Optimisation d’une méthode de détermination d’azote et du phosphore par les plans d’expériences

Présentation du problème

Pour le développement de la levure de boulanger nous avons besoin des sels nutritifs sous forme des engrais azotés et phosphatés, qui sont nécessaires pour la croissance et la multiplication de la levure.
La détermination de pourcentage d’azote et du phosphore dans la levure (produit fini) est une analyse qui s’effectue de façon journalière et qui présente une étape clé dans la qualité de la levure.
Pour cela nous avons besoin de faire une minéralisation de la matière organique qui est la levure, en présence d’un catalyseur de kjeldahl.
Le catalyseur utilisé nous donne une mauvaise estimation d’azote et du phosphore, notre objectifs c’est de trouver un réglage des facteurs qui influencent la réponse par l’utilisation des plans d’expériences, de telle façon à faire fonctionner le catalyseur et en même temps respecter les recommandations fixées par l’entreprise dont:
 Taux en Azote = 7.358 % < N2 < 7.558%
 Taux en phosphore = 2.38 % < P < 2.45 %

Dosage d’azote

Principe:

Dans un produit biologique l’azote peut se trouver sous forme minérale et organique (protéines, phospho-amino-lipides…).Pour le doser dans sa totalité, il faut détruire les composés organiques de manière à obtenir tout l’azote sous une même forme minérale.
La méthode de Kjeldahl est la plus répondue pour le dosage de l’azote dans différents composés organiques. L’azote organique est transformé en azote minéral, sous forme ammoniacale (NH4)2SO4, par action oxydante de l’acide sulfurique H2SO4 concentrer en présence d’un catalyseur à haute température.
L’ammoniaque formé est déplacée par une base forte NaOH en excès et entrainé par une distillation dans l’acide borique H3BO3 en excès en vis de piéger l’ammoniaque .
Le borate d’ammonium formé est dosé par H2SO4 [1].
Ce principe comporte trois phases: Minéralisation, Distillation, Titrage.

Matériel:

-Balance analytique, précision 1.10-4g avec une coupelles de pesées.
-Tubes à minéraliser Büchi et leurs supports.
– Unités de digestion Büchi installées sous hotte aspirante .
– Flacon avec dispenser pour l’acide sulfirique.
-Fioles jaugés de 100 ml et de 50 ml, Pipette de 50 ml.
-Unité de distillation Büchi.
-Titreur automatique avec un pH-métre.

 Minéralisation:

Ceci se fait en utilisant un digesteur comme source de température avec l’acide sulfurique en présence d’un catalyseur.
Les conditions de minéralisation conduisent à :
– l’azote organique sous forme d’ion ammonium NH4+.
– le carbone organique est retrouve sous forme CO2(gaz).
– l’hydrogène et l’oxygène sont combines en H2O.
Au cours de la minéralisation, l’acide sulfurique se décompose partiellement en dioxyde et trioxyde de soufre (SO2 et SO3) sous la forme d’une vapeur blanche très irritante[1]. Matière organique (C, H, O, N) + H2SO4 +catalyseur CO2 + H2O + (NH4)2SO4

Mode opératoire

– Peser les prises d’essai de la levure est noter la masse en gramme;
-Introduire directement les prises d’essai dans les tubes de minéralisation numérotés.
– Ajouter dans les tubes 5ml de H2SO4 concentré à l’aide d’une dispensette;
– Ajouter dans les tubes le catalyseur de Kjeldahl;
-Placé les tubes dans le digesteur est s’assurer que le système d’aspiration des fumées est en marche;
-Minéraliser à une température de 370 °C pendant 1 heure après que le digestat soit devenient limpide;
-Retirer les tubes et les laisser refroidir ≈ 20 minutes.
Figure 1 :Digesteur pour la minéralisation.
Remarque: il faut effectuer la minéralisation sous une hotte ou bien sur une rampe de minéralisation munie d’un système permettant de capter ces vapeurs.

 Distillation:

Le sulfate d’ammonium (NH4)2SO4 formé par la minéralisation est ensuite volatilisé par la soude (en excès) , puis entraîné par de la vapeur d’eau dans une solution d’acide borique qui le retient selon les deux équations suivantes [1] :
1. (NH4)2SO4 + 2 NaOH 2NH3 +Na2SO4 + 2H2O.
2. 3NH3 + H3BO4 (NH4) 3BO3.

Mode opératoire

– Après minéralisation et refroidissement, on fait une dilution dans des fioles de 100ml;
– Prélever 50 ml de cette solution et remet dans le tube de minéralisation ;
– Placer le tube dans le distillateur ;
– Ajouter 20 ml de la soude dans le tube et 20 ml de l’acide borique dans le bécher de BUCHI;
– Régler le temps de distillation à 3 min ;
– Démarrer la distillation.
Figure 2:Appareil de distillation BUCHI.

 Titrage:

le distillat récupéré est titré avec H2SO4 0,05 N à l’aide d’un titreur automatique tout en introduisant l’électrode d’un pH-mètre pour lire le pH dans le bécher avec une agitation par un agitateur magnétique [1] .
(NH4)3BO3 + 3/2 H2SO4 3/2 (NH4)2SO2 + H3BO