GC-FID法測定糕點中1,2-丙二醇含量的不確定度評定

◎ 肖舒元，李巧蓮，劉 瀛，劉朋宇，李艷洋，邱 碩

（沈陽市食品藥品檢驗所，遼寧 沈陽 110136）

糕點是以谷類、豆類、薯類、油脂、糖和蛋等其中的一種或者幾種的不同搭配為主要加工原料，經(jīng)不同的加工工藝制成，主要有烘烤、油炸、蒸煮、炒制類、熟粉類、西式裝飾蛋糕類、上糖漿類、夾心（或注心）類以及糕團類糕點等，種類、風味多樣，是深受人們喜愛的家常食品之一[1]。1,2-丙二醇的分子式為C3H8O2，是一種無色無味、低毒性的液體，因其固有的分子結(jié)構(gòu)，具有吸濕、保水、乳化作用，進而作為食品添加劑、食品用合成香料及食品中所用香精的溶劑而廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)行業(yè)[2-4]。我國現(xiàn)行的食品安全國家標準GB 2760—2014中對生濕面制品（如面條、餃子皮、餛飩皮和燒麥皮）以及糕點中的1,2-丙二醇最大使用限量進行了規(guī)定，分別為1.5 g·kg-1和3.0 g·kg-1[5]，純牛奶中不得檢出。雖然1,2-丙二醇毒性相對較低，一般在規(guī)定的限量范圍內(nèi)食用相對安全，但當攝入量過大時，會在人體的腎臟和血液中不斷積累，對人體神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)等造成不同程度的損害。

在對食品進行分析檢驗中，受主客觀因素影響，會出現(xiàn)檢驗結(jié)果與產(chǎn)品真實值之間存在一定的誤差，引入不確定度[6-7]。因此，為了出具科學、合理的檢驗結(jié)果，CNAS鼓勵實驗室盡可能地報告檢測結(jié)果的不確定度[8]。本實驗按照JJF 1059.1—2012和CNAS—GL006：2019中規(guī)定的方法和要求[9-10]，依據(jù)GB 5009.251—2016，采用GC-FID，外標定量法測定糕點中1,2-丙二醇的含量，建立數(shù)學模型，分析評估不確定主要來源，并對引入不確定度的可能因素采取控制措施，提升日常實驗室檢驗結(jié)果的準確性，為正確評估糕點中1,2-丙二醇的食品安全風險提供一定的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

老式蛋糕，市售。

1,2-丙二醇標準品（純度：99.9 %），Dr.Ehernstorfer；無水乙醇（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；有機相針式濾器，上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.2 儀器和設(shè)備

氣相色譜儀：GC-2010配有氫火焰離子化檢測器（FID），日本島津公司；電子分析天平（萬分之一和千分之一），賽多利斯科學儀器有限公司；渦旋混勻器，廣東省科寅實驗室設(shè)備有限公司；氫氣發(fā)生器（TH-500），北京中惠普分析技術(shù)研究所。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗原理

試樣中所含的1,2-丙二醇用無水乙醇提取，提取液經(jīng)濾膜過濾后，采用氣相色譜法，利用FID檢測器進行分離和檢測分析，利用保留時間定性，外標法定量[11]。

1.3.2 樣品前處理

準確稱取5.00 g粉碎、混合均勻的糕點試樣至100 mL具塞錐形瓶中，加入50.0 mL無水乙醇，渦旋混勻2 min后，振蕩提取40 min，靜置1 h后，用0.45 μm有機相濾膜進行過濾，所得濾液進行上機測定。同時，進行空白實驗。

1.3.3 標準溶液的配制

（1）1,2-丙二醇標準儲備液的制備。準確稱取0.500 5 g 1,2-丙二醇標準品（純度99.9%），用無水乙醇溶解并定容至50.0 mL，得到濃度為10.00 mg·mL-1的1,2-丙二醇一級標準儲備液。準確吸取1.0 mL 1,2-丙二醇標準儲備液至10.0 mL容量瓶中，用無水乙醇定容至刻度，混合搖勻，得到濃度為1.00 mg·mL-1的二級標準儲備液。

（2）標準工作液的制備。分別準確吸取1.00 mg·mL-11,2-丙二醇二級標準儲備液0.02 mL、0.05 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL 和2.00 mL于10.0 mL容量瓶中，用無水乙醇定容至刻度，混合搖勻，得到標準曲線工作液的系列濃度分別為2.0 μg·mL-1、5.0 μg·mL-1、10.0 μg·mL-1、20.0 μg·mL-1、50.0 μg·mL-1、100 μg·mL-1和 200.0 μg·mL-1。

1.3.4 色譜條件

GC-2010配有氫火焰離子化檢測器（FID），自動進樣器及工作站；毛細管色譜柱：DM-WAX，30 mm×0.25 mm×0.25 μm；程序升溫條件：80 ℃保持1 min，以20 ℃·min-1速度升溫至160 ℃，保持2 min，以15℃·min-1速度升溫至220 ℃，保持10 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)學模型的建立

經(jīng)過GC分析，以1,2-丙二醇的峰面積對應(yīng)1,2-丙二醇的質(zhì)量濃度作標準曲線，根據(jù)標準曲線計算得出試樣中1,2-丙二醇的質(zhì)量濃度含量，公式為

式中：X為試樣中1,2-丙二醇的含量，g·kg-1；c為利用標準曲線計算出的試樣溶液中1,2-丙二醇的質(zhì)量濃度，μg·mL-1；V為試樣最終定容體積，mL；m為試樣質(zhì)量，g；1 000為單位換算系數(shù)。

2.2 不確定度來源的識別和分析

根據(jù)實驗過程和建立的數(shù)學模型得到不確定度來源主要為試樣的前處理過程、標準溶液配制過程、標準工作曲線擬合過程以及試樣重復(fù)測定過程，其中影響因素包括天平的校準、量器的校準及刻度誤差、環(huán)境溫度、測量的重復(fù)性以及標準曲線的數(shù)值擬合。

2.3 試樣前處理過程引入的不確定度

2.3.1 試樣稱量引入的不確定度u(m)

準確稱量糕點試樣5 g，所用電子天平（千分之一）檢定證書顯示，分度值d=1 mg，最大允許誤差為±5 mg，假設(shè)服從均勻分布，包含因子本次稱量分兩次（第1次是皮重，第2次是毛重），則由試樣稱量產(chǎn)生的不確定度為相對標準不確定度為

2.3.2 試樣定容引入的不確定度u(V)

（1）定容過程中容量瓶校準引入的不確定度u1(V)。試樣需定量量取50.0 mL無水乙醇，所用量器50 mL A級容量瓶校準證書顯示，在校準溫度為20 ℃條件下，允許誤差為±0.05 mL，假設(shè)服從三角分布，包含因子則由容量瓶校準產(chǎn)生的不確定度為

（2）定容過程中環(huán)境溫度引入的不確定度u2(V)。容量瓶材料為玻璃，無水乙醇的膨脹系數(shù)遠大于容量瓶玻璃膨脹系數(shù)，因此僅需考慮無水乙醇液體因溫度變化產(chǎn)生的體積膨脹變化引入的不確定度。在20 ℃環(huán)境中，無水乙醇的體積膨脹系數(shù)為1.1×10-3℃-1，實驗室的環(huán)境溫度為（20±5）℃，由溫度變化產(chǎn)生的體積變化為0.275 mL。假設(shè)服從均勻分布，包含因子則環(huán)境溫度產(chǎn)生的不確定度為

試樣定容時，容量瓶校準和環(huán)境溫度引入的兩個不確定度分量互不相關(guān)，綜合2.3.2（1）和2.3.2（2），試樣定容引入的標準不確定度為其相對標準不確定度為

2.4 標準溶液配制過程引入的相對標準不確定度u1rel(c)

2.4.1 標準儲備液配制引入的不確定度

（1）標準品純度引入的不確定度u1(c-1)。1,2-丙二醇標準品（純度99.9%），證書顯示，擴展不確定度為0.3%（k=2），則由標準品純度產(chǎn)生的不確定度為u1(c-1)=0.3%/2=0.15%，其相對標準不確定度為u1rel(c-1)=u1(c-1)/99.9%=0.001 5。

（2）標準品稱樣量引入的不確定度u1(c-2)。準確稱取1,2-丙二醇標準品（純度99.9%）0.500 5 g，所用電子天平（萬分之一）檢定證書顯示，分度值d=0.1 mg，最大允許誤差為±0.5 mg，假設(shè)服從均勻分布，包含因子本次稱量分兩次（第1次是皮重，第2次是毛重），則由標準品稱量產(chǎn)生的不確定度為其相對標準不確定度為

2.4.2 標準儲備液定容引入的不確定度u1(c-3)

（1）容量瓶校準引入的不確定度u1(cv-3)。定容所用量器為50 mL A級容量瓶校準證書顯示，在校準溫度為20 ℃條件下，允許誤差為±0.05 mL，假設(shè)服從三角分布，包含因子則由容量瓶校準產(chǎn)生的不確定度為u1(cv-3)=0.05÷=0.020 4 mL。

（2）環(huán)境溫度引入的不確定度u1(cf-3)。由環(huán)境溫度變化影響容量瓶中無水乙醇產(chǎn)生的體積變化同2.3.2（2）處理方式，則環(huán)境溫度產(chǎn)生的不確定度為

標準品定容時容量瓶校準和環(huán)境溫度引入的兩個不確定度分量互不相關(guān)，綜合2.4.2（1）和2.4.2（2），標準儲備液定容引入的不確定度為其相對標準不確定度為u1rel(c-3)=u1(c-3)/50.0=0.003 2。標準儲備液的配制過程中各不確定度分量互不相關(guān)，綜合2.4.1和2.4.2標準儲備液配制過程引入的相對標準不確定度為

2.5 標準儲備液稀釋引入的相對標準不確定度u2rel(c)

按照1.3.3（1）進行標準儲備液的稀釋。參考《常用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG 196—2006）[12]及容量瓶檢定證書，A級1 mL單標線移液管，容量允差為±0.008 mL，假設(shè)服從均勻分布10.0 mL容量瓶，容量允差為±0.020 mL，容量校準引入不確定度假設(shè)服從三角分布，由環(huán)境溫度變化引入的不確定度同2.3.2（2）處理方式，移液管和容量瓶由環(huán)境溫度變化引入不確定度假設(shè)均服從均勻分布，標準儲備液稀釋過程產(chǎn)生的不確定度見表1，則由標準儲備液稀釋產(chǎn)生的相對標準不確定度為

表1 標準儲備液稀釋過程產(chǎn)生的不確定表

2.6 標準工作液配制過程引入的不確定度u3rel(c)

按照1.3.3（2）進行標準工作液配制，使用的量器分別為5～50 μL移液器2次、20～200 μL移液器2次、100～1 000 μL移液器2次、A級2.0 mL單標線移液管1次，10.0 mL容量瓶7次。假設(shè)移液管和移液器引入的容量校準和環(huán)境溫度引入的不確定度服從均勻分布，假設(shè)容量瓶的容量校準引入的不確定度服從三角分布，環(huán)境溫度引入的不確定度服從均勻分布，該過程引入的不確定度見表2，合成相對標準不確定度為

表2 標準工作液配制過程產(chǎn)生的不確定度表

根據(jù)2.4～2.6結(jié)果，則由標準溶液配制過程引入的相對標準不確定度為

2.7 標準工作曲線擬合引入的不確定度u(q)

實驗對7個濃度標準工作液進行分析，測定數(shù)據(jù)及計算機結(jié)果（對應(yīng)濃度和峰面積）見表3。利用Excel軟件采用最小二乘法對測定數(shù)據(jù)進行擬合，得到線性回歸方程為Y=513.21X-743.15，其中斜率A為513.21，截距B=743.15，R2=0.999 4。對試樣進行10次平行測定，結(jié)果見表3。根據(jù)公式（2）、（3）、（4），得到由標準曲線擬合引入的相對標準不確定度為urel(q)=0.017 8。

表3 標準曲線擬合的原始數(shù)據(jù)計算結(jié)果表

式中：p為試樣測定次數(shù)（10次）；n為標準溶液測定次數(shù)（7次）；Xi參與擬合的每一次測量的標準工作液含量，μg·mL-1；XS為試樣中1,2-丙二醇含量平行測定 10次的平均值，為 58.007 5 μg·mL-1；Xp為標曲濃度平均值，μg·mL-1；A為擬合的標準曲線的斜率；SR為標準工作液響應(yīng)信號即峰面積殘差的標準差；SXX為離群差平方和。

2.8 試樣測量重復(fù)性引入的不確定度u(f)

表4 樣品測量重復(fù)性結(jié)果表

2.9 合成相對標準不確定度ucrel(X)

根據(jù)2.3～2.8的不確定度來源分析，試樣中1,2-丙二醇測定結(jié)果的合成相對標準不確定度為

2.10 擴展不確定及報告結(jié)果

在無特殊要求情況下，取相對擴展不確定度在95%的置信水平（k=2），則相對擴展不確定度為Urel=k×ucrel(X)=8.12%。本實驗中糕點試樣含1,2-丙二醇含量平均值為0.578 g·kg-1，則1,2-丙二醇的擴展不確定度為U=0.578×8.12%=0.046 9 g·kg-1。

綜上，利用GC-FID測定糕點中1,2-丙二醇含量的不確定度報告結(jié)果為（0.578±0.046 9）g·kg-1（k=2）。

3 結(jié)論

本文依據(jù)GB 5009.251—2016采用GC-FID法測定糕點中的1,2-丙二醇含量進行不確定度評定。通過對不確定度來源分析和對分量評定，得到標準溶液配制過程和標準工作曲線的擬合過程中合成相對標準不確定度分別為3.63%、1.78%，貢獻相對較大。標準溶液配制過程中引入的不確定度的主要為標準工作液配制過程所使用的量器；標準工作曲線的擬合過程所引入的不確定度主要為單次測量引入的隨機誤差和人員操作的規(guī)范性。因此，在日常檢驗過程中，應(yīng)盡可能選擇精密度較高、較為匹配的實驗量器并定期進行檢定，保證量器使用持續(xù)有效；加強環(huán)境溫度監(jiān)測與控制；加強人員規(guī)范操作培訓以及增加標準工作曲線各點的測定次數(shù)，減少隨機誤差，提升檢驗測定結(jié)果的可靠性和準確性。