乳清粉中蛋白質(zhì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的不確定度評(píng)估

◎ 俞秋虹，陳達(dá)峰，魏 峰

（無(wú)錫華檢質(zhì)量技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 無(wú)錫 214000）

乳清粉是乳制品企業(yè)利用牛奶生產(chǎn)干酪時(shí)所得的一種天然副產(chǎn)品，其中乳清蛋白含量一般為百分之十幾，不超過(guò)30%。根據(jù)蛋白質(zhì)分離程度可分為高、中、低3類(lèi)蛋白乳清粉。低蛋白乳清粉，蛋白質(zhì)含量為2.0%～4.0%，用于飼料配方中，提供高含量的乳糖，作為幼小動(dòng)物的能量來(lái)源。高蛋白乳清粉，蛋白質(zhì)含量為11.0%～14.5%，在乳品、冷凍食品、焙烤、休閑食品、糖果和其他食品中用作經(jīng)濟(jì)的乳固形物來(lái)源。基于此，筆者就乳清粉中蛋白質(zhì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的不確定度展開(kāi)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與設(shè)備

試劑：硫酸銅，硫酸鉀，硫酸，硼酸溶液，甲基紅、溴甲酚綠混合指示劑，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液0.1 mol/L，氫氧化鈉溶液（400 g/L）。

1.2 設(shè)備

梅特勒-托利多XS204電子天平（精度0.000 1 g），申玻牌A級(jí)酸堿通用滴定管（25±0.05）mL。

1.3 分析步驟

①稱(chēng)樣：用電子天平稱(chēng)取1 g乳清粉樣品，精確至0.1 mg。②消解：加入1∶15的硫酸銅與硫酸鉀混合試劑6.4 g，硫酸20 mL，加熱消解至完全。③蒸餾：將消解管裝上凱氏定氮儀，加入氫氧化鈉溶液，接收液為硼酸溶液。④滴定：用溴甲酚綠混合指示劑對(duì)蒸餾得到的溶液進(jìn)行滴定。

1.4 結(jié)果計(jì)算

蛋白質(zhì)含量的計(jì)算公式如下：

式（1）中：X為樣品中蛋白質(zhì)含量，g/100 g；V1為試樣滴定體積，mL；V2為試劑空白滴定體積，mL；C為鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，mol/L；m為樣品質(zhì)量，g；F為氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)，乳清粉為6.38。

2 不確定度來(lái)源

乳清粉中蛋白質(zhì)測(cè)定的不確定度主要來(lái)自：重復(fù)試驗(yàn)帶來(lái)的A類(lèi)不確定度，蛋白質(zhì)含量滴定過(guò)程中體積數(shù)帶來(lái)的不確定度，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò)程中帶來(lái)的不確定度，以及樣品稱(chēng)樣帶來(lái)的不確定度。其中，通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)整個(gè)乳清粉蛋白質(zhì)含量測(cè)定過(guò)程來(lái)計(jì)算A類(lèi)不確定度；通過(guò)對(duì)電子天平和滴定管的誤差分析，對(duì)基準(zhǔn)物質(zhì)追溯，以及對(duì)試驗(yàn)環(huán)境溫度的變化所帶來(lái)影響的討論，來(lái)計(jì)算此實(shí)驗(yàn)的不確定度[1-3]。

3 建立數(shù)學(xué)模型

式（2）中：X為試樣中蛋白質(zhì)含量；V為鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗體積；C為鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度；m為試樣質(zhì)量。

4 不確定度分量的計(jì)算

4.1 重復(fù)試驗(yàn)的不確定度分析

對(duì)乳清粉重復(fù)測(cè)定9次，HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.101 1 mol/L，見(jiàn)表1。

表1 乳清粉蛋白質(zhì)測(cè)量結(jié)果表

由表1可知，乳清粉蛋白質(zhì)測(cè)定的平均值為12.1 g/100 g，重復(fù)試驗(yàn)的不確定度計(jì)算如下[3]：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.2 體積帶來(lái)的不確定度分析

乳清粉中蛋白質(zhì)含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，其滴定體積讀數(shù)帶來(lái)的不確定度，用u（v）表示。體積帶來(lái)的不確定度來(lái)自于重復(fù)性測(cè)量、滴定管的誤差和溫度對(duì)溶液體積的影響。

（1）本實(shí)驗(yàn)使用25 mL滴定管進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)，考慮此滴定管的重復(fù)性帶來(lái)的不確定度，因此用蒸餾水代替溶液，充滿此滴定管至刻度線，然后全部放空，稱(chēng)量其放出的蒸餾水質(zhì)量，重復(fù)10次此操作，得到10個(gè)質(zhì)量數(shù)據(jù)，算得其10個(gè)質(zhì)量數(shù)據(jù)的平均值為24.93 g，R=0.018 1 g，C=2.97，則不確定度計(jì)算如下：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）根據(jù)滴定管的計(jì)量證書(shū)可知，此25 mL滴定管的誤差為0.05 mL，設(shè)為均勻分布，k=，則：

（3）考慮實(shí)驗(yàn)室溫度變化對(duì)滴定管中溶液體積也會(huì)造成影響，所以同樣以蒸餾水代表溶液，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4，實(shí)驗(yàn)室溫度變化范圍為±3 ℃，滴定樣品的平均體積為13.65 mL，設(shè)為均勻分布，k=，所以溫度帶來(lái)的不確定度為：

（4）滴定體積帶來(lái)的不確定度計(jì)算。滴定樣品溶液過(guò)程中的各分量匯總見(jiàn)表2。

表2 滴定樣品溶液過(guò)程中各分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度表

由表2可知，滴定管帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液帶來(lái)的不確定度分析

鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定過(guò)程中不確定度分量主要來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定的重復(fù)性和基準(zhǔn)物質(zhì)純度兩方面。

4.3.1 標(biāo)定重復(fù)性帶來(lái)的不確定度計(jì)算

對(duì)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行重復(fù)標(biāo)定7次，見(jiàn)表3。

表3 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定記錄表

由表3可知，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定重復(fù)性的不確定度計(jì)算如下[4]：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.3.2 基準(zhǔn)物質(zhì)帶來(lái)的不確定度計(jì)算

基準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)水碳酸鈉所購(gòu)買(mǎi)的證書(shū)給出的不確定度為0.000 6，其中K=2，P=95%，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 urel（Na2CO3）=0.000 6/2=3.0×10-2%。

4.3.3 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液帶來(lái)的不確定度計(jì)算

HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定過(guò)程中不確定度分量的匯總見(jiàn)表4。

表4 HCI標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定過(guò)程中各分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度表

由表4可知，HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定過(guò)程中不確定度為：

4.4 樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度分析

乳清粉中蛋白質(zhì)含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，首先要稱(chēng)取約1 g的樣品，其樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度用u（m）表示。樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度主要來(lái)自于重復(fù)性稱(chēng)量和電子天平的誤差。

（1）本實(shí)驗(yàn)稱(chēng)使用電子天平進(jìn)行稱(chēng)量，根據(jù)此電子天平的計(jì)量證書(shū)，在0～50 g此電子天平的示值誤差為3×10-4g，設(shè)為均勻分布，k=，則：

（2）考慮到電子天平稱(chēng)量的重復(fù)性帶來(lái)的不確定度，用同一個(gè)砝碼在天平上重復(fù)稱(chēng)量11次，記錄11次稱(chēng)量所得質(zhì)量，算得R=0.000 2 g，C=2.97，則：

（3）樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度計(jì)算。樣品稱(chēng)量過(guò)程中帶來(lái)的不確定度的各分量匯總見(jiàn)表5。

表5 樣品稱(chēng)量中各分量不確定度表

由表5可知，樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度為：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

5 蛋白質(zhì)測(cè)定不確定度的合成及擴(kuò)展

按公式對(duì)以上分量進(jìn)行合成，得相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

乳清粉蛋白質(zhì)測(cè)定過(guò)程中各分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，見(jiàn)表6。

表6 乳清粉蛋白質(zhì)測(cè)定過(guò)程中各分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度表

6 結(jié)語(yǔ)

從整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程看，重復(fù)試驗(yàn)的不確定度在試驗(yàn)中所占的比重較大，樣品溶液滴定時(shí)的體積度數(shù)帶來(lái)的不確定度其次，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品稱(chēng)量帶來(lái)的不確定度最小。試樣中蛋白質(zhì)含量為（12.1±0.1）g/100 g。擴(kuò)展不確定度是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k=2得出的，提供的置信概率約為95%。

[1]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB5009.5-2010食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 27025-2008檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]丁仕兵，岳春雷，曲曉霞.化學(xué)分析法測(cè)量結(jié)果不確定度的計(jì)算[J].分析測(cè)試技術(shù)與儀器，2005，11（3）：206-210.