探討釀酒原糧中淀粉測定的不確定度因素

董婉婉，聶連芝，郭乾玲，懷閃閃，丁小亮 ，湯有宏，2

（1.安徽古井貢酒股份有限公司，安徽亳州236820； 2.安徽省固態發酵工程技術研究中心，安徽亳州236820）

不確定度是反映被測量值的分散性與測量結果相聯系的參數[1]。它可以根據測定數據和已有信息來評定，具有可操作性。實驗分析測試過程需要經歷多個分析步驟，經受多種因素的影響，每種因素引入的誤差都要傳遞和反映到最終的測定值上。因此，最后結果不可避免的具有不確定度，而且這種不確定度是測試過程中所有不確定度的綜合。淀粉作為釀酒原料中重要的組成成分，它直接反映了釀酒原料的質量，通過對大米淀粉測定的實例，簡述酸水解法測定釀酒原糧中淀粉不確定度的評定方法。

本方法是利用酸水解法進行測定的[1]。因米中的淀粉含量較高,含其他能水解為還原糖的成分較少，故選用了酸水解法進行測定。米中脂肪含量較低，試樣無需除去脂肪操作，米中淀粉用酸水解成具有還原性的單糖，從而按還原性單糖的方法測定，并折算成淀粉含量。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

原料：選取生產用大米作為試驗對象。

儀器設備：電子分析天平（0.0001 g）梅特勒-托利多 AL-204，50 mL酸式滴定管，1000 mL、500 mL、100 mL容量瓶，5 mL、2 mL移液管，10 mL、100 mL量筒。

1.2 淀粉測定方法

1.2.1 待測樣品處理

準確稱取大米1.00 g，置于250 mL錐形瓶中，加入2%鹽酸100 mL，瓶口裝上長玻璃管（約1m），置電爐上微沸水解3 h，取出，迅速用水冷卻至室溫，逐滴加入20%氫氧化鈉溶液中和至pH 6～7(用pH試紙測定)為止,中和完畢將溶液全部轉入500 mL容量瓶中,瓶內所留殘余物用蒸餾水沖洗2～3次,一并轉入容量瓶中,定容至刻度。最后搖勻,用濾紙過濾，棄去初濾液20 mL，收集清液，搖勻，待測。

1.2.2 斐林試液的標定（空白滴定）

1.2.2.1 預備滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中,加水10 mL，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態下繼續滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.2.2 正式滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，搖勻。預加比預備滴定少0.5～1 mL的標準葡萄糖溶液，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態下繼續滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.3 大米水解液中淀粉的測定

1.2.3.1 預備滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，加D號米水解液2.00 mL，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態下繼續滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.3.2 正式滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，加D號米水解液2.00 mL，預加比預備滴定少0.5～1 mL的標準葡萄糖溶液，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態下繼續滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。同時做平行試驗。

2 建立數學模型

式中：X(%)——D號米中淀粉含量；

V0——空白正式滴定消耗的標準葡萄糖溶液體積，mL；

V1——待測樣品正式滴定消耗的標準葡萄糖溶液體積，mL；

m——大米質量，g；

500——大米水解液總體積，mL；

0.9——還原糖(以葡萄糖計)折算成淀粉的換算系數。

根據數學模型分析，釀酒原糧中淀粉測量相對標準不確定度為：

式中：ur（m）——質量引入的相對標準不確定度；

ur（V）——體積引入的相對標準不確定度。

3 不確定度來源分析

淀粉測定不確定度來源主要有以下幾方面：由于測量過程的隨機效應和系統效應導致測量的不確定度是由許多分量組成，因此仔細分析測量全過程，找出不確定度的來源，是正確評定不確定度的基礎，現以大米淀粉含量測量為嘗試不確定度的評定。

ur（m）質量引入的相對標準不確定度有：

（1）標準溶液引入的不確定度ur（m1）；

（2）待測樣品處理引入的不確定度ur（m2）；

（3）斐林試液的標定（空白滴定）引入的不確定度ur（m3）；

（4）待測樣品重復性測定引入的不確定度ur（m4）；

（5）取樣體積引入的相對標準不確定度ur（V）。

因此，釀酒原糧中淀粉測量相對標準不確定度為：

表1 玻璃器具標準偏差

玻璃器具標準偏差：實驗過程中使用了一系列玻璃量具，按照JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規程》[3]的要求，均有相應的最大允差，按照矩形分布評定，，相對不確定度分量見表1。

4 不確定度分量的評定[4]

4.1標準溶液引入的不確定度ur（m1）分析

葡萄糖標準溶液配制方法：葡萄糖標準溶液ρN=0.1%g/L。

取分析純葡萄糖（C6H12O6，優級純，在150℃下烘干至恒重），準確稱取1.0005 g無水葡萄糖，加水溶解后定容至1000 mL。

配制葡萄糖標準溶液的不確定度,記為ur（m11）：

配制葡萄糖標準溶液的不確定度來自3個方面：(1)葡萄糖的稱量不確定度ur(m(N))；(2)配制1000 mL葡萄糖標準溶液的體積的不確定度ur(V(N))；(3)配制葡萄糖標準溶液用葡萄糖純度的不確定度ur(ρ(N))。

4.1.1葡萄糖的稱量不確定度u（rm（N））

ur（m（N））來自3個分量：

（1）天平的測量重復性引入的標準不確定度u（m重復性）：重復測量重復性誤差為0.0000g，故u（m重復性）=0.0002 g。

（2）天平的量化誤差引入的標準不確定度u（m天平量化）：電子天平說明書中確認其讀數精度為0.0001 g，按均勻分布考慮。

天平校準示值誤差的標準不確定度：該天平校準證書標明其示值誤差為±0.0001 g，按均勻分布考慮。

因此稱量葡萄糖的標準不確定度為：

稱量葡萄糖1.0005 g的相對標準不確定度為：

ur（m（N））=0.816×10-4÷1.0005=0.816×10-5。

4.1.2 配制1000 mL的葡萄糖標準溶液體積的不確定度ur（V(N)）

1000 mL容量瓶引起的相對不確定度ur（V(N)），ur（V(N)）來自3個分量：

（1）容量瓶的容量引起的不確定度u（V(N)1）

1000 mL容量瓶的容量允許偏差為±0.40 mL，按均勻分布有：

（2）估讀誤差 u（V(N)2）

估讀產生的誤差為0.005×1000 mL=5 mL，按均勻分布，則有：

（3）容量瓶溫度變化引起的不確定度u（V(N)3）

設溫度變化為±5℃，20℃時水的膨脹系數α=2.1×10-4℃，按均勻分布，則有：

1000 mL容量瓶引起的相對標準不確定度：

ur（V（N））=u（V（N））÷V=2.96÷1000=0.0030。

4.1.3 配制葡萄糖標準溶液用葡萄糖純度的不確定度ur(ρ(N))

按供應商目錄所給定純度為99.8%，將不確定度視為矩形分布，按均勻分布轉化標準不確定度為：。

相對標準不確定度：ur(ρ(N)(=0.0012÷99.8%=0.00115。

將以上3項合成得到配制葡萄糖標準溶液的相對標準不確定度：

4.2待測樣品處理引入的不確定度ur（m2）

待測樣品處理引入的不確定度來自以下兩個方面：(1)待測樣品的稱量不確定度ur（m（N））；(2)待測樣品轉移至500 mL容量瓶引入的體積不確定度ur（V(N)）。

4.2.1待測樣品的稱量不確定度u（rm（N））

待測樣品的稱量不確定度ur（m（N））來自3個分量：

（1）天平的測量重復性引入的標準不確定度u（m重復性）：重復測量重復性誤差為0.0000 g，故u（m重復性）=0.0002 g。

（2）天平的量化誤差引入的標準不確定度u（m天平量化）：電子天平說明書中確認其讀數精度為0.0001 g，按均勻分布考慮。

（3）天平校準示值誤差的標準不確定度：該天平校準證書標明其示值誤差為±0.0001 g，按均勻分布考慮。

因此待測樣品稱量的標準不確定度為：

兩次稱量待測樣品1.0136 g、1.0187 g的相對標準不確定度為：

稱量待測樣品的相對標準不確定度為：

4.2.2 待測樣品轉移至500 mL容量瓶引入的體積不確定度ur（V(N)）

500 mL容量瓶引起的相對不確定度ur（V(N)），ur（V(N)）來自3個分量：

（1）容量瓶的容量引起的不確定度u（V(N)1）

500 mL容量瓶的容量允許偏差為±0.25 mL，按均勻分布有：

（2）估讀誤差 u（V(N)2）

估讀產生的誤差為0.005×500 mL=2.5 mL，按均勻分布，則有：

（3）容量瓶溫度變化引起的不確定度u（V(N)3）

設溫度變化為±5℃，20℃時水的膨脹系數α=2.1×10-4℃，按均勻分布，則有：

500 mL容量瓶引起的相對標準不確定度：

ur（V（N））=u（V（N））÷V=1.48÷500=0.0030。

將以上兩項合成得到待測樣品處理引入的不確定度：

4.3 斐林試液的標定（空白滴定）引入的不確定度ur（m3）（表2）

表2 斐林試液的標定數據表 (mL)

斐林試液的標定數據見表2，計算結果如下，斐林試液的3次平行標定測量的平均值：V=20.47 mL。

根據貝塞爾公式標準偏差：

計算得出：斐林試液的3次平行標定的標準偏差：s(x)=0.0005。

n次測量的平均標準偏差：

斐林試液的3次平行標定的相對標準不確定度：

ur（m3）=0.0003÷20.47=1.42×10-5。

4.4待測樣品重復性測定的不確定度ur（m4）

重復測定待測樣品中淀粉含量實驗數據見表3，平行測定10次，得到含量的平均值X(%)=69.82，質量m=1.0162 g。

表3 待測樣品淀粉含量測量值

根據貝塞爾公式標準偏差：

計算得出：平行測定10次D號米中淀粉含量的標準偏差：s(x)=0.1458。

n次測量的平均標準偏差：

待測樣品中淀粉重復測定的相對標準不確定度：

ur（m4）=0.0461÷1.0162=0.0454。

4.5取樣體積引入的相對標準不確定度ur（V）

取樣體積V引入的相對標準不確定度，按4.1.2計算，由表1可知，2.00 mL的移液管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0045，5.00 mL的移液管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0051，50.00 mL的酸式滴定管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0030。

取樣體積V引入的相對標準不確定度來自以下40個方面：

取待測溶液時需10次使用2.00 mL移液管，取斐林試液20次使用5.00 mL移液管，滴定操作時10次使用50.00 mL酸式滴定管，按4.1.2計算，由表3可知，合成相對標準不確定度：

5 淀粉測定不確定度分析結果[5]

淀粉測定不確定度分析結果見表4。

6 合成不確定度

將上述不確定度分量合并，相對標準不確定度：

表4 相對標準不確定度

7 擴展不確定度

取包含因子K=2，則擴展不確定度為U=k×u（x）=0.04×2=0.08。

8 結論

8.1 該待測樣品中淀粉測定結果為69.82%±0.08%，擴展不確定度u=0.08，它是由合成標準不確定度u（X）=0.08乘以包含因子k=2而得到。

8.2 測量不確定度評定，重點在于找出影響測定的各個因素，建立滿足測量不確定度評定所需要的數學模型。同時可發現各因素對不確定度的影響大小，并加以改進，從而提高分析質量。

8.3 本法對釀酒原料中淀粉含量檢測結果的不確定度進行了快速評定,此測量不確定度的主要來源為標準溶液、待測樣品處理、斐林試液的標定、待測樣品重復性測量、取樣體積引入的不確定度，針對其分量應采取相應措施，如選擇精度高的量器，增加待測樣品測定次數，分析過程中人員應有高度的責任心，提高分析實驗水平，以確保分析數據的準確性、科學性和嚴密性，盡可能降低測量的不確定度。從而保證檢測質量,而且對檢測結果的正確判定、減少工作中質量事故的發生具有十分重要的指導意義[6]。

[1]謝結珍.不確定度評定在水泥檢測中的應用[J].建材與裝飾,2016(41)：47-49.

[2]張越,付莉.酸水解-斐林試劑滴定法測定大米淀粉含量的研究[J].食品工業科技,2017,38(20)：256-259.

[3]全國流量容量計量技術委員會.常用玻璃量器檢定規程：JJG 196—2006[S].北京：中國計量出版社,2007.

[4]全國法制計量管理計量技術委員會.測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].北京：中國標準出版社,2013.

[5]聶連芝,張良東,王錄.白酒工業廢水中氨氮的測定不確定度因素的探討[J].釀酒,2017,44(5)：64-68.

[6]謝結珍.不確定度評定在水泥檢測中的應用[J].建材與裝飾,2016(41)：47-49.