Penentuan Kadar Protein dengan Metode Kjeldahl

Kemampuan menentukan kadar protein dalam bahan pangan, produk farmasi, maupun sampel biologis merupakan salah satu keterampilan analitik yang fundamental dalam kimia. Metode Kjeldahl merupakan salah satu metode yang paling populer untuk tujuan tersebut. Metode ini telah menjadi standar internasional dalam analisis protein selama lebih dari satu abad karena akurasi dan reproduktibilitasnya yang tinggi.

Prinsipnya sederhana namun elegan: nitrogen organik dalam sampel dikonversi menjadi ion amonium melalui pemanasan bersama asam sulfat pekat, kemudian amonia yang dibebaskan diukur secara titrimetri untuk memperoleh kadar nitrogen, yang selanjutnya dikalikan dengan faktor konversi tertentu untuk mendapatkan kadar protein.

Landasan Teori

1. Nitrogen sebagai Penanda Protein

Protein tersusun dari rantai panjang asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Setiap asam amino mengandung paling sedikit satu gugus amino (–NH₂) dan satu gugus karboksil (–COOH). Berbeda dari lemak dan karbohidrat yang sama sekali tidak mengandung nitrogen, protein secara konsisten mengandung nitrogen dalam proporsi yang relatif tetap, yakni rata-rata sekitar 16% dari massanya.

Fakta inilah yang menjadi landasan metode Kjeldahl: daripada mengukur protein secara langsung (yang sulit dilakukan), kita cukup mengukur kandungan nitrogen dalam sampel, lalu mengalikannya dengan faktor konversi (\(F\)) untuk memperkirakan kadar protein:

Hubungan dasar %N dan %Protein

\[\begin{aligned} F &= \frac{100\%}{\%N_\text{rata-rata}} = \frac{100}{16} = 6{,}25 \end{aligned}\]

\[\begin{aligned} \%\text{Protein} &= \%N \times F \end{aligned}\]

2. Faktor Konversi Nitrogen ke Protein (F)

Faktor \(F = 6{,}25\) adalah nilai umum yang berlaku untuk campuran protein acak. Namun, berbagai sumber protein memiliki komposisi asam amino yang berbeda, sehingga rata-rata persentase nitrogen tidak selalu tepat 16%. Oleh karena itu, dalam analisis yang lebih presisi, digunakan faktor \(F\) yang spesifik untuk masing-masing sumber, sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut.

Sumber Protein	%N Rata-rata (%)	Faktor F	Catatan
Umum/Daging/ Campuran	16,00	6,25	Nilai default jika sumber tidak diketahui
Susu/Kasein	15,67	6,38	Standar SNI untuk produk susu
Gandum/Tepung terigu	17,54	5,70	Digunakan untuk produk berbasis gluten
Kedelai	17,51	5,71	Isolat dan tepung kedelai
Gelatin	18,02	5,55	Tinggi Pro dan Gly, rendah Trp
Kacang tanah	16,67	6,00	Produk kacang dan legum tertentu

Catatan: Metode Kjeldahl mengukur total nitrogen dalam sampel, termasuk nitrogen yang berasal dari senyawa bukan protein (Non-Protein Nitrogen, NPN) seperti urea, kreatin, asam amino bebas, dan nukleotida. Adanya NPN menyebabkan kadar protein sedikit overestimated. Kasus ekstrem adalah pemalsuan susu dengan melamin (C₃H₆N₆) yang kaya nitrogen namun tidak bernilai gizi.

3. Gambaran Umum Metode Kjeldahl

Metode Kjeldahl terdiri dari tiga tahap berurutan:

I Destruksi

N organik dikonversi ke (NH₄)₂SO₄ oleh H₂SO₄ pekat pada suhu ~380–400°C

→

II Destilasi

NaOH ditambahkan; NH₄⁺ dibebaskan sebagai NH₃(g) dan ditangkap oleh larutan penyerap

→

III Titrasi

NH₃ yang tertangkap dititrasi; dari mol NH₃ dihitung mol N, lalu %N dan %protein

4. Tahap I: Destruksi

Sampel dipanaskan dalam labu Kjeldahl bersama H₂SO₄ pekat dan katalis (umumnya campuran K₂SO₄ dan CuSO₄, atau Se). Pemanasan pada suhu tinggi menyebabkan ikatan C–N, C–C, dan C–H dalam protein terputus. Karbon dan hidrogen teroksidasi menjadi CO₂ dan H₂O, sedangkan nitrogen organik dikonversi menjadi ion amonium NH₄⁺ dalam bentuk garam (NH₄)₂SO₄.

\[\ce{Protein\text{(N organik)} + H2SO4_{(pekat)} ->[\text{katalis},\, \Delta] (NH4)2SO4 + CO2(g) + H2O}\]

Proses destruksi dinyatakan selesai ketika larutan berubah menjadi jernih dan tidak berwarna atau biru pucat (jika menggunakan CuSO₄). Durasi destruksi umumnya 1–2 jam.

Fungsi katalis: K₂SO₄ berfungsi menaikkan titik didih H₂SO₄ sehingga suhu destruksi lebih tinggi; CuSO₄ atau Se berfungsi mempercepat reaksi oksidasi nitrogen. Tanpa katalis, destruksi berlangsung sangat lambat.

5. Tahap II: Destilasi

Setelah destruksi, larutan (NH₄)₂SO₄ dipindahkan ke unit destilasi. Larutan NaOH pekat ditambahkan secara berlebih untuk membuat suasana sangat basa (pH > 11). Dalam kondisi basa, ion amonium NH₄⁺ terurai melepaskan gas amonia NH₃.

\[\ce{(NH4)2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2NH3(g) + 2H2O}\]

Gas NH₃ yang terbentuk dialirkan melalui kondensor dan diserap oleh larutan penyerap. Terdapat dua pilihan larutan penyerap yang umum digunakan, dan pilihan ini menentukan metode titrasi yang akan digunakan pada tahap berikutnya.

6. Tahap III: Titrasi (Tiga Varian)

Berdasarkan jenis larutan penyerap dan metode titrasinya, terdapat tiga varian yang umum dijumpai dalam literatur maupun soal olimpiade.

Varian A: Titrasi Langsung (Penyerap H₃BO₃)

NH₃ diserap oleh larutan asam borat (H₃BO₃). Reaksi penyerapan membentuk ion dihidrogen borat yang bersifat basa:

Penyerapan: \[\ce{NH3 + H3BO3 -> NH4+ + H2BO3-}\]

Titrasi: \[\ce{H2BO3- + HCl -> H3BO3 + Cl-}\]

Karena H₂BO₃^- bereaksi dengan HCl dalam rasio 1:1, dan H₂BO₃^- terbentuk dari NH₃ dalam rasio 1:1, maka secara keseluruhan: 1 mol NH₃ setara dengan 1 mol HCl. Rumus perhitungannya:

Varian A: Titrasi Langsung

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl}} &= \frac{V_{\text{HCl}} \times N_{\text{HCl}}}{1000} \\[8pt] n_{\text{NH}_3} &= n_{\text{HCl}} \quad (\text{rasio 1:1}) \\[8pt] m_N\ (\text{mg}) &= n_{\text{NH}_3} \times M_N \times 1000 \\[8pt] \%N &= \frac{m_N\ (\text{mg})}{m_\text{sampel}\ (\text{mg})} \times 100\% \end{aligned}\]

Varian B: Back-Titration tanpa Blanko (Penyerap HCl Berlebih)

NH₃ diserap oleh larutan HCl standar yang disiapkan berlebih (volumenya sudah diketahui pasti). NH₃ bereaksi dengan sebagian HCl tersebut membentuk NH₄Cl.

Penyerapan: \[\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}\]

Sisa HCl yang tidak bereaksi dengan NH₃ kemudian dititrasi balik (back-titration) dengan NaOH standar hingga titik ekuivalen.

Back-titrasi: \[\ce{HCl_{(sisa)} + NaOH -> NaCl + H2O}\]

Mol NH₃ diperoleh dari selisih mol HCl awal dikurangi mol NaOH yang digunakan:

Varian B: Back-Titration tanpa Blanko

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl, awal}} &= \frac{V_{\text{HCl}} \times M_{\text{HCl}}}{1000} \\[8pt] n_{\text{NaOH}} &= \frac{V_{\text{NaOH}} \times M_{\text{NaOH}}}{1000} \\[8pt] n_{\text{NH}_3} &= n_{\text{HCl, awal}} - n_{\text{NaOH, back}} \\[8pt] m_N\ (\text{mg}) &= n_{\text{NH}_3} \times 14{,}007 \times 1000 \end{aligned}\]

Varian C: Back-Titration dengan Larutan Blanko

Metode ini menggunakan dua titrasi: titrasi blanko (dilakukan tanpa sampel, hanya HCl penyerap + NaOH) dan titrasi sampel. Karena kedua titrasi menggunakan volume HCl penyerap yang sama, perbedaan volume NaOH yang digunakan langsung setara dengan mol NH₃ dari sampel.

Logika blanko: Titrasi blanko mengukur berapa mol NaOH yang dibutuhkan untuk menetralisasi seluruh HCl penyerap (tanpa NH₃). Pada titrasi sampel, sebagian HCl sudah dipakai oleh NH₃, sehingga NaOH yang dibutuhkan lebih sedikit. Selisihnya setara dengan mol NH₃.

Varian C: Back-Titration dengan Blanko

\[\begin{aligned} \Delta V &= V_{\text{NaOH, blanko}} - V_{\text{NaOH, sampel}} \\[8pt] n_{\text{NH}_3} &= \frac{\Delta V \times N_{\text{NaOH}}}{1000} \\[8pt] m_N\ (\text{mg}) &= n_{\text{NH}_3} \times 14{,}007 \times 1000 \end{aligned}\]

7. Rumus Akhir dan Satuan

Setelah diperoleh massa nitrogen (\(m_N\) dalam satuan mg), kadar nitrogen dan kadar protein dihitung dengan:

Rumus Ringkasan

\[\begin{aligned} \%N &= \frac{m_N\ \text{(mg)}}{m_\text{sampel}\ \text{(mg)}} \times 100\% \\[10pt] \%\text{Protein} &= \%N \times F \end{aligned}\]

Dalam beberapa referensi, rumus %N ditulis dalam satu persamaan kompak:

\[\%N = \frac{n_{\text{NH}_3} \times M_N \times 1000}{m_\text{sampel}\ \text{(mg)}} \times 100\%\]

di mana \(M_N = 14{,}007\ \text{g/mol}\) adalah massa molar nitrogen.

Soal Latihan OSN

Soal 1
Titrasi Langsung - Analisis Daging Sapi

Seorang analis pangan melakukan analisis kadar protein pada sampel daging sapi segar menggunakan metode Kjeldahl. Setelah proses destruksi dan destilasi, gas NH₃ yang terlepas diserap oleh larutan H₃BO₃ berlebih. Larutan hasil penyerapan kemudian dititrasi dengan larutan HCl standar menggunakan indikator campuran (metil merah + bromokresol hijau) hingga warna berubah dari hijau menjadi abu-abu kemerahan.

Data Pengamatan

• Massa sampel daging sapi: 500,0 mg
• Volume HCl titran: 18,50 mL
• Normalitas HCl: 0,1000 N
• Faktor konversi: F = 6,25 (daging)

Pertanyaan: Tentukan (a) kadar nitrogen (%N) dan (b) kadar protein dalam sampel daging sapi tersebut.

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Mol HCl yang bereaksi

Mol HCl setara dengan mol NH₃ yang tertangkap (rasio 1:1 sesuai reaksi titrasi).

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl}} &= \frac{V_{\text{HCl}} \times N_{\text{HCl}}}{1000} \\[6pt] &= \frac{18{,}50\ \text{mL} \times 0{,}1000\ \text{N}}{1000} \\[6pt] &= 1{,}850 \times 10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 2: Massa nitrogen

\[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3} &= n_{\text{HCl}} = 1{,}850 \times 10^{-3}\ \text{mol} \\[6pt] n_N &= n_{\text{NH}_3} = 1{,}850 \times 10^{-3}\ \text{mol} \\[6pt] m_N &= n_N \times M_N \times 1000 \\[6pt] &= 1{,}850 \times 10^{-3} \times 14{,}007 \times 1000 \\[6pt] &= 25{,}913\ \text{mg} \end{aligned}\]

Langkah 3: %N dan %Protein

\[\begin{aligned} \%N &= \frac{m_N}{m_\text{sampel}} \times 100\% \\[6pt] &= \frac{25{,}913\ \text{mg}}{500{,}0\ \text{mg}} \times 100\% \\[6pt] &= 5{,}183\% \\[10pt] \%\text{Protein} &= \%N \times F \\[6pt] &= 5{,}183\% \times 6{,}25 \\[6pt] &= 32{,}39\% \end{aligned}\]

Jawaban: %N = 5,183%  |  Kadar Protein = 32,39% (b/b)

Soal 2
Back-Titration tanpa Blanko - Tepung Terigu

Dalam pengendalian mutu produk tepung terigu, dilakukan analisis kadar protein menggunakan metode Kjeldahl dengan penyerap HCl standar berlebih. Setelah destilasi, sisa HCl yang tidak bereaksi dengan NH₃ dititrasi balik dengan NaOH standar.

Data Pengamatan

• Massa sampel tepung terigu: 1000,0 mg
• Volume HCl penyerap: 50,00 mL
• Molaritas HCl penyerap: 0,1000 M
• Volume NaOH back-titration: 35,40 mL
• Molaritas NaOH: 0,1000 M
• Faktor konversi: F = 5,70 (gandum)

Pertanyaan: Tentukan %N dan kadar protein dalam tepung terigu tersebut.

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Mol HCl penyerap (awal)

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl, awal}} &= \frac{V_{\text{HCl}} \times M_{\text{HCl}}}{1000} \\[6pt] &= \frac{50{,}00 \times 0{,}1000}{1000} \\[6pt] &= 5{,}000 \times 10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 2: Mol NaOH back-titration (= sisa HCl)

\[\begin{aligned} n_{\text{NaOH}} &= \frac{V_{\text{NaOH}} \times M_{\text{NaOH}}}{1000} \\[6pt] &= \frac{35{,}40 \times 0{,}1000}{1000} \\[6pt] &= 3{,}540 \times 10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Mol NaOH = mol HCl sisa (yang tidak bereaksi dengan NH₃).

Langkah 3: Mol NH₃ dari sampel

\[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3} &= n_{\text{HCl, awal}} - n_{\text{NaOH, back}} \\[6pt] &= 5{,}000 \times 10^{-3} - 3{,}540 \times 10^{-3} \\[6pt] &= 1{,}460 \times 10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 4: %N dan %Protein

\[\begin{aligned} m_N &= 1{,}460 \times 10^{-3} \times 14{,}007 \times 1000 = 20{,}450\ \text{mg} \\[8pt] \%N &= \frac{20{,}450}{1000{,}0} \times 100\% = 2{,}045\% \\[8pt] \%\text{Protein} &= 2{,}045\% \times 5{,}70 = 11{,}66\% \end{aligned}\]

Jawaban: %N = 2,045%  |  Kadar Protein = 11,66% (b/b), sesuai rentang tipikal tepung terigu protein sedang (10–12%).

Soal 3
Back-Titration dengan Blanko - Susu Bubuk Full Cream

Analisis Kjeldahl dilakukan pada sampel susu bubuk full cream. NH₃ hasil destilasi diserap ke dalam larutan HCl standar. Titrasi balik dilakukan dengan NaOH 0,05000 M. Untuk mengoreksi kesalahan sistematis pada proses penyerapan, dilakukan juga titrasi blanko (tanpa sampel, hanya HCl penyerap).

Data Pengamatan

• Massa sampel susu bubuk: 250,0 mg
• Molaritas NaOH titran: 0,05000 M
• Volume NaOH untuk titrasi blanko: 30,20 mL
• Volume NaOH untuk titrasi sampel: 15,80 mL
• Faktor konversi: F = 6,38 (susu/kasein)

Pertanyaan: Tentukan %N dan kadar protein dalam sampel susu bubuk tersebut.

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Selisih volume NaOH (ΔV)

Volume blanko lebih besar karena semua HCl penyerap harus dinetralkan. Pada titrasi sampel, sebagian HCl sudah dipakai oleh NH₃, sehingga NaOH yang diperlukan lebih sedikit. Selisihnya setara mol NH₃.

\[\begin{aligned} \Delta V &= V_{\text{blanko}} - V_{\text{sampel}} \\[6pt] &= 30{,}20\ \text{mL} - 15{,}80\ \text{mL} \\[6pt] &= 14{,}40\ \text{mL} \end{aligned}\]

Langkah 2: Mol NH₃

\[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3} &= \frac{\Delta V \times N_{\text{NaOH}}}{1000} \\[6pt] &= \frac{14{,}40 \times 0{,}05000}{1000} \\[6pt] &= 7{,}200 \times 10^{-4}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 3: %N dan %Protein

\[\begin{aligned} m_N &= 7{,}200 \times 10^{-4} \times 14{,}007 \times 1000 = 10{,}085\ \text{mg} \\[8pt] \%N &= \frac{10{,}085}{250{,}0} \times 100\% = 4{,}034\% \\[8pt] \%\text{Protein} &= 4{,}034\% \times 6{,}38 = 25{,}74\% \end{aligned}\]

Jawaban: %N = 4,034%  |  Kadar Protein = 25,74% (b/b), sesuai rentang tipikal susu bubuk full cream (24–27%).

Soal 4
Kontaminasi NPN - Melamin dalam Susu Formula

Pada tahun 2008, skandal pemalsuan susu formula di Tiongkok mengejutkan dunia. Melamin (C₃H₆N₆, M_r = 126,12 g/mol) ditambahkan ke susu encer untuk menaikkan hasil uji protein Kjeldahl secara artifisial, karena melamin kaya nitrogen namun tidak bernilai gizi dan bersifat toksik.

Sebuah sampel susu formula (500,0 mg) dianalisis Kjeldahl dan diperoleh %N terukur = 4,80%. Dari analisis terpisah menggunakan HPLC, diketahui bahwa kadar melamin dalam sampel = 0,50% (b/b).

Data

• Massa sampel: 500,0 mg
• %N Kjeldahl terukur: 4,80%
• Kadar melamin: 0,50% (b/b)
• Mr melamin (C₃H₆N₆): 126,12 g/mol
• Faktor konversi: F = 6,38 (susu)

Pertanyaan: (a) Hitung kontribusi nitrogen dari melamin (mg N per 500,0 mg sampel). (b) Hitung kadar protein sejati setelah koreksi NPN. (c) Berapa persen overestimasi protein jika melamin diabaikan?

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Kontribusi N dari melamin (poin a)

Pertama, hitung massa melamin dalam 500,0 mg sampel, lalu hitung fraksi N dalam melamin. Melamin C₃H₆N₆ mengandung 6 atom N per molekul.

\[\begin{aligned} m_\text{melamin} &= \frac{0{,}50}{100} \times 500{,}0\ \text{mg} = 2{,}500\ \text{mg} \\[10pt] \%N_\text{melamin} &= \frac{6 \times 14{,}007}{126{,}12} \times 100\% \\[6pt] &= \frac{84{,}042}{126{,}12} \times 100\% \\[6pt] &= 66{,}64\% \\[10pt] m_{N,\,\text{melamin}} &= 2{,}500\ \text{mg} \times \frac{66{,}64}{100} \\[6pt] &= 1{,}666\ \text{mg} \end{aligned}\]

Langkah 2: Kadar protein sejati (poin b)

\[\begin{aligned} m_{N,\,\text{total}} &= \frac{4{,}80}{100} \times 500{,}0\ \text{mg} = 24{,}00\ \text{mg} \\[8pt] m_{N,\,\text{protein}} &= m_{N,\,\text{total}} - m_{N,\,\text{melamin}} \\[6pt] &= 24{,}00 - 1{,}666 = 22{,}33\ \text{mg} \\[10pt] \%N_\text{protein} &= \frac{22{,}33}{500{,}0} \times 100\% = 4{,}467\% \\[8pt] \%\text{Protein sejati} &= 4{,}467\% \times 6{,}38 = 28{,}50\% \end{aligned}\]

Langkah 3: Persentase overestimasi (poin c)

\[\begin{aligned} \%\text{Protein semu} &= 4{,}80\% \times 6{,}38 = 30{,}62\% \\[8pt] \text{Overestimasi} &= \frac{30{,}62\% - 28{,}50\%}{28{,}50\%} \times 100\% \\[6pt] &= \frac{2{,}12}{28{,}50} \times 100\% \\[6pt] &= 7{,}44\% \end{aligned}\]

(a) N dari melamin = 1,666 mg  |  (b) Protein sejati = 28,50%  |  (c) Overestimasi = 7,44%
Hanya 0,50% melamin dalam sampel sudah cukup meningkatkan kadar protein terukur sebesar 7,44%. Kasus ini menunjukkan keterbatasan mendasar metode Kjeldahl dalam membedakan nitrogen protein dari NPN.

Soal 5
Soal Terbalik - Verifikasi Klaim Kadar Protein Isolat Kedelai

Sebuah produk isolat protein kedelai diklaim oleh produsennya mengandung protein sebesar 40,0% (b/b). Seorang analis ingin memverifikasi klaim tersebut menggunakan metode Kjeldahl titrasi langsung. Ia hanya memiliki larutan HCl standar dengan normalitas 0,05000 N.

Data

• Massa sampel yang akan dianalisis: 800,0 mg
• Klaim kadar protein: 40,0% (b/b)
• Normalitas HCl yang tersedia: 0,05000 N
• Faktor konversi: F = 5,71 (kedelai)

Pertanyaan: Berapa volume HCl (dalam mL) yang seharusnya dibutuhkan jika klaim produsen terbukti benar?

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Hitung %N dari %Protein (mundur)

\[\begin{aligned} \%N &= \frac{\%\text{Protein}}{F} = \frac{40{,}0\%}{5{,}71} = 7{,}005\% \end{aligned}\]

Langkah 2: Massa nitrogen dalam sampel

\[\begin{aligned} m_N &= \frac{\%N}{100\%} \times m_\text{sampel} \\[6pt] &= \frac{7{,}005}{100} \times 800{,}0\ \text{mg} \\[6pt] &= 56{,}04\ \text{mg} \end{aligned}\]

Langkah 3: Mol NH₃ yang harus dihasilkan

\[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3} &= \frac{m_N}{M_N \times 1000} \\[6pt] &= \frac{56{,}04\ \text{mg}}{14{,}007\ \text{g/mol} \times 1000\ \text{mg/g}} \\[6pt] &= 4{,}001 \times 10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 4: Volume HCl yang diperlukan

Dalam titrasi langsung, mol HCl = mol NH₃.

\[\begin{aligned} V_{\text{HCl}} &= \frac{n_{\text{HCl}}}{N_{\text{HCl}}} \times 1000 \\[6pt] &= \frac{4{,}001 \times 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}05000\ \text{N}} \times 1000 \\[6pt] &= 80{,}02\ \text{mL} \end{aligned}\]

Volume HCl yang dibutuhkan = 80,02 mL
Jika dalam percobaan diperoleh volume HCl yang berbeda signifikan dari 80,02 mL, maka klaim kadar protein 40,0% dari produsen perlu dipertanyakan.

Soal 6
Analisis Dumas (CHN Analyzer) - Kasein Murni

Selain Kjeldahl, metode Dumas (analisis pembakaran) juga digunakan untuk menentukan kadar nitrogen. Dalam metode ini, sampel dibakar sempurna dalam aliran oksigen murni pada suhu tinggi (~900°C). Nitrogen dalam sampel teroksidasi menjadi NO_x, lalu direduksi oleh tembaga panas menjadi N₂(g). Gas N₂ yang terbentuk diukur volumenya setelah dipisahkan dari CO₂ dan H₂O.

Data

• Massa kasein yang dibakar: 45,00 mg
• Volume N₂ yang dihasilkan: 5,93 mL
• Suhu gas: 27°C (= 300 K)
• Tekanan gas: 1 atm
• Konstanta gas: R = 0,08206 L·atm/(mol·K)
• Faktor konversi: F = 6,38 (kasein)

Pertanyaan: Tentukan %N dan kadar kasein sebagai protein menggunakan persamaan gas ideal.

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Mol N₂ dari persamaan gas ideal

\[\begin{aligned} PV &= nRT \\[6pt] n_{\text{N}_2} &= \frac{PV}{RT} \\[6pt] &= \frac{1\ \text{atm} \times 5{,}93 \times 10^{-3}\ \text{L}}{0{,}08206\ \text{L\,atm\,mol}^{-1}\text{K}^{-1} \times 300\ \text{K}} \\[6pt] &= \frac{5{,}93 \times 10^{-3}}{24{,}618} \\[6pt] &= 2{,}409 \times 10^{-4}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 2: Mol atom N

Tiap molekul N₂ mengandung 2 atom N:

\[\begin{aligned} n_N &= 2 \times n_{\text{N}_2} \\[6pt] &= 2 \times 2{,}409 \times 10^{-4} \\[6pt] &= 4{,}818 \times 10^{-4}\ \text{mol} \end{aligned}\]

Langkah 3: %N dan %Protein

\[\begin{aligned} m_N &= 4{,}818 \times 10^{-4} \times 14{,}007 \times 1000 \\[6pt] &= 6{,}748\ \text{mg} \\[10pt] \%N &= \frac{6{,}748}{45{,}00} \times 100\% \\[6pt] &= 14{,}996\% \approx 15{,}00\% \\[10pt] \%\text{Protein} &= 15{,}00\% \times 6{,}38 = 95{,}70\% \end{aligned}\]

%N = 15,00%  |  Kadar Protein (kasein) = 95,70%
Nilai ini wajar untuk kasein murni (isolat) yang memang seharusnya mengandung >90% protein. Metode Dumas dan Kjeldahl umumnya memberikan hasil yang sangat sebanding untuk sampel murni.

Soal 7
Analisis Duplo dan Presisi - Tepung Kedelai

Dalam validasi metode analitik, presisi diuji dengan cara melakukan pengukuran berulang pada sampel yang sama. Seorang analis melakukan analisis kadar protein secara duplo (dua ulangan paralel) pada tepung kedelai menggunakan metode Kjeldahl titrasi langsung.

Ulangan	Massa Sampel (mg)	Volume HCl (mL)	Normalitas HCl (N)
1	250,0	16,82	0,1050
2	251,5	16,91	0,1050

Digunakan F = 5,71 (kedelai).

Pertanyaan: (a) Hitung %protein masing-masing ulangan. (b) Hitung rata-rata %protein. (c) Hitung simpangan baku (SD) dan simpangan baku relatif (RSD, dalam %). Gunakan rumus SD dengan pembagi \((n-1)\).

Lihat Pembahasan

Langkah 1: Ulangan 1

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl},1} &= \frac{16{,}82 \times 0{,}1050}{1000} = 1{,}7661 \times 10^{-3}\ \text{mol} \\[8pt] m_{N,1} &= 1{,}7661 \times 10^{-3} \times 14{,}007 \times 1000 = 24{,}737\ \text{mg} \\[8pt] \%N_1 &= \frac{24{,}737}{250{,}0} \times 100\% = 9{,}895\% \\[8pt] \%P_1 &= 9{,}895\% \times 5{,}71 = 56{,}50\% \end{aligned}\]

Langkah 2: Ulangan 2

\[\begin{aligned} n_{\text{HCl},2} &= \frac{16{,}91 \times 0{,}1050}{1000} = 1{,}7756 \times 10^{-3}\ \text{mol} \\[8pt] m_{N,2} &= 1{,}7756 \times 10^{-3} \times 14{,}007 \times 1000 = 24{,}869\ \text{mg} \\[8pt] \%N_2 &= \frac{24{,}869}{251{,}5} \times 100\% = 9{,}888\% \\[8pt] \%P_2 &= 9{,}888\% \times 5{,}71 = 56{,}46\% \end{aligned}\]

Langkah 3: Rata-rata dan SD (poin b, c)

\[\begin{aligned} \overline{\%P} &= \frac{56{,}50\% + 56{,}46\%}{2} = 56{,}48\% \\[12pt] SD &= \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n} (\%P_i - \overline{\%P})^2}{n - 1}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{(56{,}50 - 56{,}48)^2 + (56{,}46 - 56{,}48)^2}{2 - 1}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{(0{,}02)^2 + (-0{,}02)^2}{1}} \\[8pt] &= \sqrt{0{,}0004 + 0{,}0004} \\[8pt] &= \sqrt{0{,}0008} = 0{,}0283\% \\[12pt] RSD &= \frac{SD}{\overline{\%P}} \times 100\% \\[6pt] &= \frac{0{,}0283\%}{56{,}48\%} \times 100\% \\[6pt] &= 0{,}050\% \end{aligned}\]

(a) %P₁ = 56,50%; %P₂ = 56,46%  |  (b) Rata-rata = 56,48%  |  (c) SD = 0,028%; RSD = 0,050%
RSD sebesar 0,050% menunjukkan presisi yang sangat baik. Dalam praktik laboratorium, RSD di bawah 1% untuk duplo sudah dianggap memenuhi syarat presisi yang dapat diterima.

Simulasi Metode Kjeldahl
Dirancang oleh Urip.Info

Penentuan Kadar Protein melalui Analisis %N (Titrasi Langsung & Back-Titration)

Titrasi Langsung
(trap H₃BO₃)

Back-Titration
(trap HCl berlebih)

Back-Titration
(dengan larutan blanko)

NH₃ hasil destilasi diserap larutan H₃BO₃, membentuk H₂BO₃^-. Kemudian dititrasi langsung dengan HCl standar.
mol NH₃ = mol HCl terpakai

Data Sampel

Massa sampel (mg)

Data Titrasi HCl

Volume HCl titran (mL)

Normalitas/Molaritas HCl (N atau M)

Faktor Konversi (F)

Langkah Perhitungan

NH₃ diserap larutan HCl standar berlebih. Sisa HCl yang tidak bereaksi dititrasi balik dengan NaOH standar.
mol NH₃ = mol HCl_awal − mol NaOH_back

Data Sampel

Massa sampel (mg)

Data HCl Penyerap (awal)

Volume HCl penyerap (mL)

Molaritas HCl penyerap (M)

Data NaOH Back-Titration

Volume NaOH titran (mL)

Molaritas NaOH (M)

Faktor Konversi (F)

Langkah Perhitungan

Digunakan dua titrasi: blanko (tanpa sampel, hanya HCl + NaOH) dan sampel. Selisih volume NaOH setara dengan mol NH₃.
mol NH₃ = (V_blanko − V_sampel) × N_NaOH

Data Sampel

Massa sampel (mg)

Data NaOH Standar

Molaritas / Normalitas NaOH (M)

Titrasi Blanko (tanpa sampel)

Volume NaOH blanko (mL)

Titrasi Sampel

Volume NaOH sampel (mL)

Faktor Konversi (F)

Langkah Perhitungan