乳清粉中蛋白質測定實驗的不確定度評估

◎ 俞秋虹，陳達峰，魏 峰

（無錫華檢質量技術服務中心，江蘇 無錫 214000）

乳清粉是乳制品企業利用牛奶生產干酪時所得的一種天然副產品，其中乳清蛋白含量一般為百分之十幾，不超過30%。根據蛋白質分離程度可分為高、中、低3類蛋白乳清粉。低蛋白乳清粉，蛋白質含量為2.0%～4.0%，用于飼料配方中，提供高含量的乳糖，作為幼小動物的能量來源。高蛋白乳清粉，蛋白質含量為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濟的乳固形物來源。基于此，筆者就乳清粉中蛋白質測定實驗的不確定度展開研究。

1 實驗部分

1.1 試劑與設備

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，鹽酸標準滴定溶液0.1 mol/L，氫氧化鈉溶液（400 g/L）。

1.2 設備

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

1.3 分析步驟

①稱樣：用電子天平稱取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蒸餾得到的溶液進行滴定。

1.4 結果計算

蛋白質含量的計算公式如下：

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

2 不確定度來源

乳清粉中蛋白質測定的不確定度主要來自：重復試驗帶來的A類不確定度，蛋白質含量滴定過程中體積數帶來的不確定度，鹽酸標準溶液滴定過程中帶來的不確定度，以及樣品稱樣帶來的不確定度。其中，通過重復實驗整個乳清粉蛋白質含量測定過程來計算A類不確定度；通過對電子天平和滴定管的誤差分析，對基準物質追溯，以及對試驗環境溫度的變化所帶來影響的討論，來計算此實驗的不確定度[1-3]。

3 建立數學模型

式（2）中：X為試樣中蛋白質含量；V為鹽酸標準溶液的消耗體積；C為鹽酸標準溶液濃度；m為試樣質量。

4 不確定度分量的計算

4.1 重復試驗的不確定度分析

對乳清粉重復測定9次，HCl標準溶液濃度為0.101 1 mol/L，見表1。

表1 乳清粉蛋白質測量結果表

由表1可知，乳清粉蛋白質測定的平均值為12.1 g/100 g，重復試驗的不確定度計算如下[3]：

標準不確定度：

相對標準不確定度：

4.2 體積帶來的不確定度分析

乳清粉中蛋白質含量測定實驗中，用鹽酸標準溶液進行滴定，其滴定體積讀數帶來的不確定度，用u（v）表示。體積帶來的不確定度來自于重復性測量、滴定管的誤差和溫度對溶液體積的影響。

（1）本實驗使用25 mL滴定管進行滴定實驗，考慮此滴定管的重復性帶來的不確定度，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，稱量其放出的蒸餾水質量，重復10次此操作，得到10個質量數據，算得其10個質量數據的平均值為24.93 g，R=0.018 1 g，C=2.97，則不確定度計算如下：

標準不確定度：

相對標準不確定度：

（2）根據滴定管的計量證書可知，此25 mL滴定管的誤差為0.05 mL，設為均勻分布，k=，則：

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

（4）滴定體積帶來的不確定度計算。滴定樣品溶液過程中的各分量匯總見表2。

表2 滴定樣品溶液過程中各分量的相對標準不確定度表

由表2可知，滴定管帶來的相對標準不確定度為：

4.3 鹽酸標準溶液帶來的不確定度分析

鹽酸標準溶液標定過程中不確定度分量主要來自標準溶液標定的重復性和基準物質純度兩方面。

4.3.1 標定重復性帶來的不確定度計算

對鹽酸標準溶液進行重復標定7次，見表3。

表3 鹽酸標準溶液標定記錄表

由表3可知，鹽酸標準溶液標定重復性的不確定度計算如下[4]：

標準不確定度：

相對標準不確定度：

4.3.2 基準物質帶來的不確定度計算

基準物質無水碳酸鈉所購買的證書給出的不確定度為0.000 6，其中K=2，P=95%，則相對標準不確定度 urel（Na2CO3）=0.000 6/2=3.0×10-2%。

4.3.3 鹽酸標準溶液帶來的不確定度計算

HCl標準溶液標定過程中不確定度分量的匯總見表4。

表4 HCI標準溶液標定過程中各分量的相對標準不確定度表

由表4可知，HCl標準溶液標定過程中不確定度為：

4.4 樣品稱量帶來的不確定度分析

乳清粉中蛋白質含量測定實驗中，首先要稱取約1 g的樣品，其樣品稱量帶來的不確定度用u（m）表示。樣品稱量帶來的不確定度主要來自于重復性稱量和電子天平的誤差。

（1）本實驗稱使用電子天平進行稱量，根據此電子天平的計量證書，在0～50 g此電子天平的示值誤差為3×10-4g，設為均勻分布，k=，則：

（2）考慮到電子天平稱量的重復性帶來的不確定度，用同一個砝碼在天平上重復稱量11次，記錄11次稱量所得質量，算得R=0.000 2 g，C=2.97，則：

（3）樣品稱量帶來的不確定度計算。樣品稱量過程中帶來的不確定度的各分量匯總見表5。

表5 樣品稱量中各分量不確定度表

由表5可知，樣品稱量帶來的不確定度為：

標準不確定度：

相對標準不確定度：

5 蛋白質測定不確定度的合成及擴展

按公式對以上分量進行合成，得相對合成標準不確定度：

乳清粉蛋白質測定過程中各分量的相對標準不確定度，見表6。

表6 乳清粉蛋白質測定過程中各分量的相對標準不確定度表

6 結語

從整個試驗過程看，重復試驗的不確定度在試驗中所占的比重較大，樣品溶液滴定時的體積度數帶來的不確定度其次，鹽酸標準溶液和樣品稱量帶來的不確定度最小。試樣中蛋白質含量為（12.1±0.1）g/100 g。擴展不確定度是根據標準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]中華人民共和國衛生部.中華人民共和國國家標準 GB5009.5-2010食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局.國家計量技術規范JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].北京：中國標準出版社，2012.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局.中華人民共和國國家標準 GB/T 27025-2008檢測和校準實驗室能力的通用要求[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]丁仕兵，岳春雷，曲曉霞.化學分析法測量結果不確定度的計算[J].分析測試技術與儀器，2005，11（3）：206-210.