食品中蛋白質測量結果不確定度的評定

李金華

摘要：對凱氏定氮法測定食品蛋白質含量進行不確定度的評定，根據測定方法建立數學模型，分析測量不確定度來源，計算各不確定度分量和擴展不確定度。結果當K=2 ( 置信概率95%) 時，食品中蛋白含量為56.62% ，不確定度為0.96%。加強實驗室蛋白含量檢測能力和質量控制能力。

關鍵詞：凱氏定氮法食品蛋白含量不確定度

1 測量蛋白質的方法

稱取混勻的樣品0.1～0.5g（精確至0.001g），放入干燥的凱氏燒瓶中加入復合催化劑10g、濃硫酸25ml和幾粒玻璃珠，瓶口蓋以玻璃漏斗用電爐開始緩慢加熱，當泡沫消失后，強熱至沸。待瓶壁不附由碳化物時，且瓶內液體為澄清淺綠色后，繼續加熱30分鐘。

待分解液冷卻后，用蒸餾水沖洗玻璃漏斗及燒瓶瓶頸，并稀釋至200ml，將凱氏燒瓶移于蒸餾架上，在冷凝管下端接500ml錐形瓶作接受器，瓶內預先注入2%硼酸溶液50ml及混合指示液10滴，將冷凝管的下口插入錐形瓶的液體中，然后沿凱氏燒瓶頸壁緩慢加入40%氫氧化鈉溶液70～100ml，打開冷卻水，立即連接蒸餾裝置，進行蒸餾，至流出液為原體積的3/5時停止加熱。使冷凝管下口離開錐形瓶，用少量水沖洗冷凝管，洗液并入錐形瓶中。

將錐形瓶內的液體用0.05mol/L硫酸標準溶液滴定，使溶液由藍綠色變為灰紫色，即為終點。

計算樣品的蛋白含量。

2 被測量的數學模型

2.1 蛋白含量的計算公式

X=×100

X——樣品中蛋白質的含量，g/100g；V1——滴定樣品時消耗0.05mol/L硫酸標準溶液的體積，ml；V0——空白試驗時消耗0.05mol/L硫酸標準溶液的體積，ml；C——硫酸標準溶液的濃度，mol/L；m——樣品的質量，g；6.25——氮換算成蛋白質的系數；0.028——1mL1mol/L硫酸標準溶液相當于氮的質量，g。

2.2 不確定度的傳播率

ur（X）=[uC(H2SO4)+u(V1-V0)+u(m)+u(rep)]1/2

3 不確定度的來源

本實驗中不確定度的來源有硫酸標準溶液的濃度、滴定樣品時消耗硫酸標準溶液的體積、空白試驗時消耗硫酸標準溶液的體積、產品的質量及重復性。

4 分析和量化不確定度分量

4.1 硫酸標準溶液的濃度C(H2SO4）=0.05mol/L的不確定度

4.1.1 0.05mol/L硫酸標準溶液的配制與標定

配置：量取6ml濃硫酸，緩緩注入2000ml水中，搖勻。

標定：精密稱取0.2g無水碳酸鈉，溶于50ml水中，加10滴混合指示劑。

把配置好的硫酸標準溶液倒入50ml的滴定管內，滴定至溶液由綠色變為暗紅色。在電爐上加熱并保持微沸2分鐘，冷卻后繼續滴定至暗紅色。

4.1.2 不確定度來源有：稱取無水碳酸鈉的質量、無水碳酸鈉的純度、滴定樣液消耗硫酸溶液的體積、滴定空白消耗硫酸溶液的體積、無水碳酸鈉的摩爾質量。

①ur(Na2CO3)

用萬分之一天平稱量，天平檢定證書給出最大允許誤差為±1.0mg，按均勻分布考慮，兩次稱重：

u(mNa2CO3)=[()2+()2]1/2=0.82mg

ur(mNa2CO3)=0.82×10-3/0.2000=0.41%

②ur(PNa2CO3)

供應商給出純度PNa2CO3=（100±0.05）%，矩形分布

u（PNa2CO3）=0.0005/=0.00029

ur(PNa2CO3)=0.00029/1=0.029%

③體積V1

滴定管校準誤差影響

證書給出50ml校準誤差為0.05ml，按三角分布

u1=0.05/=0.021ml

實際溫度與校準時溫度不一致的影響，溫度變化范圍±4℃

水膨脹系數a=2.1×10-4/℃，滴定管體積50ml，矩形分布

u2=50×2.1×10-4/=0.006ml

終點判定偏差

體積V2=0.05ml，u（VExcess）=0.004，根據資料肉眼判斷的標準不確定度為0.03ml

校準、溫度效應及終點判定偏差相互獨立，等當點時的體積V=V1-V2，其標準不確定度：

u（V）=u（V1-V2）

=（0.0212+0.0062+0.0042+0.032）1/2=0.024ml

滴定時消耗硫酸溶液的體積36.78ml，ur（V）=0.024/

36.78=0.065%

④u(MNa2CO3)

MNa2CO3=2×22.98977+12.0107+3×15.9994

=105.98844g/mol，

u(MNa2CO3)=0.0019g/mol

ur(MNa2CO3)=0.0019/105.98844=0.0018%

硫酸溶液濃度的不確定度：

urC（H2SO4）=(0.412+0.0292+0.0652+0.00182)1/2%

=0.42%

4.2 滴定樣品及空白時消耗硫酸標準溶液的體積

4.2.1 校準：2.00ml滴定管最大允許差為0.01ml，按三角分布計算標準不確定度為：=0.0041ml。

4.2.2 溫度效應：假設溫度變化范圍±4℃，水膨脹系數a=2.1×10-4/℃，近似矩型分布，2ml溶液產生的不確定度為：=9.69×10-4ml。

終點判定偏差

滴定空白時體積V0=0.05ml，u（VExcess）=0.004，根據資料肉眼判斷的標準不確定度為0.03ml，校準、溫度效應及終點判定偏差相互獨立，等當點時的體積ΔV=V1-V0，其標準不確定度u（ΔV）=u（V1-V0）=[0.00412+(9.69×10-4)2+0.0042+0.032]1/2=0.031

ur（ΔV）=0.031/6.93=0.45%

4.3 蛋白質量的不確定度ur（m）

用萬分之一天平稱量，天平檢定證書給出最大允許誤差為±1.0mg，按均勻分布考慮

u（m）=()1/2=0.58（mg）

ur（m）=u（m）/m=0.58/100.0=0.058%

4.4 重復性rep

十次測量平均結果為：=55.62%

單次測量結果的標準偏差：

SX==0.018%

十次測量結果平均值的實驗偏差：

u(rep)===0.0057%

ur(rep)==0.01%

4.5 合成標準不確定度的計算

蛋白質含量的計算公式：

X=×100，使用ΔV代替V1-V0則：X=ΔV××100

ur（X）=[uC(H2SO4)+u(V1-V0)+u(m)+u(rep)]1/2%

=[0.422+(0.45)2+(0.01)2]1/2%

=0.85%

uc(X)=x×ur(X)=(56.62×0.85%)%=0.48%

5 蛋白質含量結果的報告

包含因子k=2，計算擴展不確定度u=2×0.48%=0.96%。

這里采取只進不舍的修約規則，測量蛋白質含量的結果為：X=（56.62±0.96）%，k=2。

6 結束語

食品中蛋白含量測量不確定度的主要來源為標準溶液的濃度、滴定樣品時消耗標準溶液的體積、空白試驗時消耗標準溶液的體積、產品質量及重復性引入的不確定度，根據不確定度結果，實驗室分析誤差可控制在允許值內。

參考文獻：

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