趙甲慧，譚亞軍

（天津市食品安全檢測(cè)技術(shù)研究院，天津300308）

明膠是動(dòng)物皮、骨、筋、腱等中的膠原質(zhì)適度降解所制得的食品添加劑[1]，是一種高分子多肽聚合物[2]，沒有抗原性，在體內(nèi)可以被完全吸收[3]，含有多種氨基酸和大量的膠原蛋白，營養(yǎng)價(jià)值較高、透明性好[4]，具有良好的生物相容性及生物可降解性[5]。同時(shí)還具有優(yōu)良的膠體保護(hù)性、黏稠性、成膜性、表面活性、懸乳性、穩(wěn)定性和水易溶性等，因此，常作為添加劑廣泛地用于食品工業(yè)中，在食品添加劑中具有不可替代的地位[6]。按照我國GB 2760-2011《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，明膠主要作為增稠劑使用，使用量為按照生產(chǎn)需要適量使用[7-8]。

二氧化硫是一種較強(qiáng)的還原性物質(zhì)，在明膠中含量太高時(shí)，明膠作為一種食品添加劑，在食品加工生產(chǎn)和貯存過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，影響食品的口感和質(zhì)量。隨著明膠日益廣泛地應(yīng)用，對(duì)明膠中二氧化硫的含量提出了越來越嚴(yán)格的要求，這樣就要求明膠生產(chǎn)廠家在明膠的半成品生產(chǎn)和明膠成品的配膠過程中，對(duì)二氧化硫的含量加以嚴(yán)格的控制[9]。明膠中二氧化硫含量的測(cè)定方法，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6783-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑明膠》以及其他一些標(biāo)準(zhǔn)中均是采用“氧化一中和法”[9-10]。

測(cè)量結(jié)果的可靠性，很大程度上取決于其不確定度的大小。正確評(píng)定測(cè)量結(jié)果不確定度，是保證量值一致和質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)，一個(gè)完整測(cè)量結(jié)果除了有測(cè)量示值，還要有相對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定。所以如何正確評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度是測(cè)量人員的責(zé)任之一[11]。JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的發(fā)布和實(shí)施，進(jìn)一步完善了其評(píng)定與表示方法[12]。JJF 1059.1-2012中不確定度定義為：根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)，測(cè)量不確定度就是說明被測(cè)量值分散性的參數(shù)，即每次測(cè)得的結(jié)果不是同一值，它不說明測(cè)量結(jié)果是否接近真值，而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)值，簡(jiǎn)單地說即該值以多大概率落在某個(gè)區(qū)間內(nèi)。測(cè)量不確定度越大，表示測(cè)量能力越差；反之，表示測(cè)量能力越強(qiáng)[13-14]。

本文按照GB 6783-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑明膠》中規(guī)定的明膠中二氧化硫含量的測(cè)定方法，依據(jù)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，對(duì)明膠中二氧化硫測(cè)定的不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定測(cè)量結(jié)果的可信程度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

ME204電子天平：梅特勒-托利多；二氧化硫測(cè)定裝置、酸式滴定管、容量瓶、移液管：天津市天科玻璃儀器制造有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀（含量KHC8H4O4：99.95%～100.05%）、過氧化氫溶液、溴酚藍(lán)乙醇、鹽酸溶液（分析純）：天津市歐博凱化工產(chǎn)品銷售有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原理

將明膠中的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)變成硫酸，用堿滴定，通過所消耗的堿量計(jì)算出二氧化硫含量[15]。

1.2.2 方法

在燒瓶A中加入150 mL水，并在整個(gè)系統(tǒng)中通入二氧化碳?xì)怏w，持續(xù)15 min，流速為100mL/min。在3%過氧化氫溶液10 mL中加入1 g/L溴酚藍(lán)乙醇溶液（將溴酚藍(lán)溶于體積分?jǐn)?shù)20%的乙醇中）0.15 mL，用0.01 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定直至出現(xiàn)藍(lán)紫色，不能滴過，并將此溶液加入到試管D中。在不影響二氧化碳?xì)饬鞯那闆r下取下分液漏斗B，往燒瓶中加入試樣50.0 g和水100 mL，通過分液漏斗，往燒瓶中加入2 mol/L鹽酸溶液80 mL，煮沸1 h。打開分液漏斗活塞，停止通入二氧化碳?xì)怏w，并停止加熱和冷凝水。在試管中加入少量水，并將試管內(nèi)溶液移至200 mL的廣口錐形瓶中，然后將其在60℃～70℃水浴中加熱15min，冷卻。加入1g/L溴酚藍(lán)乙醇溶液0.1mL，然后用0.01mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，直至顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)紫色。進(jìn)行空白滴定。二氧化硫測(cè)定裝置見圖1。

圖1 二氧化硫測(cè)定裝置Fig.1 Sulfur dioxide measuring device

1.2.3 建立數(shù)學(xué)模型

式中：x為試樣中二氧化硫含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V2為試樣消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；V1為試劑空白消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，mol/L；m為試樣的質(zhì)量，g；64.060為二氧化硫的摩爾質(zhì)量，g/moL；1 000為換算系數(shù)；0.5為換算系數(shù)。

1.2.4 不確定度的來源

1）明膠中二氧化硫含量重復(fù)性測(cè)量所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur1；

2）稱取的樣品質(zhì)量m所引入的不確定度Ur2；

3）消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur3；

4）氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur4；

5）其他相關(guān)常數(shù)[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ur1的計(jì)算

為獲得重復(fù)性測(cè)量的不確定度，取一個(gè)樣品進(jìn)行獨(dú)立重復(fù)測(cè)量10次。測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 重復(fù)性測(cè)量的不確定度測(cè)量結(jié)果Table 1 Uncertainty measurement results of repetitive measurement

2.2 Ur2的計(jì)算

電子天平檢定證書上給出：載荷點(diǎn)最大誤差為0.1 mg，按矩形分布，則試樣稱量允差影響的分量：；試樣為 25.0 g，則。

2.3 Ur3的計(jì)算

2.3.1 滴定體積的不確定度

滴定使用3 mL酸式滴定管（A級(jí)），允差值為±0.01 mL，按矩形分布。

滴定管在20℃時(shí)校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數(shù)在20℃時(shí)為2.1×10-4，近似于矩形分布：（滴定消耗氫氧化鈉2.10 mL）。

終點(diǎn)時(shí)的誤差±0.01 mL，兩點(diǎn)分布，現(xiàn)由終點(diǎn)分布判斷引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.01mL。

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.2 稀釋過程的不確定度

2.3.2.1 移液管

校準(zhǔn)：20mL移液管制造商提供的數(shù)值（±0.03mL），近似三角形分布：

溫度：移液管在20℃時(shí)校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數(shù)在20℃時(shí)為2.1×10-4，近似于矩形分布：

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.2.2 容量瓶

校準(zhǔn)：100mL容量瓶制造商提供的數(shù)值（±0.10mL），近似三角形分布：

溫度：容量瓶在20℃時(shí)校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數(shù)在20℃時(shí)為2.1×10-4，近似于矩形分布：

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 Ur4的計(jì)算

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定引起的不確定度分析[19]。

2.4.1 測(cè)量不確定度來源分析

從檢測(cè)過程和數(shù)學(xué)模型分析，標(biāo)定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度主要來源[20]，由4個(gè)方面所引起：測(cè)量的重復(fù)性；基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀的純度；測(cè)量使用的電子分析天平及量具；其他相關(guān)常數(shù)[21]。

2.4.2 測(cè)量的重復(fù)性

為獲得標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測(cè)量的不確定度分量，對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行10次獨(dú)立的標(biāo)定。測(cè)定數(shù)據(jù)見表2。

表2 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的標(biāo)定結(jié)果Table 2 Calibration results of sodium hydroxide standard titration solution

2.4.3 基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀的不確定度

供應(yīng)商已提供：0.02%。

2.4.4 天平稱量所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

電子天平檢定證書上給出：載荷點(diǎn)最大誤差為0.1mg，按矩形分布，則；由于基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀為0.36 g，則。

2.4.5 標(biāo)定體積的不確定度

2.4.5.1 滴定管

滴定消耗氫氧化鈉34.35 mL。

滴定管的校準(zhǔn)：滴定使用50mL酸式滴定管（A級(jí)），允差值為±0.05 mL，按矩形分布。

環(huán)境溫度：滴定管在20℃時(shí)校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數(shù)在20℃時(shí)為2.1×10-4，近似于矩形分布：

滴定終點(diǎn)的判斷：終點(diǎn)時(shí)的誤差±0.05 mL（1滴的體積），兩點(diǎn)分布，現(xiàn)由終點(diǎn)分布判斷引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.03 mL。

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4.5.2 容量瓶

容量瓶的校準(zhǔn)：1 000 mL容量瓶制造商提供的數(shù)值（±0.40 mL），近似三角形分布：

環(huán)境溫度：容量瓶在20℃時(shí)校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，近似于矩形分布。

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4.5.3 移液管

移液管的校準(zhǔn)：5 mL移液管制造商提供的數(shù)值（±0.015 mL），近似三角形分布：

環(huán)境溫度：移液管在20℃校準(zhǔn)，溫度變化范圍為±5℃，近似于矩形分布。

合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

所以得到：

2.4.5.4 標(biāo)定氫氧化鈉的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.5 其它常數(shù)

引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度很小，可以忽略[22]。

2.6 合成不確定度

所以得到：

2.7 擴(kuò)展不確定度的分析

取 K=2（置信概率 95%）[23]，則

U=2×U（C）=0.22 mg/kg

3 結(jié)論

按照GB 6783-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑明膠》規(guī)定的檢測(cè)程序進(jìn)行，最后測(cè)量出明膠中二氧化硫含量為：（10.84±0.22）mg/kg。從上述的分析過程可知，測(cè)量結(jié)果的不確定度主要來源3個(gè)方面：滴定體積引起不確定度、重復(fù)性測(cè)定引起的不確定度、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定引起的不確定度。因此，在以后的工作中，規(guī)范滴定管的使用，控制好測(cè)量的重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定過程，從而降低檢測(cè)結(jié)果的不確定度[24]。