory study. J AOAC 90(1): 6 – 20.

Reussi Calvo N., H. Echeverria y H. Sainz Rozas. 2008. Comparison between two plant nitrogen and sulphur determination methods: impact on wheat sulphur diagnostics. Cienc  suelo 26 (2) 161-167. ISSN 1850-2067.

Sadzawka R., A, M.A. Carrasco R., R. Demanet F., H. Flores P., R. Grez Z., M.L. Mora G., y A. Neaman. 2007a. Métodos de análisis de tejidos vegetales. Segunda edición. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Serie Actas INIA Nº 40, Santiago, Chile, 139 p.

Schmitter B.M y T. Rihs. 1989. Evaluation of a macrocombustion method for total nitrogen determination in feedstuffs. J. Agric Food Chem 37; 992 – 994.

Simonne A.H, E.H Simonne, R.R Eitenmiller, H.A. Mills y C.P Cresman. 1997. Could the Dumas Method Replace the Kjeldahl Digestion for Nitrogen and Crude Protein Determination in Foods? J. Sci Food Agric 73: 39 – 45.

Stitcher J.E, Jolliff CR y Hill RM. 1969. Comparison of Dumas and Kjeldahl methods for determination of nitrogen in feces. Clin Chem 15(3); 248 – 254.

Sweeney R.A y P.R. Rexroad. 1987. Comparison of LECO FP-228 ‘Nitrogen Determinator’ with AOAC copper catalyst Kjeldahl method for crude protein. J. AOAC 70: 1028-1030.

Thompson M., L. Owen, K. Wilkinson, R. Wood y A. Damant. 2002. A comparison of the Kjeldahl and Dumas methods for the determination of protein in foods, using data from a proficiency Testing Scheme. Analyst 127; 1666 – 1668.

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