自動(dòng)旋光儀測(cè)定味精中谷氨酸鈉含量的不確定度評(píng)定

張涵璐 晁盛

摘 要：本文依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 味精中麩氨酸鈉（谷氨酸鈉）的測(cè)定》（GB 5009.43—2016）中第二法旋光法，通過(guò)分析檢驗(yàn)過(guò)程中的影響因素，對(duì)用旋光法測(cè)定味精中谷氨酸鈉含量進(jìn)行不確定度評(píng)定。結(jié)果表明，自動(dòng)旋光儀測(cè)定味精中谷氨酸鈉含量的不確定度結(jié)果報(bào)告為（99.3±0.24）%，k=2。對(duì)不確定度影響因素進(jìn)行分析評(píng)定，可減少實(shí)驗(yàn)誤差，提高測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：谷氨酸鈉;自動(dòng)旋光儀;不確定度

Determination of Monosodium Glutamate by Automatic Polarimeter Uncertainty Evaluation of Sodium Glutamate Content

ZHANG Hanlu， CHAO Sheng

（Beijing Food Safety Monitoring and Risk Assessment Center （Beijing Food Inspection Institute）， Beijing 100094， China）

Abstract： In this paper， based on GB 5009.43—2016 second method of optical polarimetry， by analyzing the influencing factors in the inspection process， the uncertainty of the determination of sodium glutamate content in monosodium glutamate by optical polarimetry is evaluated. The results show that the uncertainty of the content of sodium glutamate in monosodium glutamate determined by automatic polarimeter is reported as （99.3±0.24）%， k=2. The analysis and evaluation of the factors affecting the uncertainty can reduce the experimental error and improve the accuracy of the measurement results.

Keywords： sodium glutamate; automatic polarimeter; uncertainty

味精的主要成分是谷氨酸的鈉鹽，又稱(chēng)谷氨酸鈉，化學(xué)式為C5H8NNaO4，化學(xué)名為α-氨基戊二酸一鈉。谷氨酸鈉外觀為無(wú)色至白色棱柱狀結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末，水溶液無(wú)色。谷氨酸鈉易溶于水，在150 ℃時(shí)失去結(jié)晶水，210 ℃時(shí)發(fā)生吡咯烷酮化，生成焦谷氨酸，270 ℃左右時(shí)則分解。對(duì)光穩(wěn)定，在堿性條件下加熱發(fā)生消旋作用，呈味力降低。另外，谷氨酸鈉在pH為5以下的酸性條件下加熱時(shí)亦可發(fā)生吡咯烷酮化，變成焦谷氨酸，呈味力降低;在中性條件加熱時(shí)則很少發(fā)生變化。

味精是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鮮昧劑，做調(diào)味劑使用時(shí)，一般用量為0.2%～0.5%。味精可用小麥面筋等蛋白質(zhì)為原料制成，也可由淀粉中所含焦谷氨酸制成，還可以用化學(xué)方法合成。味精在適量食用的情況下對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，水解后生成的谷氨酸是人體所需的營(yíng)養(yǎng)成分。味精在高溫下脫水形成的物質(zhì)為焦谷氨酸鈉，而焦谷氨酸鈉只是失去了鮮味，也無(wú)毒無(wú)害，至于致癌一說(shuō)，現(xiàn)在尚無(wú)科學(xué)依據(jù)[1]。但味精和食鹽一樣，由于含有鈉元素，攝入過(guò)多會(huì)導(dǎo)致攝入鈉過(guò)量，從而引發(fā)心腦血管疾病。因此，每天食用味精應(yīng)適量，避免影響人體健康。

味精中谷氨酸鈉含量的高低反映了味精產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，在《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 味精》（GB 2720—2015）中對(duì)理化指標(biāo)谷氨酸鈉含量（以干基計(jì)）作出了明確要求，其中味精的該項(xiàng)指標(biāo)要求為≥99.0%[2]。因此，本文依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 味精中麩氨酸鈉（谷氨酸鈉）的測(cè)定》（GB 5009.43—2016）中第二法旋光法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際檢驗(yàn)存在的影響因素，用自動(dòng)旋光儀測(cè)定味精中谷氨酸鈉的含量，對(duì)味精中谷氨酸鈉的含量進(jìn)行了不確定度評(píng)定[3]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

0.02級(jí)自動(dòng)旋光儀，型號(hào)為APⅢ/3W，美國(guó)魯?shù)婪蚬?100 mL容量瓶，天津市天科玻璃儀器制造有限公司;電子天平，型號(hào)為ME204T/02，梅特勒-托利多;1 dm旋光管，美國(guó)魯?shù)婪蚬?鹽酸濃度為50%，國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 測(cè)量過(guò)程

準(zhǔn)確稱(chēng)取味精樣品10.000 0 g，加入少量純水充分溶解，并完全轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中，緩慢加入配制好的50%濃度鹽酸溶液20 mL，使容量瓶的溶液充分混勻，并冷卻至室溫20 ℃，用純水定容至刻度且搖勻[4]。旋光儀設(shè)定溫度為20 ℃，先用純水在儀器上調(diào)零，準(zhǔn)確調(diào)零后，可將上述試液置于旋光管中，旋光管中不得有氣泡，待試樣液穩(wěn)定后，讀取自動(dòng)旋光儀旋光度示值，同時(shí)讀取自動(dòng)旋光儀溫度示值。

1.3 自動(dòng)旋光儀不確定度測(cè)量方法

自動(dòng)旋光儀示值的不確定度主要由儀器示值重復(fù)性的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)旋光管定值的不確定度、旋光儀中數(shù)字溫度計(jì)的不確定度幾方面引入[5]。打開(kāi)自動(dòng)旋光儀并至少預(yù)熱30 min，然后調(diào)節(jié)零點(diǎn)。將標(biāo)準(zhǔn)石英管放入儀器內(nèi)，并使之放入儀器固定位置，觀察光路，調(diào)節(jié)好旋光管的位置，使光路通暢且無(wú)遮擋，并將數(shù)字溫度計(jì)的探頭插入標(biāo)準(zhǔn)石英管中相對(duì)應(yīng)的探頭位置，關(guān)閉儀器外蓋，使儀器內(nèi)溫度與標(biāo)準(zhǔn)石英管溫度保持一致且充分穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)間為5～10 min，

按下開(kāi)始按鈕，開(kāi)始測(cè)量旋光度，讀取溫度值和儀器示值。如此重復(fù)6次得到儀器示值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)石英管溫度校正公式得到每次測(cè)量時(shí)該溫度對(duì)應(yīng)的旋光管測(cè)量值。標(biāo)準(zhǔn)石英管溫度校正公式為：

αt=α20[1+0.000144（t-20）]（1）

式中：αt為標(biāo)準(zhǔn)石英管在t ℃時(shí)的旋光度測(cè)量值;α20為標(biāo)準(zhǔn)石英管在20.0 ℃時(shí)的旋光度標(biāo)準(zhǔn)值;t為測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)石英管的溫度。

1.4 數(shù)學(xué)模型

用旋光法測(cè)量味精中谷氨酸氨含量的數(shù)學(xué)模型為：

（2）

式中：X為味精中谷氨酸鈉的含量（含1分子結(jié)晶水），單位為g/100 g;α為樣品溶液的自動(dòng)旋光儀旋光度示值，單位為°;L為旋光管的長(zhǎng)度（液層厚度），單位為dm;c為試樣液中谷氨酸鈉的濃度，單位為g/mL;25.16為谷氨酸鈉的比旋光度，單位為°;t為樣品中自動(dòng)旋光儀溫度示值，單位為℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度各分量的評(píng)定

2.1.1 樣品稱(chēng)量引入的不確定度u（m）

實(shí)驗(yàn)人員在使用電子天平稱(chēng)量樣品的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不確定度，對(duì)樣品的稱(chēng)量結(jié)果產(chǎn)生影響。為確定由樣品稱(chēng)量引入的不確定度u（m），對(duì)稱(chēng)量過(guò)程進(jìn)行了分析計(jì)算。

本次稱(chēng)量樣品使用的電子天平計(jì)量檢定合格，且在計(jì)量有效期內(nèi)。根據(jù)此電子天平的檢定證書(shū)，按均勻分布，包含因子，最大允許誤差為±0.000 5 g，則。

該電子天平的分辨率為0.1 mg，區(qū)間半寬度為0.05 mg，按均勻分布，包含因子，則。

因此，合并上述2分量，得：

0.29 mg=2.9×10-4 g。

此次實(shí)驗(yàn)的稱(chēng)樣量為10.000 8 g，則樣品稱(chēng)量引入的不確定度計(jì)算為：

2.1.2 樣品定容引入的不確定度u（v）

（1）容量瓶體積的不確定度u（v1）。使用編號(hào)為36307的100 mL容量瓶，檢定證書(shū)出具的U=0.05 mL，k=2，則u（v1）=0.05/100=5.0×10-4。

（2）定容至刻度時(shí)視覺(jué)誤差引入的不確定度u（v2）。容量瓶由實(shí)驗(yàn)人員定容時(shí)會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)誤差，實(shí)驗(yàn)人員定容至刻度操作時(shí)視覺(jué)誤差約為滴管1滴，該滴管20滴為1 mL，按均勻分布，包含因子，則。

合并各分量，樣品定容引入的不確定度u（v）計(jì)算為：

2.1.3 旋光管長(zhǎng)度引入的不確定度u（L）

旋光管作為自動(dòng)旋光儀的組成部分，應(yīng)考慮此旋光儀的旋光管長(zhǎng)度引入的不確定度。此旋光管的校準(zhǔn)誤差為0.02 mm，旋光管的長(zhǎng)度為100 mm，按均勻分布，包含因子，則不確定度為：

2.1.4 測(cè)定試樣液溫度引入的不確定度u（t）

此臺(tái)自動(dòng)旋光儀帶有溫度調(diào)節(jié)功能，在儀器充分開(kāi)機(jī)預(yù)熱條件下，設(shè)置測(cè)定溫度為20 ℃，待儀器充分穩(wěn)定后，實(shí)際測(cè)定溫度為20.3 ℃，溫度校正系數(shù)為0.047，按均勻分布，包含因子，則計(jì)算得：

2.1.5 自動(dòng)旋光儀示值引入的不確定度u（a）

（1）輸入量α的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（a）。輸入量α的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來(lái)源于儀器示值的重復(fù)性，用旋光度為5.167°的標(biāo)準(zhǔn)旋光管連續(xù)測(cè)量6次，通過(guò)公式（1）計(jì)算后測(cè)量值為5.169°、5.168°、5.166°、5.172°、5.171°和5.172°。

則單次的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

在儀器的實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，采用6次示值的平均值作為測(cè)量結(jié)果，則儀器示值的重復(fù)性引入的不確定度分量為：

（2）輸入量ɑ0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（a0）。輸入量ɑ0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)旋光管的定值不確定度，依據(jù)檢定證書(shū)給出的標(biāo)準(zhǔn)旋光管的定值不確定度評(píng)定，標(biāo)準(zhǔn)旋光管旋光度的擴(kuò)展不確定度為0.003°，包含因子k=3，則標(biāo)準(zhǔn)旋光管定值的不確定度為：

（3）輸入量t的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t）的評(píng)定。輸入量t的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來(lái)源于旋光儀中的數(shù)字溫度計(jì)，檢定證書(shū)中出具的數(shù)字溫度計(jì)最大允許誤差為±0.2 ℃，服從均勻分布，取包含因子k=2。則數(shù)字溫度計(jì)示值不確定度為：

（4）自動(dòng)旋光儀引入的不確定度u（a）。對(duì)自動(dòng)旋光儀所引入的各不確定度分量進(jìn)行合并計(jì)算，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

按照均勻分布，，則：

本次測(cè)定的味精，谷氨酸鈉含量用自動(dòng)旋光儀進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果為2.498°，則自動(dòng)旋光儀引入的不確定度為：

2.1.6 樣品測(cè)量的重復(fù)性引入的不確定度u（α）

在相同溫濕度條件下，對(duì)本味精樣品重復(fù)進(jìn)行6次測(cè)量，結(jié)果為2.499°、2.496°、2.497°、2.496°、2.498°和2.503°，平均值為2.498°，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

則樣品測(cè)量的重復(fù)性引入的不確定度為：

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（X ）

對(duì)本味精樣品的谷氨酸鈉含量進(jìn)行測(cè)量，稱(chēng)樣量m=10.000 8 g，α=2.498，L=1 dm，t=20.3 ℃，則：

合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 擴(kuò)展不確定度及不確定度結(jié)果報(bào)告

近似取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為U=u（X）×k=0.21%×2=0.24%，則自動(dòng)旋光儀測(cè)定味精中谷氨酸鈉含量的不確定度結(jié)果報(bào)告為（99.3±0.24）%，k=2。

3 結(jié)論

本文依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 味精中麩氨酸鈉（谷氨酸鈉）的測(cè)定》（GB 5009.43—2016）中的第二法旋光法對(duì)味精中谷氨酸鈉含量進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)此檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析[6]。通過(guò)比較每種不確定度引入的因素可知，對(duì)試樣溶液定容的過(guò)程中不確定度引入、測(cè)定時(shí)試樣液的溫度示值的不確定度引入、自動(dòng)旋光儀旋光度示值的不確定度引入對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度影響最大。因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)盡量減少定容體積的誤差，待儀器穩(wěn)定后，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)試樣液溫度、做好平行樣品，盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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